wszechświat
Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-06-12
Dziwne losy świata

Powstał w Wielkim Wybuchu i będzie się nieustannie rozszerzał? A może kolejny raz stworzyło go zderzenie dwóch kosmicznych membran? Szukający wyjaśnienia niezwykłych danych obserwacyjnych fizycy tworzą teorie, tłumaczące przeszłe i przyszłe losy naszego Wszechświata.


Jak wiele wiemy o budowie Wszechświata? Złośliwi odparliby, że co najwyżej 4%. Najprawdopodobniej tyle właśnie jest w nim zwykłej materii, budującej galaktyki, gwiazdy i nas samych. 23% Wszechświata stanowi ciemna materia, składająca się z nieznanych nauce cząstek. A reszta? Aż 73% to ciemna energia - coś, o czym fizycy wiedzą niemal tyle, co nic. Jak widać, jest co badać. Dla wyjaśnienia składu naszego świata powstają niezwykłe, poruszające wyobraźnię teorie. Skąd jednak wiemy o istnieniu ciemnej materii i energii?

Najnowsza historia poznawania świata rozpoczęła się w początkach XX wieku. To wtedy, wkrótce po ogłoszeniu przez Einsteina ogólnej teorii względności, zajęto się dociekaniami nad budową całego Wszechświata. Początkowo nie wiedziano nawet, czy jest on, jako całość, nieruchomy, czy też - co wydawało się znacznie mniej prawdopodobne - rozszerza się lub kurczy. Sam Einstein był przez jakiś czas zwolennikiem teorii nieruchomego Wszechświata. Ponieważ grawitacja szybko spowodowałaby jego zapadnięcie, wprowadził on do opisujących kosmos równań dodatkowy składnik odpychający, zwany stałą kosmologiczną. Wkrótce jednak, dzięki pomiarom ruchów galaktyk wykonanym przez Edwina Hubble'a, okazało się, że Wszechświat się rozszerza, a Einstein uznał stałą kosmologiczną za swą największą życiową pomyłkę.

Na podstawie obserwacji Hubble'a można było ustalić, że wszystkie galaktyki musiały kiedyś znajdować się w jednym punkcie. Innymi słowy, Wszechświat kiedyś znajdował się w supergęstym i gorącym stanie, od którego rozpoczęło się nieustanne rozszerzanie. Hipoteza takiego Wielkiego Wybuchu wywołała sprzeciw wielu badaczy, zwolenników "odwiecznego" kosmosu. Zaproponowali więc wyjaśnienie mniej drastyczne: zgodnie z nim kosmos rozszerza się od zawsze. Jego gęstość musiałaby jednak wówczas stale maleć. Aby temu zapobiec, wprowadzono do fizyki kreację z niczego: od czasu do czasu w rozszerzającej się przestrzeni miałyby powstawać pojedyncze cząstki. Dziwne? Może, ale czy nieustanna kreacja niewielkich ilości materii nie jest dziwniejsza od jednorazowego powstania całego Wszechświata?

Wśród nieustannych sporów konkurencyjna do Wielkiego Wybuchu teoria stanu stacjonarnego utrzymała się aż do roku 1965. To wtedy Arno Penzias i Robert Wilson, fizycy z laboratorium Bella, odkryli mikrofalowe promieniowanie tła - dobiegającą ze wszystkich kierunków nieba emisję, odpowiadającą promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7 K. Powstanie tego promieniowania dało się wyjaśnić tylko za pomocą teorii Wielkiego Wybuchu. Zgodnie z nią młody Wszechświat musiał być niezwykle gorący i wypełniony promieniowaniem.

Jego gwałtowne rozszerzanie spowodowało, że promieniowanie to dziś ma temperaturę kilku stopni powyżej zera bezwzględnego.

Mapa niewidzialnego

Po zwycięstwie teorii Wielkiego Wybuchu wydawało się, że losy Wszechświata mogą zależeć tylko od jego średniej gęstości: Wszechświat "lekki" rozszerzałby się w nieskończoność, "ciężki" - z czasem zahamowałby i zaczął się kurczyć. Niestety, średnią gęstość Wszechświata zmierzyć niełatwo. W dodatku jej coraz dokładniejsze pomiary wskazywały, że jest ona zdumiewająco bliska wartości odpowiadającej trzeciemu, pośredniemu modelowi, o tzw. gęstości krytycznej - 9,9 · 10-30?g/cm3. Przełom w tych pomiarach nastąpił niedawno. Na podstawie wielu badań, w tym obserwacji supernowych typu Ia i mikrofalowego promieniowania tła, udało się ustalić, że łączna gęstość Wszechświata jest rzeczywiście bliska krytycznej.

Okazało się też, że zwykła materia wnosi do niej wkład zaledwie 4-procentowy. Ruch materii w galaktykach i ich gromadach, a także zjawiska soczewkowania grawitacyjnego możemy wyjaśnić tylko wtedy, gdy przyjmiemy, że oprócz znanych nam cząstek Wszechświat wypełnia także tajemnicza ciemna materia, oddziałująca ze zwykłą jedynie poprzez grawitację.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 08/2007 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
02/2020
01/2020
Kalendarium
Styczeń
28
W 1841 r. James Clark Ross odkrył lodowiec Szelfowy Rossa na Antarktydzie
Warto przeczytać
Firma Topf & Söhne produkuje urządzenia browarnicze i krematoria, a także instalacje do komór gazowych. Jej klientami są browary w wielu krajach na całym świecie.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Weronika Śliwa | dodano: 2012-06-12
Dziwne losy świata

Powstał w Wielkim Wybuchu i będzie się nieustannie rozszerzał? A może kolejny raz stworzyło go zderzenie dwóch kosmicznych membran? Szukający wyjaśnienia niezwykłych danych obserwacyjnych fizycy tworzą teorie, tłumaczące przeszłe i przyszłe losy naszego Wszechświata.


Jak wiele wiemy o budowie Wszechświata? Złośliwi odparliby, że co najwyżej 4%. Najprawdopodobniej tyle właśnie jest w nim zwykłej materii, budującej galaktyki, gwiazdy i nas samych. 23% Wszechświata stanowi ciemna materia, składająca się z nieznanych nauce cząstek. A reszta? Aż 73% to ciemna energia - coś, o czym fizycy wiedzą niemal tyle, co nic. Jak widać, jest co badać. Dla wyjaśnienia składu naszego świata powstają niezwykłe, poruszające wyobraźnię teorie. Skąd jednak wiemy o istnieniu ciemnej materii i energii?

Najnowsza historia poznawania świata rozpoczęła się w początkach XX wieku. To wtedy, wkrótce po ogłoszeniu przez Einsteina ogólnej teorii względności, zajęto się dociekaniami nad budową całego Wszechświata. Początkowo nie wiedziano nawet, czy jest on, jako całość, nieruchomy, czy też - co wydawało się znacznie mniej prawdopodobne - rozszerza się lub kurczy. Sam Einstein był przez jakiś czas zwolennikiem teorii nieruchomego Wszechświata. Ponieważ grawitacja szybko spowodowałaby jego zapadnięcie, wprowadził on do opisujących kosmos równań dodatkowy składnik odpychający, zwany stałą kosmologiczną. Wkrótce jednak, dzięki pomiarom ruchów galaktyk wykonanym przez Edwina Hubble'a, okazało się, że Wszechświat się rozszerza, a Einstein uznał stałą kosmologiczną za swą największą życiową pomyłkę.

Na podstawie obserwacji Hubble'a można było ustalić, że wszystkie galaktyki musiały kiedyś znajdować się w jednym punkcie. Innymi słowy, Wszechświat kiedyś znajdował się w supergęstym i gorącym stanie, od którego rozpoczęło się nieustanne rozszerzanie. Hipoteza takiego Wielkiego Wybuchu wywołała sprzeciw wielu badaczy, zwolenników "odwiecznego" kosmosu. Zaproponowali więc wyjaśnienie mniej drastyczne: zgodnie z nim kosmos rozszerza się od zawsze. Jego gęstość musiałaby jednak wówczas stale maleć. Aby temu zapobiec, wprowadzono do fizyki kreację z niczego: od czasu do czasu w rozszerzającej się przestrzeni miałyby powstawać pojedyncze cząstki. Dziwne? Może, ale czy nieustanna kreacja niewielkich ilości materii nie jest dziwniejsza od jednorazowego powstania całego Wszechświata?

Wśród nieustannych sporów konkurencyjna do Wielkiego Wybuchu teoria stanu stacjonarnego utrzymała się aż do roku 1965. To wtedy Arno Penzias i Robert Wilson, fizycy z laboratorium Bella, odkryli mikrofalowe promieniowanie tła - dobiegającą ze wszystkich kierunków nieba emisję, odpowiadającą promieniowaniu ciała doskonale czarnego o temperaturze 2,7 K. Powstanie tego promieniowania dało się wyjaśnić tylko za pomocą teorii Wielkiego Wybuchu. Zgodnie z nią młody Wszechświat musiał być niezwykle gorący i wypełniony promieniowaniem.

Jego gwałtowne rozszerzanie spowodowało, że promieniowanie to dziś ma temperaturę kilku stopni powyżej zera bezwzględnego.

Mapa niewidzialnego

Po zwycięstwie teorii Wielkiego Wybuchu wydawało się, że losy Wszechświata mogą zależeć tylko od jego średniej gęstości: Wszechświat "lekki" rozszerzałby się w nieskończoność, "ciężki" - z czasem zahamowałby i zaczął się kurczyć. Niestety, średnią gęstość Wszechświata zmierzyć niełatwo. W dodatku jej coraz dokładniejsze pomiary wskazywały, że jest ona zdumiewająco bliska wartości odpowiadającej trzeciemu, pośredniemu modelowi, o tzw. gęstości krytycznej - 9,9 · 10-30?g/cm3. Przełom w tych pomiarach nastąpił niedawno. Na podstawie wielu badań, w tym obserwacji supernowych typu Ia i mikrofalowego promieniowania tła, udało się ustalić, że łączna gęstość Wszechświata jest rzeczywiście bliska krytycznej.

Okazało się też, że zwykła materia wnosi do niej wkład zaledwie 4-procentowy. Ruch materii w galaktykach i ich gromadach, a także zjawiska soczewkowania grawitacyjnego możemy wyjaśnić tylko wtedy, gdy przyjmiemy, że oprócz znanych nam cząstek Wszechświat wypełnia także tajemnicza ciemna materia, oddziałująca ze zwykłą jedynie poprzez grawitację.