Strona główna Poznajmy się bliżej Misja: matura i studia Strefa internauty Kontakt Artykuły

Przez lata kosmologowie zajęci byli tworzeniem spójnej teorii, która przedstawi początek Wszechświata i jego ewolucję. Z biegiem czasu odeszli od czystych spekulacji w kierunku metodycznego, fizykalnego badania historii Wszechświata. Dojrzałą teorią początku Wszechświata jest teoria, która wyróżnia dwa modele ewolucji wszechświata.

Pierwszym, jest model Wielkiego Wybuchu zakładający powstanie wszechświata w osobliwości początkowej. Drugim jest tak zwany model Wszechświata bez brzegów.

Model ten zakłada, że Wszechświat wciąż się rozszerza. Pierwszym, który odkrył, tę własność Wszechświata był Edwin Hubble. Odkrył to badając linie Frounhofera – są to charakterystyczne przerwy, znajdujące się w widmie światła, spowodowane pochłanianiem światła o pewnej długości fali przez konkretny pierwiastek (każdy pierwiastek pochłania światło o innej długości fali). Okazało się, że linie Frounhoffera w widmie światła pochodzącego z odległych galaktyk są przesunięte ku czerwieni, co oznacza że galaktyki oddalają się od obserwatora.

Według teorii Hubble’a Wszechświat powstał w momencie Wielkiego Wybuchu, gdy jego rozmiary były nieskończenie małe, a gęstość nieskończenie wielka. W opisanych warunkach prawa fizyczne przestają poprawnie opisywać rzeczywistość, a teoria względności załamuje się. Dlatego nazywamy ten moment, momentem osobliwym.

Osobliwość – ciemna materia

Po chwili Wielkiego Wybuchu Wszechświat zaczął się rozszerzać. Rozszerzanie to spowodowane było siłą ekspansji. Ponieważ sile ekspansji przeciwdziała siła grawitacji, istnieją trzy możliwości późniejszego zachowania się Wszechświata.

Możliwości te zostały opisane przez Friedmana, jako trzy modele Wszechświata.

Model 1	Wszechświat rozszerza się tak wolno, że grawitacja jest w stanie zwolnić, a następnie zatrzymać ekspansję. Wtedy galaktyki zaczynają się do siebie zbliżać, i Wszechświat ulega kurczeniu. Zerowa początkowo odległość między galaktykami rośnie do maksimum, a następnie ponownie maleje do zera. Doszłoby wtedy do Wielkiego Kolapsu, po którym być może nastąpi ponowny Wielki Wybuch. Taki model przedstawia wszechświat przestrzennie skończony – przestrzeń nie ma granic, ale grawitacja zakrzywia ją w ten sposób, że przypomina powierzchnię Ziemi. Rys. obrazujące model 1
Model 2	Wszechświat rozszerza się tak szybko, że grawitacja nie jest w stanie wyhamować ekspansji – może ją jedynie zwolnić. Początkowo odległość jest równa zeru, a następnie galaktyki oddalają się ze od siebie ze stałą prędkością.
Model 3	Wszechświat rozszerza się z minimalną prędkością, jaka jest potrzebna, aby uniknąć skurczenia się. Początkowo odległość między galaktykami jest zerowa, następnie zawsze wzrasta. Prędkość z jaką galaktyki oddalają się od siebie stale spada, ale nigdy nie osiąga wartości zerowej – asymptotycznie zbliża się do zera. Rys. obrazujące model 2 i 3

Aby powiedzieć, który z powyższych modeli jest prawdziwy musielibyśmy znać obecne tempo ekspansji i średnią gęstość materii. Im wyższa gęstość materii, tym silniejsze przyciąganie grawitacyjne przeciwdziałające sile ekspansji. Jeśli gęstość materii przekroczy pewną krytyczną wartość, to ekspansja nie zdoła przeciwstawić się grawitacji. Istnieją kłopoty z wyznaczeniem obu tych liczb. Kłopoty związane z wyznaczeniem gęstości materii są spowodowane istnieniem ciemnej materii, której nie można bezpośrednio spostrzec. Nie należy się jednak obawiać, bo według obecnych danych Wszechświat nie zapadnie się wcześniej niż za 10 milionów lat…

Konkurencyjnym wobec wcześniej omawianego modelu Wszechświata z brzegami, jest zaprezentowany przez Hawkinga model Wszechświata bez brzegów.

Wszechświat bez brzegów można wyobrazić sobie jako kulę. Warunek braku brzegów, oznacza, że możliwe czasoprzestrzenie mają skończoną rozciągłość i nie mają żadnych brzegów, ani osobliwości (moment osobliwy – opisany w poprzednim punkcie).

Przyjęcie takiego modelu oznaczałoby, że Wszechświat rozpoczął ewolucję od gładkiego i jednorodnego stanu. We wczesnej fazie ewolucji Wszechświata miała miejsce faza inflacyjna i to za jej sprawą Wszechświat się rozszerza. Wraz z rozszerzaniem się Wszechświata rośnie jego nieporządek. Początkowo jednorodny stan staje się coraz bardziej nieuporządkowany, co powoduje, że stopniowo wytwarzające się warunki sprzyjają rozwojowi inteligentnego życia.

Teoria Wielkiego wybuchu w obecnej postaci ma 30 lat. Mówi ona o naszej przeszłości, teraźniejszości i przyszłości. Model Wielkiego Wybuchu jest wyidealizowanym obrazem rzeczywistości, podobnie jak model Ziemi jako idealnej sztywnej kuli. Uproszczenie to jest jednak potrzebne i cenne - uproszczony model pozwala dostrzec najważniejsze cechy Wszechświata, którego dzisiejszy stan jest wynikiem długotrwałej ewolucji. Dysponujemy określonymi danymi pochodzącymi z obserwacji (tu przykładem może być promieniowanie reliktowe), które mówią o tym co działo się we wczesnym Wszechświecie. Obraz rozszerzającego się Wszechświata w którym stopniowo maleje temperatura na skutek odpychającej siły grawitacji stanowi fundament teorii Wielkiego Wybuchu.

Jaką rolę pełnimy my, ludzie w tej historii Wszechświata? Co świadczy o naszej małości , a co o wyjątkowości i wielkości? Rozważając temperatury, siły, mówiąc o skalach Wszechświata ujawnia się, że człowiek jest tylko jego niewielką cząstką. Cały gatunek ludzki w porównaniu do wieku Wszechświata, istnieje tylko ułamek sekundy i nie jest w stanie w znaczący sposób wpłynąć na jego losy.

Z drugiej jednak strony to właśnie człowiek jest tą istotą, która wciąż zadaje sobie pytania dlaczego właśnie takie jest nasze istnienie, dlaczego świat wygląda tak, a nie inaczej. To właśnie człowiek stara się znaleźć przyczynę, początek wszystkiego, wciąż stawia sobie pytanie o naturę i złożoność rzeczy, tworząc w tym celu teorie, które mówią o przeszłości Wszechświata i starają się przewidzieć jego przyszłe losy.

Bibliografia:
C. Hogan, Mała księga wielkiego wybuchu, Warszawa 2003.
S. Hawking, Krótka historia czasu, Warszawa 2005.
Rysunki: Multimedialna Encyklopedia Powszechna – Edycja 2000, Fogra Multimedia, Kraków 2000.