Felieton zakrapiany Whisky

EWOLUCJA WSZECHŚWIATA:

Zanim wrócimy do cząsteczek elementarnych, jeden wpis poświęcimy aksjomatom (pewnikom, fundamentalnym oddziaływaniom) praw fizyki.

Wyróżnia się 4 najbardziej podstawowe siły, którym podlega wszystko co istnieje w naszym wszechświecie:
■ Oddziaływanie grawitacyjne - obiekty posiadające masę oddziałują na siebie, wzajemnie przyciągając się. Najbardziej dokładny opis (model) grawitacji to właśnie Ogólna Teoria Względności. Zasięg oddziaływań grawitacyjnych jest nieskończony (działa ona [z różnym natężeniem oczywiście] dla dowolnych dystansów pomiędzy obiektami)
■ Oddziaływanie słabe - jest to siła odpowiedzialna za rozpad ciężkich kwarków i leptonów na lżejsze kwarki i leptony (cząsteczki elementarne będące składnikami materii - kwarki np.: budują protony). W ogólności oddziaływanie słabe odpowiada za tzw. rozpad beta i związaną z nim radioaktywność. Dystanse na jakich zachodzi ów oddziaływanie są rzędu 10^-18 metra
■ Oddziaływanie silne - występuje między kwarkami, odpowiada za przyciąganie (a w konsekwencji wiązanie) nukleonów (wspólna nazwa protonów i neutronów - podstawowych cząstek tworzących jądro atomu) w jądra atomowe. Dystanse na jakich występuje są rzędu 10^-15 metra
■ Oddziaływanie elektromagnetyczne - odpowiada za siły działające między cząsteczkami posiadającymi ładunek elektryczny. W uproszczeniu jest to właśnie zjawisko odpychania się cząstek naładowanych jednoimiennie i przyciągania cząstek naładowanych różnoimiennie. Dystanse na których zachodzi ów oddziaływanie również są nieskończone
I to by było na tyle - bez wchodzenia w detale fizyki kwantowej i modelu standardowego.

Następnie skupmy się na ewolucji kosmosu, czyli co działo się z tymi podstawowymi siłami i materią w różnych etapach istnienia wszechświata.

http://www.universeadventure.org/eras/images/era1-nowmap.jpg

Fizycy wyróżniają kolejne etapy powstawania wszechświata zaczynając od momentu Wielkiego Wybuchu:
■ Epoka Plancka - 5.39 x 10^-44 sekundy po Wielkim Wybuchu, podczas której to cała Energia wszechświata znajdowała się w jednym skupionym punkcie o nieskończonej gęstości. Zasady fizyki jakie znamy jeszcze wtedy nie istniały. Szczególna Teoria Względności Einsteina nie miała jeszcze zastosowania, gdyż odległości w przestrzeni wówczas istniejącej były w skali długości Plancka (najkrótszej możliwej jednostki czasu i długości - właśnie około 5.39 x10^-44 sekundy [czas Plancka] oraz 1.6 x10^-35metra [długość Plancka]). Skąd te wartości? Stąd, że dla obliczeń fizycznych w przyjętych obecnie w nauce modelach (model pól kwantowych dla skali mikro i Szczególnej Teorii Względności dla skali makro) fizyka załamuje się dla wartości mniejszych niż podane powyżej - w całkach, równaniach różniczkowych oraz równaniach mechaniki kwantowej mamy coś w stylu dzielenia przez 0 i wartości skaczą do + lub - nieskończoności. Wszystkie modele fizyk cząsteczkowych przewidują, że w czasie tej epoki 4 fundamentalne siły były jeszcze jedną zunifikowaną siłą.
■ Epoka wielkiej unifikacji - 10^-43 do 10^-36 sekundy. Siła grawitacji oddziela się od innych sił fundamentalnych i powstają pierwsze cząsteczki elementarne (gluony, kwarki, leptony).
■ Epoka wielkiej inflacji - 10^-36 do 10^-32 sekundy - wszechświat przechodzi ekstremalnie szybki wzrost eksponencjalny znany jako kosmiczna inflacja. Wszystkie istniejące cząsteczki są bardzo cienko rozprowadzone w przestrzeni.
■ Epoka elektrosłaba - 10^-32 do 10^-12 sekundy. Silna siła nuklearna oddziela się od dwóch pozostałych (elektromagnetycznej i grawitacji), interakcje międzycząsteczkowe tworzą ogromną ilość różnych egzotycznych cząsteczek (np.: bozonów w tym Bozonu Higgsa, o którym więcej w następnych felietonach).
■ Epoka kwarków - 10^-12 do 10^-6 cztery fundamentalne siły przyjmują swoje teraźniejsze formy, formują się w ogromnych liczbach kolejne kwarki, elektrony i neutrina jako że wszechświat schładza się do temperatury poniżej 10 kwadrylionów stopni. W tym właśnie momencie następuje anihilacja części materii i antymaterii, które zaczynają ze sobą kolidować. Jakaś część kwarków jednak przeżywa ów anihilację i w konsekwencji tworzy materię.
■ Epoka hadronów - 10^-6 do 1 sekundy. Wszechświat schładza się do około tryliona stopni, pozwalając kwarkom formować tzw. hadrony (protony i neutrony). Elektrony kolidują z protonami doprowadzając do fuzji, która formuje neutrony i emituje bezmasowe neutrina.
■ Epoka leptonów - od 1 do 10 sekundy - większość materii i antymaterii anihilowała. Leptony takie jak elektrony i pozytrony zajmują większość przestrzeni.
■ Epoka nukleosyntezy - od 3 do 20 minuty - temperatura spada poniżej miliarda stopni, zaczynają formować się jądra atomowe pierwszych pierwiastków (wodoru, helu i litu).
■ Epoka fotonów - od 10 sekundy do około 240,000 lat - wszechświat wypełnia plazma - gorąca, nieprzejrzysta zupa złożona z jąder atomowych i elektronów. Energia wszechświata jest zdominowana przez fotony (cząsteczki światła), które często wchodzą w interakcję z naładowanymi ładunkiem elektrostatycznym protonami, elektronami i jądrami atomowymi.
■ Rekombinacja/oddzielenie - od 240,000 do 300,000 roku - temperatura spada do około 3000 stopni, zjonizowane atomy wodoru i helu “przechwycają” wolne elektrony neutralizując ich ładunek elektryczny i osadzając je na orbitach atomów. Wszechświat w końcu staje się przejrzysty dla światła. Z tego okresu pochodzą nasze najdalsze obserwacje kosmosu.
■ Era ciemna - od 300,000 do 150 mln lat - wszechświat jest dosłownie ciemny. Nie ma jeszcze żadnych gwiazd emitujących światło, tylko rozproszona materia. Cała aktywność (ruch cząstek) dramatycznie kurczy się (skupia) pod wpływem dominującej we wszechświecie “ciemnej materii”.
■ Epoka rejonizacji - od 150 mln do 1 miliarda lat - pod wpływem grawitacyjnej zapaści formują się pierwsze kwazary (obiekty gwiazdopodobne). Ich intensywne promieniowanie rejonizuje sąsiadujące z nimi obszary wszechświata, który ponownie staje się zjonizowaną plazmą.
■ Epoka formowania gwiazd i galaktyk - 300-500 mln lat i nadal - małe, gęste chmury gazu kosmicznego zaczynają zapadać się pod wpływem własnej grawitacji do momentu aż aktywują fuzję nuklearną pomiędzy atomami wodoru i tworzą pierwsze gwiazdy, które pod wpływem grawitacji skupiają się w galaktyki.
■ Epoka formowania układu słonecznego - 8.5 - 9 miliardów lat po wielkim wybuchu - nasze Słońce (gwiazda późnej generacji) przechwyca pył gwiezdny z gwiazd wcześniejszych generacji, formują się planety dookoła Słońca (około 4.5 do 5 miliardów lat temu).

Są różne teorie na temat co stanie się z wszechświatem w przyszłości. Jednak obecnie uważa się głównie, że wszechświat będzie się coraz szybciej rozszerzał (w nieskończoność) do momentu, w którym energia (i materia) stanie się rozdystrybuowana tak daleko od siebie, że przestaną zachodzić jakiekolwiek interakcje międzycząsteczkowe a wszędzie będzie panowała temperatura 0 absolutne. Entropia osiągnie w ten sposób swoje końcowe stadium, w którym nic nie będzie się przemieszczało, drgało ani emitowało energii, a jednocześnie czas (z racji, że nie będzie zachodziła zmiana entropii) stanie się pojęciem bez znaczenia.

Pozdrowienia!
Banan z NYC