Wielki Wybuch i ewolucja Wszechświata

Początkowy moment istnienia Wszechświata to tzw. Wielki Wybuch. Pojęcie to dobrze oddaje natężenie procesów, jakie zaczęły zachodzić we Wszechświecie. Natomiast w odróżnieniu od typowej eksplozji zaczął się we wszystkich punktach jednocześnie. Przewiduje się natomiast, że koniec czasoprzestrzeni nastąpi wtedy, gdy Wszechświat skurczy się, lub gdy ulegnie grawitacyjnemu zapadnięciu. Powstanie wtedy czarna dziura.

Początek Wszechświata datuje się na okres 15-20 miliardów lat temu. Od tamtego momentu rozpoczęła się ewolucja Wszechświata, która trwa do dziś.

Wszechświat powstał z kuli ognistej o ogromnej gęstości i bardzo wysokiej temperaturze. Przemawia za tym odkrycie słabego promieniowania mikrofalowego, które wypełnia Wszechświat a w przeszłości było poświatą kuli.

W chwili gdy następował Wielki Wybuch Wszechświat miał zerowy promień czyli był to początek jego istnienia. Takiemu promieniowi towarzyszyła nieskończenie wysoka temperatura. Od tej zerowej chwili rozpoczął się proces rozszerzania Wszechświata. Wiązało się to oczywiście z obniżaniem się temperatury promieniowania. Szacuje się , że po pierwszej sekundzie istnienia Wszechświata wynosiła ona około dziesięć miliardów stopni.

Niełatwo wyobrazić sobie taką temperaturę, tym bardziej, że dla nas już Słońce jest niewyobrażalnie gorące. A tymczasem temperatura promieniowania była tysiąc razy wyższa. Elementami budulcowymi wszechświata były wtedy głównie : fotony, neutrony , neutrina oraz antycząstki. Były również niewielkie ilości protonów i neutronów.

Wszechświat cały czas się rozszerzał. Systematycznie spadała też jego temperatura. Na skutek tego w pewnym momencie tempo kreacji par elektron - pozyton stało się mniejsze od tempa anihilacji. Doprowadziło to do sytuacji, ze większość tych par anihilowała. W wyniku tego zjawiska jak wiadomo powstają fotony. I tak też się działo wtedy. Spowodowało to znaczne obniżenie liczby elektronów. Pozostała natomiast pierwotna liczba neutrin i antyneutrin. Podejrzewa się, że mogą one wchodzić w skład tzw. ciemnej materii.

Szacuje się, że po stu sekundach od Wielkiego Wybuchu nastąpił spadek temperatury do około miliarda stopni. Taką temperaturę mają obecnie niektóre gwiazdy. Rozpoczęły się nowe zjawiska. Mianowicie zaczęło dochodzić do łączenia się protonów i neutronów. W efekcie powstawały deuterony. Stało się tak, ponieważ siły przyciągania jądrowego przewyższyły energię nukleonów. Następnie powstałe jądra helu dalej łączyły się z kolejnymi nukleonami i w ten sposób powstawały jądra helu składające się z czterech nukleonów czyli dwóch protonów i dwóch neutronów.

W tym samym czasie formowały się również jądra cięższych pierwiastków takich jak lit i beryl.

Naukowcy obliczyli, ze według tej teorii Wielkiego wybuchu prawie 25 % protonów i neutronów łączy się w jądra helu i cięższych pierwiastków. Pozostałą ilość neutronów ulega rozpadowi na protony. I tak pojawiają się jądra wodoru.

Taka koncepcja początków wszechświata została przedstawiona już w 1948 roku. Dokonał tego George Gamow.

Nie było to jednak wszystko nad czym myślał uczony. Mianowicie podejrzewał on, również, ze pierwotne promieniowanie z początków Wszechświata nie zaniknęło, mimo, że jego temperatura bardzo się obniżyła i powinno być wykrywalne nawet dzisiaj. I okazało się, że ma rację. Promieniowanie takie udało się odkryć już w 1965 roku.

Gdy Wszechświat miał zaledwie kilka godzin zakończyła się produkcja helu i jąder cięższych pierwiastków. Po tym wydarzeniu milion lat następowało tylko rozszerzanie się Wszechświata i towarzyszący temu procesowi spadek temperatury. Gdy osiągnęła ona poziom kilku tysięcy stopni to zaczęło dochodzić do powstawania atomów. W dalszym ciągu trwał proces rozszerzania i stygnięcia Wszechświata. Niemniej jednak były w jego obrębie obszary o zwiększonej gęstości i one miały wolniejsze tempo zwiększania objętości na skutek przyciągania grawitacyjnego. W pewnym momencie zamiast rozszerzać się zaczynał się proces ich kurczenia. Po pewnym czasie zaczynały one rotować ze stale zwiększającą się prędkością. Został zatrzymany proces ich kurczenia. W ten sposób doszło do uformowania się galaktyk rotujących. Z innych fragmentów uformowały się nieruchome galaktyki eliptyczne.

W dalszym etapie w chmurach gazowych zaczęły tworzyć się zagęszczenia, które na skutek różnych procesów przekształciły się w gwiazdy. W następnej kolejności doszło do powstania planet i ich satelitów.

Przedstawiona teoria ewolucji Wszechświata jak na razie jest zgodna ze wszystkimi obecnie obserwowanymi procesami.