7721

Wielkiego Wybuchu. Zgodnie z nią Wszechświat powstał jako niezwykle zwarty, gęsty i gorący twór; przez pierwsze ułamki sekund po powstaniu jego stan fizyczny był nieokreślony ze względu na ograniczenia związane z zasadą nieokreśloności Heisenberga; dopiero po osiągnięciu tzw. wieku Plancka, równego ok. 10 43 s, można go opisywać znanymi prawami fizyki miał on wtedy gęstość 1097 kg/m3, a temp. 1032 K; w miarę rozszerzania się Wszechświata spadała jego temperatura, tworzyły się cząstki elementarne, a przez krótki czas zachodziły reakcje syntezy helu i paru innych pierwiastków lekkich; póki temperatura Wszechświata przekraczała 10 000 K, wodór będący głównym składnikiem materii barionowej, był zjonizowany i pozostawał w równowadze termodynamicznej z polem promieniowania; po spadku temp. do ok. 3000 K praktycznie cały wodór przeszedł w stan neutralny, co spowodowało silne osłabienie oddziaływania materii z promieniowaniem w efekcie "gaz" barionowy i "gaz" fotonowy ewoluowały dalej niezależnie; w miarę dalszego rozszerzania się "gaz" fotonowy ochładzał się adiabatycznie aż do obecnie obserwowanej temp. ok. 2,7 K; z gazu barionowego powstały obserwowane obiekty, takie jak gwiazdy, galaktyki, gromady galaktyk i inne struktury.

W prostym modelu Wielkiego Wybuchu, obszar powiązany przyczynowo z dowolnym miejscem obejmował, w momencie rozprzężenia materii i promieniowania, znacznie mniejszą część Wszechświata niż obecnie. Tymczasem obserwacje mikrofalowego promieniowania tła wskazują na wysoki stopień jednorodności Wszechświata, co najmniej w granicach naszego obecnego horyzontu, niemożliwej do osiągnięcia, gdyby składał się on z wielu nie powiązanych ze sobą wcześniej i osobno ewoluujących obszarów. Nie znamy mechanizmu, który mógłby wyrównać powstałe na początku niejednorodności. Wyjściem okazało się wprowadzenie tzw. fazy inflacyjnej do wczesnych stadiów rozwoju Wszechświata. Przyjmuje się, że w wieku ok. 10 35 s nastąpiła krótka faza gwałtownego rozszerzania się Wszechświata; była ona związana z procesem łamania symetrii, podobnym do przejścia fazowego, podczas którego Wszechświat rozszerzył się ok. 1030 razy; w wyniku tego obszar powiązany przyczynowo osiągnął rozmiar wielokrotnie większy od obecnego rozmiaru horyzontu, co wyjaśnia obserwowaną jednorodność.

Gdyby średnia gęstość Wszechświata była wyższa od pewnej wartości, zw. gęstością krytyczną, siły grawitacyjne zatrzymałyby po pewnym czasie jego rozszerzanie się i nastąpiłaby faza kurczenia byłby to tzw. Wszechświat zamknięty; dla średniej gęstości mniejszej od krytycznej, rozszerzanie trwałoby nieskończenie Wszechświat otwarty, zaś w sytuacji, gdy gęstość byłaby dokładnie równa krytycznej, rozszerzanie trwałoby nieskończenie, ale z prędkością malejącą asymptotycznie do zera Wszechświat płaski. Istnienie fazy inflacyjnej wymaga, by średnia gęstość Wszechświata była dokładnie równa gęstości krytycznej. Jednak obserwacje świecącej materii dają nam średnią gęstość równą zaledwie parę procent gęstości krytycznej. Istnieją wszak wskazówki, że obserwowane struktury są o wiele masywniejsze muszą zatem zawierać "ciemną" materię; jej obecność przejawia się w sposób "hierarchiczny": obserwacje zachowania się siły przyciągania grawitacyjnego w funkcji odległości od środka niektórych galaktyk wskazują na to, że galaktyki powinny być otoczone rozległym obłokiem materii o masie o rząd wielkości większej od całkowitej masy zawartej w nich materii świecącej; dynamika galaktyk w gromadach wskazuje na dodatkową masę gromady parokrotnie większą od sumy mas galaktyk; podobnie, z obserwacji niektórych większych struktur, grupujących wiele samotnych galaktyk i gromad galaktyk wynika, że ich masy są jeszcze kilka razy większe. Najbardziej znaną strukturą tego typu jest tzw. Wielki Atraktor. Rozmiar naszego obecnego horyzontu można ocenić z wieku Wszechświata, równego ok. 15 mld lat; jego rozmiar jest zatem rzędu 15 mld lat świetlnych. Ponieważ gęstość krytyczna Wszechświata wynosi 10 26 kg . m 3, całkowitą masę Wszechświata ocenia się na 1053 kg. W postaci gwiazd i innych świecących obiektów jest ok. 5.1051