Ewolucja Wszechświata – Wielki wybuch:

Około 15 miliardów lat temu cała materia i energia, którą możemy dziś obserwować, skupiona w obszarze wielkości dziesięciocentówki zaczęła błyskawicznie rozszerzać się i stygnąć, zjawisko to nazwano “Wielkim Wybuchem”. Gdy temperatura spadła do około 100 mln. razy większej niż panuje wewnątrz Słońca siły przyrody nabrały obecnych cech. W tym okresie elementarne cząstki (kwarki) poruszały się swobodnie w morzu energii. Gdy Wszechświat rozszerzył się i ostygł jeszcze tysiąckrotnie, cała materia zajmowała obszar wielkości Układu Słonecznego.

W tym momencie z kwarków powstały protony i neutrony. Gdy Wszechświat rozszerzył się znowu tysiąc razy powstały jądra atomowe, m.in. jądra helu i deuteru. Wszystko to wydarzyło się w ciągu jednej minuty po Wielkim Wybuchu. Wciąż było jeszcze za gorąco, aby jądra mogły połączyć się z elektronami. Neutralne atomy powstały, gdy Wszechświat miał 300 tysięcy lat i był tylko 100 razy mniejszy niż obecnie. Neutralne atomy zaczęły skupiać się tworząc chmury gazu, z których później powstały gwiazdy. Gdy Wszechświat osiągnął jedna piątą obecnej wielkości, gwiazdy uformowały już grupy tworząc młode galaktyki.

Gdy Wszechświat był dwa razy mniejszy niż dzisiaj, w reakcjach syntezy jądrowej w gwiazdach powstała większość ciężkich pierwiastków. Nasz Układ Słoneczny jest względnie młody, ukształtował się 5 miliardów lat temu, gdy Wszechświat osiągnął już dwie trzecie obecnej wielkości

Zrozumienie pochodzenia i ewolucji Wszechświata jest jednym z wielkich osiągnięć nauki XX wieku. Nowoczesne teleskopy na Ziemi i w przestrzeni kosmicznej mogą obserwować światło pochodzące z galaktyk odległych o miliardy lat świetlnych, dzięki temu widzimy, jak wyglądał młody Wszechświat. Akceleratory cząstek elementarnych umożliwiają poznanie praw fizycznych, które rządziły gorącą materią we Wszechświecie, niedługo po jego powstaniu. Dekodery satelitarne rejestrują kosmiczne promieniowanie tła, które pozostało po Wielkim Wybuchu. Pozwalając na skonstruowanie jego obrazu.

Zgodnie z główną tezą teorii Wielkiego Wybuchu Wszechświat w dużych skalach rozszerza się prawie jednorodnie od stanu początkowego, w którym gęstość materii była niemal nieskończona. Wszystkie przewidywania Teorii Wielkiego Wybuchu zostały potwierdzone obserwacyjnie.

Model Wielkiego Wybuchu ma pewne ograniczenia:

• nie wiemy jak wyglądał Wszechświat prze Wielkim Wybuchem,

• nie wiemy, co stanie się w przyszłości, gdy ostatnia gwiazda wyczerpie swój zapas paliwa jądrowego.

Albert Einstein wykazał, że jednorodny rozkład materii dobrze pasuje do jego teorii względności. Założył, że Wszechświat jest statyczny (w dużych skalach ma taką samą postać).W 1922 roku Aleksander Friedman zauważył, że Wszechświat Einsteina Jest niestabilny: najmniejsze zaburzenie spowodowałoby początek rozszerzenia się lub kurczenia. W tym samym czasie amerykański astronom M. Slipher uzyskał pierwsze dowody, że galaktyki oddalają się. W 1929 roku Edwin p. Hubble, wykazał, że szybkość ucieczki galaktyk jest w przybliżeniu proporcjonalna do odległości od Ziemi. Ekspansja Wszechświata dowodzi, że w stanie pierwotnym miał on bardzo dużą gęstość i dopiero wskutek ewolucji powstały galaktyki położone daleko od siebie. W ogólnej teorii względności przestrzeń i rozkład materii są ze sobą ściśle związane. Rozszerza się sama przestrzeń, a średnia gęstość materii we Wszechświecie ciągle maleje. Ekspansję Wszechświata można porównać z rosnącym ciastem z rodzynkami (ciasto to przestrzeń, rodzynki to gromady galaktyk). Jak ciasto rośnie rodzynki oddalają się od siebie, szybkość oddalania jest proporcjonalna od odległości między nimi, czyli do ilości dzielącego je ciasta.

Już od ponad sześćdziesięciu gromadzone są dowody ekspansji Wszechświata, pierwszą wskazówką było poczerwienienie promieniowania galaktyk. Galaktyki emitują lub absorbują światło o pewnych długościach fali silniej niż inne. Jeśli galaktyka oddala się to linie emisyjne lub absorpcyjne przesuwają się w kierunku większych długości fal, czyli odpowiadające im światło ulega poczerwienieniu. Dla bliskich galaktyk przesunięcie ku czerwieni jest niewielkie, natomiast poczerwienienie odległych obiektów (radiogalaktyk i kwazarów) jest ogromne. Niektóre z nich oddalają się z prędkością równą 0,9 prędkości światła. Hubble policzył galaktyki w różnych częściach nieba i wykazał, że są one rozłożone dość równomiernie. Podstawowa zasada kosmologii stwierdza, iż w dostatecznie dużej skali Wszechświat jest jednorodny.

Chociaż wiemy, jakie warunki panowały we wczesnym Wszechświecie, nie wyjaśniono jednoznacznie jak powstały galaktyki, w jaki sposób powstał ich rozkład.