Wielki Wybuch - czyli powstanie Wszechświata

Model Wielkiego Wybuchu zakłada, że Wszechświat powstał w wyniku eksplozji sprzed 15 miliardów lat. Początkowo niewyobrażalnie mały, gorący i gęsty rozszerzył się od tego czasu, osiągając średnicę około 30 miliardów lat świetlnych. Podczas tej ekspansji część masy Wszechświata uległa kondensacji, tworząc miliardy gwiazd. Gwiazdy skupione są w galaktyki, których w obserwowanej przez nas części Wszechświata jest około 10 miliardów. Galaktyki grupują się w gromady galaktyk, te z kolei w supergromady, oddzielone od siebie rozległymi obszarami pustej przestrzeni.

Teoria Wielkiego Wybuch

Wielki wybuch miał miejsce mniej więcej 15 miliardów temu. Co zdarzyło się w pierwszym momencie Wielkiego Wybuchu pozostaje zagadką. Jednak możemy przypuszczać, że w bardzo krótkim czasie gdy Wszechświat był wciąż mniejszy od jądra atomu silne oddziaływania jądrowe i elektromagnetyczne oddzieliły się od siebie co dostarczyło energii niezbędnej do zainicjowania fazy inflacji Wszechświata, czyli wykładniczej ekspansji. Jeszcze przed upływem milisekundy Wszechświat osiągnął mniej więcej 3- krotne rozmiary Słońca i dalej się powiększał. Pierwsze jądra atomu helu i wodoru powstały już w kilka minut po eksplozji. Z atomów tych utworzyły się potem obłoki gazowe, które około 14 miliardów lat temu zaczęły się zapadać pod wpływem własnej grawitacji. W ciągu następnych dwóch miliardów lat przekształciły się one w pierwsze galaktyki. Nasza galaktyka „Droga Mleczna” zaczęła formować się około 10 miliardów lat temu. Słońce narodziło się około 5 miliardów lat temu, a następnie z otaczającego go rotującego dysku gazowo- pyłowego uformowała się Ziemia i inne planety.
Teoria Wielkiego Wybuchu jest obecnie jedynym powszechnie przyjmowanym wyjaśnieniem początków Wszechświata. Zgodnie z nią Wszechświat zaczął się od stanu o niezwykle wysokiej temperaturze i Gęstości. W ciągu kilku pierwszych sekund po eksplozji Wszechświat wypełniało promieniowanie i cząstki elementarne różnych typów. Promieniowanie stanowiące pozostałość Wielkiego Wybuchu nadal obserwujemy z Ziemi w postaci dochodzącego ze wszystkich stron nieba mikrofalowego promieniowania tła.

Dowody Wielkiego Wybuchu

Najlepszym dowodem słuszności tej teorii jest istnienie mikrofalowego promieniowania tła. Jest to bardzo słabe promieniowanie, potwierdzające wcześniejsze odkrycie amerykańskiego astronoma, Edwina Hubble’a (1880- 1953), że Wszechświat się rozszerza, oraz tym samym przewidywania amerykańskiego fizyka pochodzenia ukraińskiego, George’a Gamowa (1904- 1968), że jeśli Wszechświat miał początek to powinniśmy obserwować pozostałe po nim promieniowanie dochodzące obecnie z najdalszych rejonów Wszechświata, które oddalają się od nas z ogromną prędkością. Promieniowanie to było początkowo bardzo gorące, ale wskutek ekspansji Wszechświata ostygło do dziś obserwowanej temperatury.

Odległe galaktyki

Kolejnego potwierdzenia teorii dostarczają badania odległych galaktyk. Niektóre z nich znajdują się 13 miliardów lat świetlnych od Ziemi, co oznacza, że ich światło dotarło do nas po 13 miliardach lat. Galaktyki te widzimy zatem tak, jak wyglądały około 2 miliardów lat po wybuchu. Fakt, że są one rozmieszczone gęściej niż bliższe galaktyki, wskazuje na to, że Wszechświat ciągle powiększa swoją objętość oraz, że niegdyś był gęstszy i znacznie mniejszy.

Akceleratory i detektory cząstek elementarnych: Naukowcy starają się odtworzyć warunki, jakie panowały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, mając nadzieję, że pozwoli im to odkryć tajemnicę początków Wszechświata. W tym celu wytwarzają dwie wiązki cząstek elementarnych, poruszających się w przeciwnych kierunkach w akceleratorze i doprowadzają do ich zderzenia, gdy osiągną prędkość bliską prędkości światła. Energia zderzenia powoduje powstanie nowych cząstek. Cząstki te pozostawiają ślad w komorze pęcherzykowej (urządzeniu, w którym cząstki elementarne, przechodząc przez ciekły wodór, powodują jego wrzenie) wzdłuż swojej trajektorii, tworząc ślad z pęcherzyków gazu, co pozwala naukowcom na ich identyfikacje. Wyniki tych eksperymentów mówią wiele o współczesnym Wszechświecie, gdyż energia zderzających się cząstek zbliżona jest do energii cząstek w pierwszych momentach po Wielkim Wybuchu.

Teoria Stanu Stacjonarnego

Według tej teorii Wszechświat nie miał początku ani nie będzie miał końca. Wynika z niej też, że gęstość Wszechświata nie zmienia się, co wymaga ciągłej kreacji materii w takich ilościach, by zrównoważyć ekspansję Wszechświata. Odkrycie w 1965 roku przez Amo Penziasa (1933- ) i Roberta Wilsona (1936- ) mikrofalowego promieniowania tła (stanowiącego pozostałość wybuchu) zadało tej teorii poważny cios. Jest ona jednak wciąż uznawana przez niektórych astronomów, w tym jej twórcę Freda Hoyle’a (1915- ).

Zgodnie z teorią Stanu Stacjonarnego Wszechświat wygląda tak samo z każdego miejsca i w każdej chwili czasu. Teoria ta głosi również, iż gęstość rozszerzającego się Wszechświata pozostaje stała, ponieważ nieustannie tworzą się z niczego nowe atomy wodoru pierwiastka, z którego powstają gwiazdy. Teoria ta przewiduje kreację materii w ilości 1 atomu na 1litr przestrzeni w ciągu 20 lat.

Ekspansja Wszechświata

Pod koniec lat dwudziestych, amerykański astronom Edwin Hubble (1889- 1953) odkrył, że długość fali światła dochodzącego do nas z odległych galaktyk, jest większa, niż można by się spodziewać. Zjawisko to nazwane „przesunięciem ku czerwieni”, dowodzi, że galaktyki oddalają się od Ziemi z ogromną prędkością we wszystkich kierunkach. Na tej podstawie astronomowie sformułowali wniosek, że Wszechświat powiększa się.
Przesunięcie ku czerwieni i fioletowi
Długość fali światła, dochodzącego od obiektu poruszającego się z dużą prędkością, ulega przesunięciu w kierunku czerwonego krańca widma, gdy obiekt ten oddala się od nas, oraz w kierunku fioletowego krańca widma, gdy obiekt pędzi ku nam.

Koniec Wszechświata

Astronomowie sformułowali trzy teorie na temat przyszłości Wszechświata. Według pierwszej z nich Wszechświat będzie się rozszerzał w nieskończoność z niezerową prędkością. Druga teoria głosi, że szybkość wiecznej ekspansji dąży do zera. Trzecia natomiast utrzymuje, iż po ustaniu ekspansji Wszechświat zacznie się kurczyć i ostatecznie nastąpi zjawisko, które nazwano Wielkim Kresem.

Przyszłość Wszechświata

Jeśli obecna ekspansja Wszechświata trwać będzie w nieskończoność, stanie się on (na skutek rozszerzania) coraz bardziej pusty, gdyż wszystkie galaktyki będą cały czas oddalać się od siebie. Równocześnie przestrzeń będzie stawała się coraz zimniejsza. Z czasem gwiazdy wygasną. Istnieje jednakże inna możliwość: pewnego dnia Wszechświat przestanie się rozszerzać i zacznie się kurczyć. Rozgrzeje się wówczas do wysokiej temperatury, która zniszczy wszystko aż po same jądra atomów: będzie to tzw.Big Crunch (wielki kres). Na razie jednak katastrofa nam nie zagraża, w najgorszym przypadku za 100 miliardów lat...

Wszystko zależy od ilości materii, jaką mieści w sobie Wszechświat. Einstein wykazał, iż ciała niebieskie dzięki swojej masie zakrzywiają przestrzeń, trochę jak kulki położone na pierzynie. Im większa ilość materii przypada na jednostkę objętości, tym krzywizna wyraźniejsza. Jeżeli owa gęstość utrzyma się poniżej pewnej wartości, Wszechświat będzie się rozszerzał nieskończoność, czyli pozostanie otwarty. Natomiast stanie się przeciwnie, jeśli gęstość osiągnie lub przekroczy wartość krytyczną. Na dojdzie wówczas moment, w którym ekspansja zatrzyma się i Wszechświat zacznie się kurczyć. Siła przyciągania działająca między galaktykami, a związana z ich masą, wystarczy do zatrzymania ucieczki galaktyk i zmuszenia ich do wzajemnego przybliżania się. Wtedy Wszechświat byłby zamknięty i Pewnego dnia powróciłby do swojego pierwotnego, zagęszczonego stanu.

Uważa się, że Wszechświat jest otwarty, byłby zatem skazany na nieustanne rozszerzanie się. Możliwe jest jednak, że masa Wszechświata jest dużo większa od tej którą obliczono. W takim razie jego przeznaczenie będzie być może odmienne.