Teoria Wielkiego Wybuchu

Podstawą teorii Wielkiego Wybuchu, jest założenie, iż ok. 15 miliardów lat temu wszelka obecna dzisiaj materia i energia, była skupiona w pojedynczym nieskończenie małym punkcie, o nieskończenie dużej temperaturze. I w pewnym momencie punkt ten zaczął się błyskawicznie powiększać i jednocześnie ochładzać. Owo błyskawiczne rozszerzanie się nazywamy dzisiaj Wielkim Wybuchem. W miarę rozszerzania się temperatura ulegała obniżeniu i gdy była 100 milionów razy większa, od temperatury Słońca narodziły się oddziaływania które dzisiaj obserwujemy, a jedynymi cząstkami były kwarki. Gdy temperatura spadła i była już tylko 100 000 razy większa niż temperatura Słońca, cały Wszechświat był wielkości naszego Układu Słonecznego. Wtedy także kwarki zaczęły łączyć się ze sobą tworząc protony i neutrony. Wszechświat nadal się rozszerzał i gdy był już 1000 razy większy niż Układ Słoneczny, rozpoczął się tzw. proces nukleosyntezy, czyli łączenia się protonów i neutronów w jądra atomowe. W ten sposób powstały najstarsze jądra wodoru, helu, czy deuteru. Do tego momentu Wszechświat był jeszcze bardzo młody, bowiem istniał dopiero jedną minutę. Wciąż był bardzo gorący, co uniemożliwiało połączenie się powstałych jąder z elektronami i powstanie neutralnych atomów. Atomy narodziły się dopiero w 300 000 milionów lat później, wtedy to Wszechświat na tyle się rozszerzył, że jego temperatura spadła do takiego poziomu, przy którym elektrony mogły związać się z jądrami i stworzyć pierwsze neutralne atomy. W owym czasie Wszechświat był tylko 1000 razy mniejszy niż jest dzisiaj. Następnie powstałe atomy zaczęły zbijać się w wielkie obszary gazowe, z których następnie powstawały gwiazdy. W miarę rozszerzania się Wszechświata, gdy ten już osiągnął 20% dzisiejszej wielkości, gwiazdy te zaczęły zbijać się w gromady tworząc zalążki galaktyk. Gdy Wszechświat osiągnął już połowę swoich dzisiejszych rozmiarów, w wyniku reakcji syntezy jądrowej jaka zachodziła w rdzeniach gwiazd, powstała już większość pierwiastków tworzących dzisiejsze planety. Gdy wszechświat osiągnął już 2/3 dzisiejszej wielkości powstał nasz Układ Słoneczny. Jest on dosyć młody, gdyż jego wiek ocenia się na ok. 5 miliardów lat. Wszechświat cały czas ewoluuje, jednak powstała populacja gwiazd zaczyna powoli zanikać - cały dostępny materiał gazowy, został już wykorzystany na ich budowę. Za kolejnych 15 miliardów lat, Wszechświat nie będzie już dla nas tak rozgwieżdżony jak jest dzisiaj. Teoria Wielkiego Wybuchu bywa także nazywana Standardowym Modelem Kosmologicznym i jest swego rodzaju podsumowaniem wszelkich wyników otrzymanych z danych zebranych przy dotychczasowej obserwacji Wszechświata. Teoria ta zakłada, iż Wszechświat nadal się rozszerza, w ten sam sposób we wszystkich kierunkach, od momentu gdy zajmował nieskończenie małą objętość. Model ten nadal w wielu aspektach wymaga wyjaśnień, np.: co się działo z Wszechświatem przed Wielkim Wybuchem i jego ekspansją, jaka jest przyszłość Wszechświata, co się stanie gdy już wszystkie gwiazdy wypalą się. Jednakże jest to teoria na tyle spójna i nie stwarzająca większych problemów, że uznawana jest obecnie za jak najbardziej wiarygodną i jedyną słuszną. Dzięki geniuszowi Alberta Einsteina, znamy dzisiaj podstawowe zależności pomiędzy masą, energią, przestrzenią i czasem. Związki te sformułował i zebrał w Ogólnej Teorii Względności - teorii, która została już gruntownie zweryfikowana i potwierdzona. Einstein przedstawił swój pogląd na postać Wszechświata. Według niego cała materia ma rozkład jednorodny, a cały Wszechświat jest na dużych skalach statyczny, czyli zawsze jest tej samej postaci. Rosyjski uczony A. Friedman badając analizując prace Einsteina doszedł do wniosku, iż najmniejsze zaburzenie wprowadzone do takiego Wszechświata może spowodować, jego rozszerzanie się lub kurczenie. Gdy Friedman formułował swoje wnioski, w amerykański uczony V. Sliphet, jako pierwszy wykazał oddalanie się galaktyk od siebie. W kilka lat później Hubble ogłosił prawo, nazywane prawem Hubble'a i głoszące, że galaktyki oddalają się od siebie z prędkościami proporcjonalnymi do ich odległości względem Ziemi. Ekspansja Wszechświata jest bezsprzecznie faktem potwierdzonym naukowo. Już od lat trzydziestych XX wieku, zbierane są wszelkiego rodzaju dane potwierdzające ekspansję. Najlepszym dowodem jest obserwowane przesunięcie ku czerwieni w rejestrowanym widmie galaktyk. Wynika to bezpośrednio z ruchu obiektu emitującego promieniowanie. Długość fali tego promieniowania ulega wydłużeniu w kierunku barwy czerwonej. Im szybciej źródło promieniowania się porusza ( w naszym przypadku galaktyka) tym większe obserwujemy przesunięcie ku czerwieni. Obserwacje Hubble'a wykazały, iż to przesunięcie jest tym większe im większa jest odległość galaktyki od Ziemi. Dla najbliżej położonych galaktyk, przesunięcie to jest niewielkie, ale już dla obiektów położonych bardzo daleko takich jak kwazarów pozwala stwierdzić, iż obiekty te poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła. Na teze rozszerzania się wszechswiata pojawiły się dwa wyjaśnienia. Pierwszym była teoria stanu stacjonarnego autorstwa Freda Hoyle'a, Thomasa Golda i Hermanna Bondiego, która zakładała, że gęstość Wszechświata nie maleje, mimo jego rozszerzania się, dzięki ciągłej kreacji nowej materii. Drugiego wyjaśnienia dostarczyła teoria Lemaître'a rozwijana dalej przez George'a Gamowa. Paradoksalnie, została ona nazwana przez jej głównego oponenta - Hoyle'a, który mówił o niej lekceważąco - "teoria wielkiego bum". Przez pewien czas naukowcy byli podzieleni, jeśli chodzi o poparcie dla tych teorii. Jednak w latach 60. ubiegłego wieku odkrycie mikrofalowego promieniowania tła przechyliło szalę na korzyść teorii Wielkiego Wybuchu. W tej chwili badania kosmologiczne skupiają się na próbach zrozumienia, jak w kontekście teorii Wielkiego Wybuchu formują się galaktyki, co działo się w pierwszych momentach istnienia Wszechświata i pogodzenia obserwacji z teorią. Duże postępy w zakresie teorii Wielkiego Wybuchu zostały poczynione w latach 90. XX i w pierwszej dekadzie XXI wieku. Dzięki zaawansowanym teleskopom oraz danym z satelitów COBE, WMAP i kosmicznego teleskopu Hubble'a możliwe stały się pomiary o niespotykanej wcześniej precyzji, które doprowadziły do odkrycia, że tempo rozszerzania się Wszechświata wydaje się przyspieszać.