a| Sunčev sistem | Galaksija | Meteori | Asteroidi | Verovanja | Zanimljivosti |
| Rečnik | Vesti | Arhiva | Linkovi | Download | Kontakt |
|
|
Epohe razvoja svemira
|
|
|
Pri temeraturi od 1027 Kelvina, kad je svemir star 10-34 sekunde, jako međudelovanje se počinje razlikovati od preostala dva, koja su jo uvek objedinjena u elektroslabu silu. Ova je epoha zamisliva kao rezultat faznog prelaza pri kojem je vakuum "zamrznut" na taj način da više nema prelaza između kvarkova i leptona tj. kvarkovi i leptoni počinju "živeti" svaki za sebe. Zahvaljujući svom pojavljivanju u tri različite boje, kvarkovi prevladavaju svojim brojem u plazmi kvarkova i leptona u kojoj se nalaze pa se može govoriti i o kvarkovskoj epohi.
Epoha unutar spomenute Planckove udaljenosti i Planckovog vremena, epoha kvantne gravitacije, nama je jo uvek velika nepoznanica. Tu i sam prostor-vreme zamišljamo kao "penu" sa nama nepoznatim zakonima fizike gde ni prostor ni vreme vie nemaju isto značenje kao u svakodnevnom životu. Tako pitanje "Šta je bilo pre Velikog praska?" gubi svoj smisao jer kako se primičemo Velikom prasku pojmovi "pre" i "posle" više ne moraju imati nikakvo značenje. Temperatura od 1032 Kelvina, za svemir koji je manji od 10-35 metara i mlađi od 10-44 sekundi, magična je granica iza koje Einsteinova opta relativnost mora biti zamenjena kvantnom teorijom gravitacije - koju usprkos svim naporima još uvek nemamo. Pokušaji razumevanja tog perioda vezani su za prostore sa više od tri prostorne dimenzije, gde su preostale dimenzije zaokružene u sebe na lestvici ispod 10-35 metara. Unutar tih razmera mogle bi biti smeštene strune, a čestice koje normalno opažamo su tada tek "muzika" tih struna - njihova niskofrekventna pobuđenja.
U ranom, vrućem svemiru, moguće su interakcije koje ne možemo proizvesti u zemaljskim laboratorijama. Takve su, na primer, interakcije velikog ujedinjenja (GUT od engl. Grand Unification Theory), prenoene česticama težim od 1014 GeV (1GeV=10-27 kg = masa protona). Naime, u epohi velikog ujedinjenja, na temperaturi od 1029 Kelvina, kad je svemir bio star svega 10-38 sekundi temeljna međudelovanja (jako, slabo i elektromagnetsko) mogla bi biti ujedinjena u jedinstvenu silu. Ujedinjenje sila S porastom energije, tj. s porastom temperature u svemiru, četiri temeljne prirodne sile (gravitaciona, elektromagnetnka, slaba i jaka) se ujedinjuju u jedinstvenu silu. Akceleratori čestica su nam omogućili detaljno izučavanje ujedinjene elektroslabe sile. Za proučavanje GUT ujedinjenja i ujedinjenja svih sila, jedini akcelerator koji postoji je rani svemir. Fluktuacije u vakumu, poznate kao kvantni um, pridružene interakcijama velikog ujedinjenja, nose veliku energiju. One u ovoj epohi uzrokuju ubrzanu ekspanziju, inflaciju, tokom koje svemir postaje vrlo velik i ravan. Da bi dočarali o kakvom je velikom rastu reč, uporedimo to sa povećanjem dimenzija protona (10-15 metara) na kuglu čija je veličina deset miliona prečnika sunčevog sistema u vremenu manjem od 10-34 sekundi. Tačna svojstva jedinstvene sile velikog ujedinjenja još nisu sasvim poznata, ali iz onog što znamo je da je u tom periodu u svemiru bilo obilje tzv. magnetskih monopola tj. čestica sa magnetskim svojstvima jednakim magnetu s jednim polom. Svi danas poznati namagnetisani objekti imaju obavezno oba pola i to današnje neopažanje monopola objašnjivo je inflacijom koja ih je razredila na neopazivu meru. Veliko ujedinjenje je privlačno i zato jer bi u ovoj epohi omogućavalo stvaranje male asimetrije između materije i antimaterije. U kasnijim epohama će se najveći deo materije i antimaterije međusobno poništiti (anihilirati), a ova mala asimetrija će prouzrokovati da nešto materije preostane i izgradi danas poznati svemir. Taj proces u kojem iz prvobitne simetrične situacije nastaje asimetrični, materijalni svemir stručno se naziva bariogeneza.
Na temperaturi 1010 Kelvina, kad svemir ostari na jednu sekundu, gustoća svemira se toliko smanji da slabo-međudelujuće čestice, neutrini, prestaju igrati aktivnu ulogu u održavanju termičke ravnoteže s elektronima, pozitronima i fotonima. Istovremeno sa takvim "zamrzavanjem" neutrina, sve više elektronsko-pozitronskih parova anihilacijom prelazi u fotone - svemir prelazi u fotonsku epohu. Svemir star 3 minute, ohlađen na 109 K, omogućuje stvaranje deutrona tj. jezgara atoma deuterijuma. Temperatura vie ne može nadvladati nuklearno privlačenje protona i neutrona u deutron (vezani protonsko-neutronski sistem). Stvaranje deuterona je preduslov stvaranja težih elemenata, uglavnom helijuma, tokom velikog praska. To je tzv. prvobitna nukleosinteza. U razmeri 25% helijuma u odnosu na 75% vodonika, ti elementi će puno kasnije započeti gorući ciklus u zvezdama, tokom kojeg se stvaraju teži elementi. (Sekundarna nukleosinteza u zvezdama.)
Pri temperaturi 1015 K, na 10-10 sekundi starosti svemira, razdvajaju se i elektromagnetnka i slaba sila. Na otprilike 10-5 sekundi starosti, kad temperatura svemira padne ispod 200 MeV, dolazi do prelaza kvarkovsko-gluonske plazme u protone i neutrone. Iz vika kvarkova sada, u odnosu na elektrone dolazi se do svemira u kojem je isti broj protona i elektrona. Ali dok se na temperaturi ispod 1011 K protoni ubrajaju u "materiju", laki elektroni se u toj vrućoj zgusnutoj plazmi ponašaju kao "zračenje" i daju svoj udeo termičkoj ravnoteži u kojoj uz fotone učestvuju još i neutrini. Zbog takvog učestvovanja leptona (elektrona i neutrina) ta se epoha naziva leptonskom. Na svaku milijardu fotona, elektrona ili neutrina, dolazi tek jedan proton ili neutron. Dok temperatura ne padne bitno ispod 1011 Kelvina protoni i neutroni u leptonskoj sredini slobodno prelaze jedni u druge, pa ih ima isti broj. Daljim hlađenjem svemira proces pretvaranja težih neutrone u lake protone preovladava nad obrnutim procesom. Međusobni odnos nukleona (neutrona i protona) postaje 38% prema 62% u korist protona. Odnos tih sastojaka određivaće količinu lakih kemijskih elemenata "skuvanih" u ranom svemiru, u tzv. prvobitnoj nukleosintezi.
Sledeći važan korak u istoriji svemira događa se kad on ostari na 300 000 godina i ohladi se na 3000 K. U tako ohlađenom svemiru elektroni se sa protonima vežu u vodonikove atome, čime se fotonsko pozadinsko zračenje "odveže" od materije. Naime, dok naelektrisani protoni i elektroni predstavljaju izvore i ponore fotona, svemir sačinjen od električki neutralnih atoma providan je za fotone. Stoga na pogled putem svetlosti doseže u prolost svemira do epohe zadnjeg rasprenja fotona na 3000 K, koja je fotografisana pomoću COBE (Cosmic Background Explorer) satelita. Danas je zbog svemirske ekspanzije to zračenje ohlađeno na 2.7 K i predstavlja pozadinsko mikrotalasno zračenje koje su 1964. godine otkrili Penzias i Wilson.
Uunutrašnjost zvezda sačinjenih od prvobitno stvorenih jezgara vodonika i helijuma, stvaraju se tokom nuklearnih gorivih ciklusa teža atomska jezgra. Ugljenik, kiseonik, vodonik i gvožđe stvoreni nukleosintezom u zvezdama, raspruju se svemirom u zvezdanim vetrovima i eksplozijama superanova, stavarajući nove zvezde i njihovih planetarnih sistema. Hemijski procesi povezuju atome u čudesne tvorevine molekula i materije, na čijem kraju je i sam život planeta. Epilog Iza razumevanja svake od nabrojanih epoha krije se razumevanje specifičnih mehanizama i fizičkih zakona kojima možemo objasniti fizičke fenomene. Za neke fizičke teorije rani svemir je jedina raspoloživa eksperimentalna laboratorija.
|
