CERN Przyspieszenie nauki

Wielki Wybuch

W 1929 r. amerykański astronom Edwin Hubble odkrył, że odległości do odległych galaktyk są proporcjonalne do ich przesunięcia ku czerwieni. Przesunięcie ku czerwieni występuje, gdy źródło światła oddala się od obserwatora: pozorna długość fali światła ulega rozciągnięciu na skutek efektu Dopplera w kierunku czerwonej części widma. Obserwacje Hubble’a sugerowały, że odległe galaktyki oddalają się od nas, ponieważ najdalsze galaktyki miały największe prędkości pozorne. Jeśli galaktyki oddalają się od nas, rozumował Hubble, to kiedyś w przeszłości musiały być skupione blisko siebie.

Odkrycie Hubble’a było pierwszym obserwacyjnym wsparciem dla teorii Wielkiego Wybuchu Georges’a Lemaître’a, zaproponowanej w 1927 roku. Lemaître zaproponował, że wszechświat rozszerzył się eksplozywnie z niezwykle gęstego i gorącego stanu i rozszerza się do dziś. Późniejsze obliczenia datowały ten Wielki Wybuch na około 13,7 miliarda lat temu. W 1998 roku dwa zespoły astronomów pracujących niezależnie w Berkeley w Kalifornii zaobserwowały, że supernowe – eksplodujące gwiazdy – oddalają się od Ziemi w coraz szybszym tempie. Przyniosło im to nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku. Fizycy zakładali, że materia we wszechświecie spowolni tempo jego ekspansji; grawitacja w końcu spowoduje, że wszechświat opadnie z powrotem na swoje centrum. Chociaż teoria Wielkiego Wybuchu nie może opisać warunków, jakie panowały na samym początku wszechświata, może pomóc fizykom opisać najwcześniejsze chwile po rozpoczęciu ekspansji.

Początki

W pierwszych chwilach po Wielkim Wybuchu wszechświat był niezwykle gorący i gęsty. Gdy wszechświat się ochłodził, warunki stały się odpowiednie, aby dać początek budulcowi materii – kwarkom i elektronom, z których wszyscy jesteśmy zbudowani. Kilka milionowych części sekundy później kwarki połączyły się, tworząc protony i neutrony. W ciągu kilku minut te protony i neutrony połączyły się w jądra. W miarę jak wszechświat rozszerzał się i stygł, rzeczy zaczęły dziać się wolniej. Minęło 380 000 lat, zanim elektrony zostały uwięzione na orbitach wokół jąder, tworząc pierwsze atomy. Były to głównie hel i wodór, które nadal są zdecydowanie najbardziej rozpowszechnionymi pierwiastkami we wszechświecie. Obecne obserwacje sugerują, że pierwsze gwiazdy uformowały się z obłoków gazu około 150-200 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Cięższe atomy, takie jak węgiel, tlen i żelazo, są od tego czasu nieustannie produkowane w sercach gwiazd i katapultowane w cały wszechświat w spektakularnych eksplozjach gwiazdowych zwanych supernowych.

Gwiazdy i galaktyki nie opowiadają jednak całej historii. Obliczenia astronomiczne i fizyczne sugerują, że widzialny wszechświat to tylko niewielka część (4%) tego, z czego tak naprawdę składa się wszechświat. Bardzo duża część wszechświata, w rzeczywistości 26%, jest zbudowana z nieznanego rodzaju materii zwanej „ciemną materią”. W przeciwieństwie do gwiazd i galaktyk, ciemna materia nie emituje światła ani promieniowania elektromagnetycznego żadnego rodzaju, tak więc możemy ją wykryć jedynie poprzez jej efekty grawitacyjne.

Jeszcze bardziej tajemnicza forma energii zwana „ciemną energią” stanowi około 70% masy-energii zawartej we wszechświecie. Wiadomo o niej jeszcze mniej niż o ciemnej materii. Pomysł ten wywodzi się z obserwacji, że wszystkie galaktyki wydają się oddalać od siebie w coraz szybszym tempie, co sugeruje, że działa tu jakaś niewidzialna dodatkowa energia.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *