Ocena brak

Wielki wybuch

Autor /Machabeusz123 Dodano /05.06.2013

Do fascynujących zagadnień współczesnej astronomii należy nie tylko natura kwazarów, ale i pochodzenie Wszechświata. Dzięki odkryciom dokonanym przez Edwina P. Hubble’a i innych uczonych wiemy już od dawna, że galaktyki oddalają się od siebie. Należało więc zapytać: co jest tego przyczyną? Z odpowiedzią pospieszył już w roku 1927 belgijski kosmolog Georges E. Le-maitre (1894-1966), który zakładał, że w bardzo odległej przeszłości cała materia Wszechświata skoncentrowana była w postaci jądra pierwotnego. W pewnej jednak chwili jądro eksplodowało i skupiona w nim materia rozrzucona została we wszystkie kierunki przestrzeni. Po upływie wielu milionów lat powstały z niej najpierw galaktyki, a potem gwiazdy i planety.

Teorię powyższą, zwaną teorią „wielkiego wybuchu” (po angielsku „big bang”), w roku 1946 rozszerzył George A. Gamow (1904-1968), kosmolog amerykański pochodzenia rosyjskiego. I on zakładał, że Wszechświat miał na początku swego istnienia postać ogromnego jądra. O ile jednak jądro Lemaitre’a było jakimś potężnym atomem, z którego rozpadu powstały jądra wszystkich znanych obecnie pierwiastków, to jądro Gamowa składało się wyłącznie z bardzo gorącej i niezwykle zagęszczonej masy neutronowej. Dopiero po wybuchu neutrony zaczęły rozpadać się na protony i elektrony, przy czym niektóre z pierwszych protonów poczęły łączyć się z neutronami, tworząc jądra różnych pierwiastków. Większość ciężkich pierwiastków miała powstać w pierwszych 30 minutach ekspansji Wszechświata.

W owej krytycznej chwili, gdy zachodziły opisane tu procesy, gęstość materii wynosiła około miliarda ton na centymetr sześcienny, a jej temperatura dochodziła do 10 miliardów stopni.

W tym miejscu warto może zastanowić się nad wielkością liczby miliard, na którą tak często powołują się astronomowie i kosmologowie. Jest to bezsprzecznie bardzo duża liczba, ale czy jej wymowa jest dostatecznie przekonywająca, abyśmy mogli w pełni ją sobie uzmysłowić. Chyba nie i dlatego pomyślmy przez chwilę, zanim udzielimy odpowiedzi na takie oto pytanie: jaką średnicę miałby włos ludzki, gdyby go pogrubić miliard razy? Ołówka? Beczki? A może krakowskiego Barbakanu? Nie, średnica tak pogrubionego włosa wynosiłaby około siedemdziesięciu kilometrów! Ten przykład zapewne dobrze ilustruje, jak potwornie wielką gęstość miało pierwotne jądro i jak wielkie panowały w nim temperatury.

Teoria „jądra neutronowego” wynikała z potrzeby, by tylko jedna cząstka była podstawową, pierwotną cząstką materii. Mogła zaś nią być jedynie cząstka neutralna, gdyż Wszechświat jako całość jest przecież elektrycznie obojętny. Natomiast fakt, że dziś składa się głównie z wodoru i helu, wcale nie przeczy temu, iż w zamierzchłej przeszłości zawierał wyłącznie neutrony. Rozpadają się one bowiem na protony i elektrony, z których utworzone są atomy wszystkich pierwiastków. Wnikliwa jednak analiza wykazała, że opisany szczegółowo przez Gamowa proces mógł doprowadzić do wytworzenia tylko odpowiedniej ilości wodoru i helu. Gorzej z cięższymi pierwiastkami, które w ten sposób absolutnie nie mogły powstać. Ich pochodzenia nie tłumaczy więc ani teoria bomby termojądrowej Gamowa, ani też teoria pierwotnej bomby atomowej Lemaitre’a.

Prawdziwymi tyglami alchemicznymi, w których ciężkie pierwiastki powstawały i nadal zresztą powstają, okazały się wnętrza gwiazd. Przypuszczenie takie zrodziło się przed kilkudziesięciu laty, gdy w widmach gwiazd wykryto obecnos'ć linii pierwiastka promieniotwórczego, zwanego technetem. Ulega on bowiem stosunkowo szybkiemu rozpadowi i gdyby pochodził z wielkiego wybuchu, to od dawna już nie powinno go być we Wszechświecie. A tymczasem jest i to stanowi najlepszy dowód, że dziś jeszcze powstaje we wnętrzu gwiazd.

W podobny sposób wyjaśniono pochodzenie innych ciężkich pierwiastków, ale to nie znaczy wcale, że teoria wielkiego wybuchu jest błędna i trzeba ją w całości odrzucić. Należało jedynie wprowadzić do niej pewne innowacje, co też w następnych latach uczynił sam Gamow. Przede wszystkim zrezygnował z przypuszczenia, że ciężkie pierwiastki powstały w krótkim czasie po wybuchu pierwotnego jądra, gdyż proces ten zakończył się prawdopodobnie na wodorze i helu. Tak zmodyfikowany model Wszechświata, przyrównujący go do supergęstej „kropli neutronowej”, zgodny jest w grubszych zarysach z wynikami współczesnych badań. Także jego skład chemiczny, przewidywany przez teorię Gamowa, niewiele odbiega od danych obserwacyjnych. Wagowo około 69% materii Wszechświata stanowi wodór, na hel przypada około 29%, a na pozostałe pierwiastki zaledwie około 2%.

Ostatnie lata dostarczyły dalszych faktów obserwacyjnych na rzecz teorii wielkiego wybuchu, nadającej pewnej chwili czasu zupełnie wyjątkowe znaczenie. Jest też naturalne, że tę właśnie chwilę uważa się za narodziny Wszechświata. Ale co było przedtem? Oto intrygujące chyba każdego pytanie, na które teoria wielkiego wybuchu nie daje na razie odpowiedzi, i dlatego niektórzy zaczęli odwoływać się do aktu stworzenia. Ich zdaniem arcybiskup irlandzki James Ussher (1581-1656) miał zasadniczo rację, gdy swego czasu twierdził, iż Bóg stworzył świat w roku 4004 przed naszą erą. Pomylił się bowiem tylko o „ileś tam miliardów lat”.

Taka postawa jest oczywiście zupełnie niedopuszczalna dla badacza przyrody. Prędzej czy później uzyskamy przecież nowe fakty obserwacyjne, które rzucą więcej światła zarówno na początek ekspansji Wszechświata, jak i na poprzedzający ją okres jego dziejów. Już zresztą istnieje hipoteza, że i przed wielkim wybuchem był Wszechświat podobny do naszego. Nie rozszerzał się jednak wówczas, lecz kurczył i w koricu przybrał postać jądra pierwotnego. Nie wiemy wreszcie, czy nasza Metagalaktyka to już cały Wszechświat. Mogą przecież istnieć jeszcze inne metagałaktyki, które tworzą-jak to zakłada astronom szwedzki Carl W. L. Charlier (1862-1934)-układ wyższego rzędu, zwany Teragalaktyką (po grecku „teras” znaczy cud).

W tym samym więc czasie, kiedy nasza Metagalaktyka się rozszerza, inne mogą się kurczyć.

Podobny pogląd reprezentują szwedzcy fizycy Oskar B. Klein i Hannes O. G. Alfven, którzy zmodyfikowali teorię jądra pierwotnego. Wychodzą on||f założenia, że na początku Wszechświat składał się z rozrzedzonej chmury gazowej, będącej mieszaniną materii i antymaterii. Obłok ten musiał się kurczyć pod wpływem własnej grawitacji i skutkiem tego dochodziło w nim do coraz częstszych zderzeń cząsteczek z antycząsteczka-mi. To zaś prowadziło do anihilacji materii, w której wyniku rosło we wnętrzu obłoku natężenie promieniowania i równocześnie wzrastało ciśnienie na tyle silne, że nie tylko zahamowało kurczenie się obłoku, ale wywołało nawet obserwowaną do dziś ekspansję materii Wszechświata.

Na razie nie wiemy, czy i która z omówionych [159] wyżej teorii jest bliższa prawdy. Jedno nie ulega wątpliwości - galaktyki i gwiazdy nie mogły powstawać na samym początku ekspansji Metaga-laktyki. Stało się to możliwe dopiero wówczas, gdy gęstość materii odpowiednio zmalała. Ze średniej gęstości poszczególnych galaktyk i z ich rozłożenia w przestrzeni kosmicznej można wnioskować, iż stawały się one tworami odosobnionymi nie wcześniej, aż średnica Metagałaktyki osiągnęła przynajmniej jedną setną jej dzisiejszej wartości. Od tego bowiem czasu ewolucja materii przebiegała nowymi torami—zaczęły wytwarzać się jej pierwsze skupiska. Najpierw powstawały gromady galaktyk, potem tworzyły się pojedyncze galaktyki, a w końcu w ich wnętrzu zaczęły powstawać gwiazdy. A ten proces-jak już wiemy jjtrwa jeszcze dziś. Jest to najlepszym dowodem, że Wszechświat ma przed sobą wspaniałe perspektywy.

Rozwój gwiazd odbywa się jednak jednokierunkowo i nieodwracalnie. Na tej podstawie można sądzić, że w podobny sposób przebiega rozwój galaktyk.

W ich wnętrzach stopniowo wyrównuje się energia temperatury, co w konsekwencji prowadzi do „śmierci cieplnej” układu - jak kosmologowie określają stan, w którym przestają zachodzić wszelkie procesy termojądrowe. Przyszłość rozstrzygnie, czy i w jakim stopniu dotyczy to całej Metagałaktyki.

Podobne prace

Do góry