Didžiojo sprogimo chronologija

Straipsnis iš Vikipedijos, laisvosios enciklopedijos.
Peršokti į: navigaciją, paiešką

Didžiojo sprogimo chronologija pateikia Didžiojo sprogimo teorijos įvykių eigą.

Iš šiandieninių tyrimų galima daryti prielaidą, jog Visata susiformavo prieš 13,73±0,12 milijardo metų[1]. Jos plotis siekia mažiausiai 93 milijardus šviesmečių arba 880×1024 metrų. Ankstyvoji visata, kuri šiuo metu tebėra mažai suprasta, buvo akimirka, kuomet ji buvo toki karšta, kad dalelė turėjo energijas, aukštesnes už šiuo metu pasiekiamas dalelių greitintuvuose. Dauguma šios epochos ypatybių ir detalių paremta moksliniais spėjimais.

Po ankstyvosios visatos periodo evoliucija tęsėsi pagal žinomą aukštos energijos fiziką. Tai laikas, kuomet susiformavo pirmieji elektronai, protonai ir neutronai, o po jų branduoliai ir galiausiai atomai. Sulig neutralaus vandenilio susiformavimu buvo išspinduliuotas kosminė mikrobanginis fonas.

Vėliau materija ėmė jungtis į pirmąsias žvaigždes, o iš jų ėmė formuotis kvazarai, galaktikos, galaktikų spiečiai ir superspiečiai.

O apie visatos pabaigą yra kelios teorijos.

Labai ankstyva visata[taisyti | redaguoti kodą]

Idėjos apie labai ankstyvą visatą (žr. kosmogonija) laikomos spekuliatyviomis, kadangi šiuo metu jokie greitinimo eksperimentai nepasiekia energijų, pakankamų pažvelgti į šį periodą. Visos siūlomos teorijos iš esmės skiriasi viena nuo kitos, pvz., Hartlio-Hokingo būsena, stygų teorijos peizažas (angl. String theory landscape), kosminis išsipūtimas (angl. cosmic inflation) ar ekpirotinė visata (angl. ekpyrotic universe).

Augustino era[taisyti | redaguoti kodą]

Prieš Didįjį sprogimą

Vienas iš Didžiojo sprogimo teorijos kūrėjų, George Gamow, 1952 m. pasiūlė periodą prieš Didįjį sprogimą vadinti Augustino era[2]. Pavadinta Šv. Augustino garbei, kuris tikėjo, kad laikas buvo tiktai Dievo sukurtos Visatos savybė, esą iki visatos sukūrimo jo nebuvo. Terminu „Augustino era“ siekiama išreikšti idėją, jog žinomi fizikos dėsniai žlunga begalinio tankio gravitaciniame singuliarume ties nuliniu Didžiojo sprogimo laiku, todėl pagal Alberto Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją iki to taško nebuvo jokių laikų. Kaip bebūtų, fizikai mano, jog bendrasis reliatyvumas tampa nesuderinamas su kvantine mechanika Planko skalėje, taigi negalima pasitikėti ir bendrojo reliatyvumo prognozėmis prieš Planko erą, kuomet energijos ir temperatūros siekė Planko skalę. Todėl norint kažką pasakyti apie laikus prieš Planko erą reikalinga įvesti kvantinės gravitacijos teoriją[3].

Planko epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Iki 10–43 sekundės po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Planko epocha.

Jei supersimetrijos prielaida teisinga, tuomet šio periodo metu susiformavo keturios fundamentaliosios sąveikos: elektromagnetinė, silpnoji, stiprioji ir gravitacinė. Visos turėjo tokį patį stiprumą, todėl greičiausiai buvo susijungusios į vieną fundamentinę jėga. Apie šį periodą žinoma labai mažai, o skirtingos teorijos siūlo skirtingus scenarijus. Bendrasis reliatyvumas prieš šį laiką siūlo gravitacinį singuliarumą, bet esant šioms sąlygoms laikoma, kad teorija griūna dėl kvantinių efektų. Fizikai tikisi, jog pasiūlytos kvantinės gravitacijos teorijos, pvz., stygų teorija ir ciklinė kvantinė gravitacija, nuves prie geresnio šios epochos supratimo.

Didžiojo suvienijimo epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 10–43 10–36 sekundės po Didžiojo sprogimo[4]
Pagrindinis straipsnis – Didžiojo suvienijimo teorija.

Kadangi visata nuo Planko epochos plečiasi ir vėsta, gravitacija pradeda atsiskirti nuo elektromagnetinės, silpnosios ir stipriosios sąveikų. Šios epochos fizika gali būti aprašyta didžiojo suvienijimo teorija, kurioje Standartinis modelis kol kas priklauso kitai, didesnei grupei, kuri dar negali sukurti gamtoje stebimų jėgų. Galiausiai didysis suvienijimas sugriaunamas, kuomet nuo elektrosilpnosios sąveikos atsiskiria stiprioji sąveika. Pasak kai kurių teorijų, tai turėtų sukurti magnetinius monopolius.

Elektrosilpnoji epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 10–36 ir 10–12 sekundės po Didžiojo sprogimo[4]
Pagrindinis straipsnis – Elektrosilpnoji epocha.

Visatos temperatūra nukrito pakankamai žemai (iki 1028 K), kad atsiskirtų stiprioji sąveika nuo elektrosilpnosios. Šis perėjimas sukėlė eksponentinį plėtimasi, vadinamą kosminiu išsipūtimu (angl. cosmic inflation). Pasibaigus plėtimuisi, dalelių susidūrimai tebėra pakankamai energingi, kad susikurtų dideli kiekiai egzotiškų dalelių, pvz., W ir Z bozonų bei Higso bozonų.


Išsipūtimo epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 10–36 ir 10–32 sekundės po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Išsipūtimo epocha.

Tiksli temperatūra ir laikas, kada vyko kosminis išsipūtimas, nėra žinomi. Išsipūtimo metu visata suplokštėja ir pasiekia žaibiško homogeninio (vienalyčio) ir izotropinio plėtimosi tarpsnį. Dalis energijos iš fotonų tampa virtualiais kvarkais ir hiperonais, tačiau jos greitai skyla.

Kita teorija teigia prieš kosminį išsipūtimą visata buvo šalta ir tuščia, o didelės temperatūros ir energijos, susijusios su ankstyvomis Didžiojo sprogimo epochomis, buvo sukurtos dėl fazinio pokyčio, susijusio su išsipūtimo pabaiga.

Pašildymas[taisyti | redaguoti kodą]

Pašildymo metu, eksponentinis plėtimas, atsiradęs per išsipūtimą, liaujasi ir infliatonų (angl. inflaton) lauko potencinė energija skyla į karštą, reliatyvistinę dalelių plazmą. Jei didysis suvienijimas yra mūsų visatos požymis, tuomet kosminis išsipūtimas turėjo prasidėti per arba po didžiojo suvienijimo simetrijos nutraukimo, kitu atveju magnetiniai monopoliai būtų sutinkami matomoje visatoje. Taip pat šiame periode visatoje vyrauja spinduliavimas, formuojasi kvarkai, elektronai ir neutronai.

Bariogenezė[taisyti | redaguoti kodą]

Pagrindinis straipsnis – Bariogenezė.

Kol kas nėra jokio fizikinio paaiškinimo, kodėl visatoje barionų (įprastos materijos) yra žymiai daugiau, nei jų antidalelių – antibarionų (žr. tamsioji materija). Mėginant tai paaiškinti, laikoma, kad tam tikru metu po išsipūtimo susidarė Sacharovo sąlygos, leidusios susidaryti asimetrijai tarp barionų ir antibarionų: 1) barioninio skaičiaus B pažeidimas; 2) C simetrijos ir CP simetrijos pažeidimai; 3) sąveika už šiluminės pusiausvyros. Deja, eksperimentiškai dar neaptikta barioninio skaičiaus pažaidos atvejų.

Ankstyva visata[taisyti | redaguoti kodą]

Kai baigiasi kosminis išsipūtimas, visata užsipildo kvarkų-gliuonų plazma. Nuo šio momento ankstyvos visatos fizika žymiai geriau suprasta ir mažiau teorinė.

Kvarkų epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 10–12 ir 10–6 sekundės po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Kvarkų epocha.

Manoma, kad elektrosilpnosios epochos pabaigoje, nutrūkus elektrosilpnajai sąveikai, visos dalelės per Higso mechanizmą įgyja masę. Fundamentaliosios sąveikos, elektromagnetinė, silpnoji, stiprioji ir gravitacija, nebėra pradinės formos, tačiau Visatos temperatūra tebėra pakankamai aukšta, kad kvarkai susijungtų ir suformuotų hadronus.

Hadronų epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 10–6 ir 1 sekundės po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Hadronų epocha.

Kvarkų-gliuonų plazma, sudaranti Visatą, vėsta ir toliau, kol dar gali formuoti hadronai, įskaitant barionus protonus ir neutronus. Apytiksliai praėjus 1 sekundei po Didžiojo sprogimo, atsiskiria neutrinai ir pradeda laisvai keliauti erdve. Toks neutrinų spinduliavimas vadinamas kosminiu neutrinų fonu, o apie jo egzistavimą galima spėti tik iš netiesioginių įrodymų. Tiesiogiai šis spinduliavimas gali būti visai neužfiksuotas dėl to, jog žemos energijos neutrinai silpnai sąveikauja su medžiaga.

Leptonų epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 1 sekundės 3 minučių po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Leptonų epocha.

Hadronų epochos pabaigoje hadronai ir antihadronai anihiliuoja, o Visatoje dominuoti pradeda likę leptonai ir jų antidalelės. Apytiksliai po 3 ekundžių nuo Didžiojo sprogimo temperatūra nukrinta iki ribos, kada naujos leptonų ir antileptonų poros nebegali susidaryti ir dauguma antileptonų eliminuojami anihiliacijos reakcijų metų, o Visatoje lieka tik nedidelis kiekis leptonų.

Fotonų epocha[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 3 minučių ir 380 000 metų po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Fotonų epocha.

Leptonų epochos pabaigoje pagal energinį pasiskirstymą Visatoje dominuoja fotonai, kurie dar pakankamai dažnai ateinančius 300 000 metų sąveikauja su protonais, elektronais, o netrukus ir su branduoliais.

Branduolių sintezė[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 3 ir 20 minučių po Didžiojo sprogimo[5]
Pagrindinis straipsnis – Didžiojo sprogimo branduolių sintezė.

Fotonų epochos pradžioje Visatos temperatūra nukrinta (ir toliau leidžiasi) iki taško, kuriame gali pradėti formuotis atomų branduoliai. Protonai ir neutronai jungiasi į branduoliu branduolių sąlajos proceso metu. Tačiau šis branduolių formavimasis tęsiasi tik maždaug 17 minučių: Visatos temperatūra ir tankis nukrinta iki ribos, kuomet branduolių sąlaja nebegali vykti. Šiuo momentu Visatoje vandenilio (masės atžvilgiu) yra apie tris kartus daugiau, nei 4He izotopo, o kitų elementų – tik nežymus kiekis.

Medžiagos dominavimas[taisyti | redaguoti kodą]

Apie 70 000 metų po Didžiojo sprogimo

Rekombinacija[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 240 000 ir 310 000 metų po Didžiojo sprogimo

Struktūros formavimasis[taisyti | redaguoti kodą]

Pagrindinis straipsnis – Struktūros formavimasis.

Struktūros formavimasis po Didžiojo sprogimo tęsėsi hierarchiškai: pirma susiformavo mažos struktūros, o po to ir didelės. Manoma, jog iš pradžių susiformavo ryškūs kvazarai (galaktikų branduoliai) ir III populiacijos žvaigždės. Prieš šią epochą Visatos evoliucija suprantama kaip tiesinė kosminė trikdžių teorija: visos struktūros gali būti laikomos mažai nukrypimais nuo idealiai homogeniškos (vienalytės) Visatos. Laikoma, kad po to pradėjo formuotis netiesinės didelės struktūros.

Rejonizacija[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 150 milijonų ir 1 milijardo metų po Didžiojo sprogimo
Pagrindiniai straipsniai – Rejonizacija ir 21 centimetro spinduliavimas.

gravitacinio kolapso susiformuoja pirmieji kvazarai, kurių intensyvus spinduliavimas rejonizuoja Visatą, todėl šiuo laikotarpiu dauguma Visatos sudaryta iš plazmos.

Žvaigždžių formavimasis[taisyti | redaguoti kodą]

Pagrindinis straipsnis – Žvaigždėdara.

Iš lengvųjų elementų (vandenilio, helio ir ličio) pradeda formuotis greičiausiai III populiacijos (turinčios itin mažai metalų ir tik branduolyje). Šiose žvaigždėse prasideda procesai, sudarantys sunkesnius elementus. Kaip bebūtų, iki šiol nėra aptikta III populiacijos žvaigždžių, todėl jų formavimasis išlieka paslaptimi[6].

Galaktikų formavimasis[taisyti | redaguoti kodą]

Pagrindinis straipsnis – Galaktikų formavimasis.

Susiduria dideli medžiagos tūriai ir pradeda formuotis galaktikos. Šio proceso pradžioje susidaro II populiacijos žvaigždės, o vėliau – I populiacijos.

2007 m. liepos 10 d. Richard Ellis su komanda iš Kalifornijos technologijos instituto Pasadenoje, naudodami Keck II teleskopą atrado iki šiol seniausias žinomas galaktikas, susiformavusias prieš 13,2 milijardo metų, t. y. kai Visata buvo 500 milijonų metų amžiaus[7].

Grupių, spiečių ir superspiečių formavimasis[taisyti | redaguoti kodą]

Gravitacija traukia galaktikas viena prie kitos ir formuojasi grupės, spiečiai ir superspiečiai.

Saulės sistemos formavimasis[taisyti | redaguoti kodą]

Tarp 8 ir 9 milijardų metų po Didžiojo sprogimo
Pagrindinis straipsnis – Saulės sistemos susidarymas.

Galiausiai susiformavo mūsų Saulės sistemos objektai. Saulė iš ankstesnių žvaigždžių liekanų susiformavo prieš maždaug 4,6 milijardo metų, arba tarp 8-9 milijardų metų po Didžiojo sprogimo.

Dabartis[taisyti | redaguoti kodą]

13,7 milijardų metų po Didžiojo sprogimo

Dabartiniais duomenimis nustatyta jog Visatos amžius yra apie 13,7 milijardo metų. Manoma, jog dėl greitėjančio visatos plėtimosi didžiausios struktūros, kurios gali susiformuoti, yra ir bus galaktikų superspiečiai.

Šaltiniai[taisyti | redaguoti kodą]

  1. Chang, Kenneth. "Gauging Age of Universe Becomes More Precise", New York Times, 2008-03-09. Nuoroda tikrinta 2008-11-12.
  2. Gamow, George (1961). The Creation of the Universe. Courier Dover Publications. p. 28 "Thus nothing can be said about the pre-squeeze era of the universe, the era which may be properly called, "St. Augustine's era," since it was St. Augustine of Hippo who first raised the question as to 'what God was doing before He made heaven and earth'."
  3. "The Planck Era."
  4. 4,0 4,1 Ryden B: "Introduction to Cosmology", pg. 196 Addison-Wesley 2003
  5. Didžiojo sprogimo branduolių sintezė
  6. Ferreting Out The First Stars; physorg.com
  7. W. M. Keck Observatory: Astronomers find most distant known galaxies. Nuoroda tikrinta 2008-11-14.