Na początku była plazma...

Przypuśćmy, że możemy cofnąć się w czasie i zza niezwykłej szyby obserwować, jak wyglądał świat, kiedy nas nie było. Opuszczamy więc naszą rzeczywistość i wędrujemy coraz bardziej wgłąb historii. Zostawiamy za sobą czasy napoleońskie, poczatki państwa polskiego, chwilę patrzymy, jak trwa budowa pierwszej piramidy, po czym wykonujemy większy sus w epokę dinozaurów. Ciekawe okoliczności przyrody w tej jurze, ciekawe, ale to nam nie wystarcza i chcemy wiedzieć, co było wcześniej. Dwa miliardy lat wstecz - na Ziemi powstają pierwsze organizmy żywe. Mało, mało. Cztery i pół miliarda - z ciemnej mgławicy wyłania się młodziutkie Słońce, powstaje Ziemia i inne planety Układu Słonecznego. Ciągle mało. Postanawiamy cofnąć się do początków istnienia Wszechświata i sprawdzić, jak się to wszystko zaczęło. A zatem ogromny skok prawie 14 miliardów lat wstecz i... nic. Nie ma nic. Nie ma gwiazd, mgławic, planet, nie ma galaktyk. Parafrazując pana Kononowicza możemy powiedzieć, że nie ma niczego.
Prawie niczego. Prawie, bo jest jedna osobliwość o niewyobrażalnej masie i nieprawdopodobnie wysokiej temperaturze. Nie potrafimy określić jej rozmiarów ani składu, ponieważ nie istnieją jeszcze żadne cząstki elementarne i nie działają żadne znane nam siły ani prawa fizyki z grawitacją włącznie. Nie ma czasu ani przestrzeni. Jedno jest pewne. Osobliwość ma wprost niezmierzalną gęstość i coś się zaraz wydarzy.
I wydarza się. Punkt zaczyna się niesłychanie szybko rozszerzać. Rusza czas. Moment, w którym wszystko wzięło swój początek, naukowcy nazywają Wielkim Wybuchem. Nie chodzi jednak o gigantyczną eksplozję w pustej przestrzeni, bo nie było niczego, co można by określić mianem pustki lub próżni. Chodzi raczej o niezwykle intensywne rozdymanie się przestrzeni jako takiej .
Zaczyna powstawać nasz Wszechświat. Żeby prześledzić wszystko chociaż zgrubsza krok po kroku, musimy zastosować zwolnione obroty, ponieważ jak nigdy potem w historii rzeczy dzieją się potwornie szybko.
Od momentu zerowego do 10-44 s trwa era Plancka. Poza tym, że nazwa pochodzi od nazwiska niemieckiego noblisty, nic więcej o niej nie wiadomo. Żadna z obecnych teorii fizycznych nie jest w stanie opisać procesów, które wówczas zachodziły. Możemy jedynie przypuszczać, że gęstość materii i energii spadła w tym czasie do 1093 g/cm3, a termperatura do 1032K (czyli stopni Kelwina). Jaka była wcześniej? Trudno to objąć umysłem.
Gdy Wszechświat osiągnął wiek 10-43 s, rozpoczyna się era hadronowa lub inaczej era wielkiej unifikacji. Dziesięciowymiarowy (tak! dziesięcio!) jak dotąd Wszechświat rozpada się na cztero- i sześciowymiarowy. Ten drugi kurczy się do rozmiarów 10-32 cm, a pierwszy zaczyna się gwałtownie rozszerzać. Na tym etapie wszystkie oddziaływania (z wyjątkiem grawitacji) są nierozróżnialne i występuje między nimi symetria. Rzeczywistość ma postać plazmy znajdującej się w równowadze termodynamicznej. Pod koniec ery temperatura spada do 1028 K, gęstość do 1014 g/cm3.
big bang
Schemat ewolucji Wszechświata. Źródło
Po 10-35 s od Wielkiego Wybuchu oddziaływania silne (silnie oddziałują kwarki, antykwarki i gluony) oddzielają się od elektrosłabych (a w późniejszym etapie oddziaływania elektrosłabe rozdzielają się na słabe - przenoszone za pomocą bozonów - i elektromagnetyczne) i następuje era inflacji, czyli bardzo gwałtownego powiększania rozmiarów. Wszechświat rośnie o 1050 swojej pierwotnej wielkości. Temperatura spada do 1014 K. Istniejące już cząstki mają swoje odpowiedniki w postaci antycząstek. Bez przerwy dochodzi do zderzeń jednych z drugimi, przez co następuje anihilacja. W końcu wszystkie pierwotne cząstki giną z wyjątkiem protonów i neutronów.
Od 10-4 s do 10s trwa era leptonowa. W tym czasie bardzo wiele się dzieje. Tworzą się pierwsze atomy. Świat wypełniają atomy wodoru skąpane w swobodnych protonach, elektronach, fotonach i neutrinach. Powstają jądra deuteru, potem helu-3, a następnie jądra helu-4. W śladowych ilościach pojawiają nieco cięższe pierwiastki, na przykład tlen. Pod koniec tego okresu 77% masy Wszechświata stanowi wodór, gęstość spada drastycznie do 104 g/cm3, a temperatura wynosi już "tylko" 1010K.
Po 10 s od początku wkraczamy w erę promieniowania. Cała rzeczywistość wypełniona jest fotonami z domieszką protonów i neutronów oraz symboliczną ilością helu. Temperatura promieniowania jest równa temperaturze materii. Wszechświat jest nieprzeźroczysty i przypomina jedną wielką zupę. Ta sytuacja zmienia się po 10 tys lat, kiedy to materia zaczyna dominować nad energią. Energia promieniowania słabnie wyraźnie w stosunku do energii związanej z materią. W ciągu 300 tys lat temperatura spada do 3000 K, a gęstość obniża się do 10-21 g/cm3. Protony już na stałe łączą się z elektronami w atomy, a fotony fruwają, gdzie im się żywnie podoba. Pozostałości tego "fruwania" obserwujemy do dzisiaj w postaci promieniowania tła (ale o tym dokładniej następnym razem). Po 300 tys lat kończy się era promieniowania, a rozpoczyna - trwająca do dzisiaj - era gwiazdowa.
Przez pierwsze 100 mln lat od Wielkiego Wybuchu moglibyśmy z czystym sumieniem cytować bohatera Seksmisji, mówiąc "ciemność widzę, ciemność". Temperatura otoczenia obniżyła się poniżej takiej, która umożliwiałaby jonizację wodoru (a więc zmobilizowanie go do świecenia), dlatego panują przysłowiowe egipskie ciemności. To, że niczego nie widać, nie znaczy, że nic się nie dzieje. Trwają cały czas procesy prowadzące do przekształcenia się Wszechświata w taki, jaki znamy dzisiaj. Po 100 mln lat zaczynają świecić pierwsze gwiazdy.
Co zmusiło jednorodny obłok wodoru i helu do kolapsu grawitacyjnego i w rezultacie utworzenia gwiazd i galaktyk - nie wiadomo. Faktem jest jednak, że taki proces nastąpił, dlatego dziś możemy oglądać nasze niebo w pełnej krasie. W tym czasie gęstość przestrzeni spadła do 10-29 g/cm3, a temperatura obniżyła do panującej dzisiaj, czyli do 2,7 K (ok. -270 st C).
bang
Jeszcze jeden uproszczony bardzo schemat ewolucji Wszechświata. Źródło
No dobrze, zmęczeni wróciliśmy do naszych czasów, ciekawie nam to niebo nasze wygląda, ale pojawia się pytanie, co dalej? Czy Wszechświat będzie się już tak rozszerzał bez końca? Istnieje teoria, która mówi, że kosmos po osiągnięciu maksymalnych rozmiarów i minimalnej gęstości zacznie z powrotem się kurczyć! Galaktyki będą coraz bliżej siebie i bliżej, temperatura i gęstość zaczną wzrastać, aż koniec końców wszystko wróci do punktu wyjścia, czyli do supergęstego punktu zwanego osobliwością. A dalej scenariusz już znamy. Big bang i po raz kolejny rodzi się Wszechświat.
Jak mam być szczera, to ta hipoteza nie daje mi spokoju. Nawet jeśli ten "nasz" Wielki Wybuch był którymś z kolei, to przecież, na miły Bóg, kiedyś musiał być ten pierwszy raz. W takim razie co było WCZEŚNIEJ? Jak powstał ten pierwszy supergęsty stan? Skąd on się wziął? Na Teutatesa, czyżby faktycznie "na początku było Słowo"?

0 komentarze :

Prześlij komentarz