Teoria Wielkiego Wybuchu. Jak powstał Wszechświat?

● Termin “Wielki Wybuch” oznacza początkowy moment ewolucji Wszechświata.

● Przed Wielkim Wybuchem Wszechświat skupiony był w punkcie. Nazywa się go osobliwością.

● Nikt nie wie, co działo się przed Wielkim Wybuchem.

● Obserwacje Edwina Hubble’a dowiodły, że Wszechświat się rozszerza.

Jedną z teorii dotyczących powstania Wszechświata jest teoria (model) Wielkiego Wybuchu. Jednymi z pierwszych naukowców, którzy opisali rozszerzanie się Wszechświata, co zakłada model Wielkiego Wybuchu, byli Rosjanin Aleksander Friedman oraz belgijski ksiądz Georges Lemaître. To ich, prowadzone niezależnie od siebie, badania i wnioski były przełomem.

Termin “Wielki Wybuch” ma oznaczać sam początkowy moment ewolucji Wszechświata. Według współczesnych wyliczeń doszło do niego około 13,8 miliarda lat temu - na tyle szacuje się więc wiek Wszechświata (szerszy przedział to 10-20 miliardów lat).

Jak wyglądało powstanie Wszechświata? Na to pytanie (jak również na wiele innych dotyczących Wszechświata) nie ma odpowiedzi. Teoria zakłada, że po Wielkim Wybuchu wszechświat zaczął się rozszerzać. To natomiast może sugerować, że wcześniej cały wszechświat skupiony był w jednym punkcie. Ten “punkt” nazywany jest osobliwością, która ma niewyobrażalną wręcz gęstość i energię.

Co było przed wybuchem? Nie wiadomo. Trudno mówić w ogóle o “przed” w kwestii Wielkiego Wybuchu, ponieważ zakłada się, że czas i przestrzeń zaczęły “istnieć” wraz z Wielkim Wybuchem. Sam moment “narodzin” również jest problematyczny, jednak naukowcy opisują historię i ewolucję Wszechświata już od chwili po Wielkim Wybuchu.

Po Wielkim Wybuchu zaczęła się Era Plancka, czyli czas od 0 do 10^-43 s. Czyli tak krótki, że aż nie sposób go sobie wyobrazić. Na temat tej ery przy obecnym stanie wiedzy niewiele wiadomo. Następnie rozmiary Wszechświata znacznie się powiększyły. Mówi się, że działo się to w erze inflacyjnej (czas do 10^-32s). Kiedy historia Wszechświata miała jedną sekundę, jego temperatura wynosiła około pięciu miliardów Kelwinów. Rozpoczęły się procesy anihilacji elektronów i pozytonów, zwiększyła się liczba fotonów. Potem, w erze nukleosyntezy powstały jądra atomowe deuteru, trytu i helu.

W dalszym etapie Wszechświat rozszerzał się dalej, a temperatura spadała. Powstały obojętne atomy wodoru i helu. Wtedy pojawiło się promieniowanie. Jest ono obecnie obserwowane jako mikrofalowe promieniowanie tła (reliktowe). Jego badania wykazały, że istnieją obszary o zróżnicowanym natężeniu tego promieniowania. Co sugerowało, że już na początku ewolucji wszechświata istniały obszary “oczekujące” na powstawanie galaktyk.

Ostatnia era to era gwiazdowa, nazywana też galaktyczną. Zaczęła się ok. 300 tys. lat od Wielkiego Wybuchu i trwa do dzisiaj. Pojawiły się gwiazdy i galaktyki. Kiedy zaczęły umierać pierwsze gwiazdy, wyrzucały one ciężkie pierwiastki, które z kolei mogły zostać wykorzystane do stworzenia nowych planet i gwiazd. Każde kolejne pokolenie gwiazd zawiera więcej pierwiastków ciężkich.

W 1924 roku amerykański astronom Edwin Hubble wykazał, że Droga Mleczna, w której znajduje się Ziemia, nie jest jedyną galaktyką we Wszechświecie. Tak naprawdę istnieje ich bardzo dużo. Do tego są one oddzielone od siebie obszarami pustej przestrzeni.

Dziś już wiemy, że Droga Mleczna to jedna z prawdopodobnie setek miliardów galaktyk. Ma ona średnicę około stu tysięcy lat świetlnych i zawiera nawet 400 miliardów gwiazd. Nasza galaktyka wiruje wokół centrum - supermasywnej czarnej dziury. Gdzie jest Ziemia w Drodze Mlecznej? Na Ramieniu Oriona, który jest jednym z ramion spirali, jaką jest Droga Mleczna.

Edwin Hubble mierzył odległości między galaktykami i ich widma. Dzięki jego pracy okazało się, że niemal wszystkie galaktyki oddalają się od Ziemi. Mało tego, Hubble w 1929 roku obwieścił, że galaktyki oddalają się od Ziemi tym szybciej, im większa jest odległość od nich.

To zburzyło cały dotychczasowy porządek świata, który zakładał, że Wszechświat jest statyczny. Okazało się, że się rozszerza, więc odległości między galaktykami cały czas się powiększają. Co najłatwiej zobrazować tym, że dawno, dawno temu ciała niebieskie znajdowały się w mniejszej odległości od siebie niż obecnie.

Nie oznacza to, że mieszkamy w centralnym i najważniejszym punkcie wszechświata. Najprawdopodobniej sytuacja wygląda identycznie, gdy poczyni się obliczenia z dowolnego innego miejsca, bowiem galaktyki oddalają się od siebie. Dobrym porównaniem jest tutaj dmuchanie balona, na którym narysowane są kropki. Wraz z każdym dmuchnięciem kropki będą się od siebie coraz bardziej oddalać.

Źródła: “Krótka historia czasu”, Zintegrowana Platforma Edukacyjna, PWN, Wydział Fizyki UW, Kopernikański Portal Naukowy

Bibliografia:

Teoria Wielkiego Wybuchu Wielki Wybuch Model Wielkiego Wybuchu “Krótka historia czasu”, Stephen Hawking Ewolucja Wszechświata