Gimnazjum nr 1 w Jaśle

Jak powstał Wszechświat?

Wszechświat powstał ok. 13,7 mld lat temu. Jednak, niektóre źródła podają, że jego początek miał miejsce 14,5 mld lat temu, dlatego uogólnię to do bezpiecznego okresu 14 mld lat temu. Wszechświat powstał z nicości, jaka panowała przed jego powstaniem. Może to dziwne, ale prawa fizyki dopuszczają powstania czegoś, z niczego. Szczególnie ciekawe jest to, że coś co powstało z niczego jest największą rzeczą, jaką możemy sobie wyobrazić.
Nagle, jakieś 14 mld lat temu pojawiła się mała kula, mniejsza od jądra atomu, zalążek Wszechświata, w którym pozostały „poupychane” wszystkie siły rządzące Wszechświatem (grawitacja, elektromagnetyzm, oddziaływanie silne i oddziaływanie słabe) i energia. Ten niewiarygodnie mały punkt był kulą czystej energii, z której powstała materia. Zalążek ten zaczął się rozszerzać z prędkością większą od prędkości światła i w ten sposób nastąpił Wielki Wybuch. Cały proces Wielkiego Wybuchu trwał tak szybko, że trzeba było wprowadzić jednostkę czasu zwaną czasem Plancka. Są to miliardowe miliardowych sekundy, które opisują co się działo w tym czasie. W ciągu miliardowej sekundy Wszechświat rozszerzył się biliard razy (echa Wielkiego Wybuchu możemy zaobserwować przez mikrofalowe promieniowanie tła, a także fakt, że Wszechświat, ciągle się rozszerza). Panowała wówczas temperatura rzędu milionów stopni Celsjusza. Wtedy nie mogły powstać jądra atomów, gdyż było zbyt gorąco i od razu się rozpadały. Kiedy temperatura spadła, zaczęły pojawiać się pierwsze jądra atomów. Znacząco się różniły od materii jaką dzisiaj znamy. Były to pierwsze zalążki, tego, z czego zbudowani jesteśmy my i wszystko dookoła nas.

W rozwiązaniu zagadki powstania materii we Wszechświecie, kluczowe okazało się równanie Alberta Einsteina: E=mc2, gdzie E to energia, m to masa, a c to prędkość światła. Mówi ono o tym, że energia może przekształcić się w materię i materia może przekształcić się w energię. Jeżeli będzie gdzieś skupisko olbrzymiej ilości energii, tak jak miało to miejsce po Wielkim Wybuchu, to może się ono przekształcić w materię, tzn. w atomy, bo jest to podstawowa jednostka materii. Równanie Einsteina przyczyniło się także do stworzenia bomby atomowej. W bombie atomowej rozszczepiają się jądra ciężkich pierwiastków takich jak uran czy pluton, które powodują nagromadzenie olbrzymiej ilości energii, uwalniana ona jest w postaci wybuchu. Reakcja przebiega łańcuchowo i nie można jej zatrzymać. Po wybuchu powstaje radioaktywna chmura, która może mieć nawet kilka kilometrów wysokości. Obszar dotknięty wybuchem staje się radioaktywny, do czasu rozpadu substancji odpowiedzialnej za skażenie terenu.
W czasie o wiele krótszym niż miliardowa sekunda, rozpoczęła się „bitwa” pomiędzy materią, a antymaterią. Antymateria jest lustrzanym odbiciem materii, jednak jeżeli dotkną się wzajemnie dojdzie do ich anihilacji. Mówiąc prościej, dojdzie do wybuchu atomowego. Ta „wojna” trwała krótko, w sekundach miała by ona kilkadziesiąt zer po przecinku. Materia zwyciężyła nad antymaterią, gdyż na miliard cząstek antymaterii, przypadało miliard jeden cząstek materii. Z tej pozostałej jednej cząsteczki powstała cała materia, jaką dzisiaj widzimy we Wszechświecie (galaktyki, gwiazdy, planety, księżyce, kwazary). Współcześnie naukowcy wytworzyli antywodór. Normalny atom wodoru składa się z jądra, neutronu (obojętny elektrycznie), protonu (ładunek dodatni), elektronu (ładunek ujemny), natomiast antywodór w miejscu protonu posiada ładunek ujemny, a w miejscu elektronu ładunek dodatni. Zetknięcie się tych antagonistycznych części atomu, prowadzi do wybuchu. Ciągle trwają prace nad wytworzeniem antypierwiastków, jednak jest to trudne, gdyż są mają one bardziej skomplikowaną budowę niż wodór.
Przed 10-34 sekundy Wszechświat rozszerzył się w niewyobrażalnym tempie. Jego ekspansja była szybsza od prędkości światła. Ten proces nazywamy inflacją. Twórcą teorii inflacyjnej jest Alan Guth, amerykański fizyk, swoją hipotezę stworzył w 1981 roku. Na początku spotkała się ona z falą krytyki, w późniejszym czasie dane wysłane z sond kosmicznych zaczęły potwierdzać jego teorię, jednak do dzisiaj nie wiemy czy Wszechświat rozszerzał się wtedy z prędkością większą od prędkości światła (Współcześnie odkryto, że tempo rozszerzania się Wszechświata nie zmalało, jak wcześniej zakładano, ale jest większe od prędkości światła i wciąż się zwiększa. Naukowcy myślą, że ciemna materia jest odpowiedzialna za przyśpieszanie ekspansji Wszechświata, jednak nadal nie potwierdzono istnienia owej ciemnej materii).
Trzy minuty po Wielkim Wybuchu powstają pierwsze jądra atomowe, te, które widzimy dzisiaj wokół siebie. Z wodoru powstaje hel i śladowe ilości litu. Powstanie cięższych pierwiastków jest niemożliwe, bo są niestabilne i się rozpadają zaraz po utworzeniu. ciągle ma to związek z wysoką temperaturą, jaka wówczas panowała we Wszechświecie. Kosmos był wtedy mleczny. Światło odbijało się od swobodnie przemieszczających się elektronów.
Kiedy Wszechświat liczył 380 000 lat, temperatura spadła do 3000 kelwinów, elektrony zaczęły się skupiać wokół jąder atomowych. Ten wiek uznajemy za powstanie pierwszych atomów, z których zrodziła się cała materia, jaką widzimy dzisiaj. Niebo staje się czarne, nie jest mleczne, gdyż elektrony nie krążą już w sposób chaotyczny. Po dłuższym czasie, kiedy zostaje nagromadzony w przestrzeni gaz wodorowy, zaczyna się fuzja jego jąder. Fuzja jest to reakcja termojądrowa, podczas której jądra wodoru są spalane i zamieniane na jądra helu. Ta reakcja zachodzi we wnętrzach gwiazd. Dzięki niej gwiazda dostaje energię, którą ogrzewa przestrzeń znajdującą się pod wpływem jej grawitacji. Kieda zaczęła się fuzja, powstały pierwsze gwiazdy, które rozświetliły mrok Wszechświata. Na początku powstawały gwiazdy olbrzymy, fuzja zachodziła gwałtownie, paliwo wodorowe szybko się kończyło i gwiazda wybuchała jako supernowa lub hipernowa. Wybuch supernowej następuje wtedy, kiedy siły grawitacji przezwyciężają siły ciśnienia, ponieważ fuzja ustaje i ciśnienie ulega grawitacji. Supernowa może wytworzyć czarną dziurę. Opiszę ją w skrócie, jeśli ktoś jest ciekawy, zapraszam do znalezienia informacji o niej w Internecie. Czarna dziura jak nazwa wskazuje jest czarna, nie można jej zobaczyć, możemy tylko badać jej ślady. Czarna dziura jest to obiekt o tak silnej grawitacji, że nie może z niej uciec nawet światło. Łamią one wszystkie prawa fizyki, do dzisiaj nie rozumiemy działania tego ekstremalnego obiektu.
Z tych czarnych dziur, powoli tworzyły się super masywne czarne dziury, z których powstały galaktyki i kwazary. Ten okres miał miejsce jakiś miliard lat po Wielkim Wybuchu. Temperatura Wszechświata wynosiła wówczas 18 stopni. Jest to najwcześniejszy okres, jaki może badać Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Jeżeli dzisiaj obserwujemy kwazar, to widzimy, jaki on był kilka miliardów lat temu. Kwazar jest to galaktyka z aktywną czarną dziurą. Kiedy czarna dziura traci swoją energię w postaci dżetów (są to strumienie czystej energii, uwalniane z wnętrza czarnej dziury, ciągnące się w przestrzeń kosmiczną na wiele lat świetlnych), kwazar zamienia się w galaktykę. Droga Mleczna kiedyś też była kwazarem, jednak okres aktywności czarnej dziury minął i galaktyka ustabilizowała się. Życie w kwazarze byłoby nie możliwe, gdyż zabiłoby nas promieniowanie.
Kiedy Wszechświat ma 13,7 miliarda lat (chwila obecna), temperatura przestrzeni kosmicznej wynosi 2,7 stopnia. Wszystko wydaje się stabilne, jednak jest to stan chwilowy. Galaktyki oddalają się od Drogi Mlecznej z coraz większą prędkością, kiedyś zostaniemy samotną wyspą. Cały proces ma związek z przyspieszaniem ekspansji Wszechświata. Kiedy upłynie kilkadziesiąt miliardów lat lub bilionów, Wszechświat umrze w lodzie albo w ogniu (w ogniu, jeżeli ekspansja Wszechświata się odwróci i zacznie się kurczyć, w lodzie, jeżeli temperatura spadnie poniżej zera absolutnego i wypalą się wszystkie gwiazdy, nie będzie wtedy ciepła i Wszechświat zamarznie). Wszechświat nie jest wieczny, miał początek i ma koniec, jednak na razie nie trzeba bać się końca Wszechświata, gdyż nastąpi to za wiele miliardów albo nawet bilionów lat.
    W okresie życia Wszechświata działo się znacznie więcej, niż opisałem w tym artykule. Zachęcam do zapoznania się tą tematyką, pokazuje ona jak złożony jest nasz świat i ile ma przed nami tajemnic. Aby odkryć to co niepoznane, potrzebna jest pasja, ciekawość i dociekliwość, wiele zależy od nas i od tego czy będziemy chcieli poznać tajemnice świata. Przy tym możemy rozwijać siebie, swoje zainteresowania, a także wykształcać podgląd na różne sprawy. Najważniejsza jest nasza chęć do zmienienia otaczającej nas rzeczywistości.

Jakub Borowiec

 
© 2009 Gimnazjum nr 1 w Jaśle
Webmaster