1. Narodziny

Wszechświat, zwany też Kosmosem powstał...niewiadomo z czego i niewiadomo dlaczego. Teorii na ten temat jest tyle co osób zajmujących się tym zagadnieniem. Oto niektóre z nich:
• wszechświat powstał na skutek kolizji dwóch innych wszeświatów ze sobą;
• wszechświat jest efektem tzw. "białej dziury", która w przeciwieństwie do tej "czarnej" wypluwa energię (czyli materię) a nie ją pochłania;
• wszechświat jest "pączkiem" powstałym na "ciele" innego wszechświata, który oderwał się od tego pierwotnego - niczym drożdże;
• wszechświat jest fluktuacją próżni; jest przypadkowym, aczkolwiek długotrwałym, zaburzeniem w próżni właściwej; w zasadzie, jeżeli całkowita energia układu, jakim jest wszechświat jest równa 0 to jest to teoretycznie możliwe;
• nasz wszechświat jest jednym z wielu wszechświatów, które się narodziły (w jaki sposób - nie wiadomo) i które przetrwały - innymi słowy taka wszechświatowa teoria Darwina - przetrwał wszechświat najlepiej przystosowany, w którym panujące warunki (energia, stałe fizyczne itd.) spowodowały, że nie sczezł tak szybko jak inne;
• wszechświat powstał z popiołów starego; coś na kształt reinkarnacji; stary wszechświat powstał z jeszcze starszego, rozszerzał się, potem zaczął się kurczyć aż do osobliwości, która ponownie "eksplodowała" i tak w kółko;
• wszechświat jest owocem zderzenia ze sobą dwóch innych wszechświatów, a tych jest bez liku, w postaci czterowymiarowych bran poruszających się w 11-wymiarowej przestrzeni; ale skąd one się wzięły?
• wszechświat jest owocem jakiegoś szalonego eksperymentu; może gdzieś tam w innym wszechświecie dokonano zderzenia jakichś cząstek w akceleratorze czy innej piekielnej machinie, a to zderzenie zapoczątkowało nasz wszechświat, niszcząc ten stary
• wszechświat stworzył Bóg - genialnie proste tylko...skąd się wziął Bóg?

Tak więc, nie wiadomo jak i dlaczego zaczęło się to co nazywamy "Big Bang" czyli WIelkim Wybuchem.
Wiemy za to, co było zaraz potem, i to bardzo zaraz...

2. Życie

Moment, od którego wiemy co się wydarzyło nazywany jest "murem Plancka". Za tym murem kryje się wielka niewiadoma tego co było na początku. Natomiast od tego "muru" aż do dzisiaj mamy jasność sytuacji. A było to tak:

ZdarzenieCzasUwagi
Osobliwość0 s 
Era Plancka (mur Plancka)10-44 stu zaczynają się znane prawa fizyczne i takie pojęcia jak "czas" czy "przestrzeń"; pojawiają się cztery wymiary (o ile było ich więcej wcześniej); gęstość Wszechświata wynosi ok. 1093 kg/m3 a temperatura ok. 1032 K
Era Wielkiej Unifikacji i
łamania symetrii
10-34 sistnieja dwie siły: grawitacyjna oraz supersiła, wiążąca oddziaływanie słabe, silne i elektromagnetyczne; nieustanne cykle przemiany kwarków w leptony i leptonów w kwarki; rozpad cięzkich bozonów X i Y; pod koniec ery supersiła rozdziela się na oddziaływanie słabe i elektrosłabe; powstaje asymetria pomiędzy materią i antymaterią; powstają kwarki i leptony; gęstość wynosi ok. 1070 kg/m3, a temperatura ok. 1028 K
Era inflacyjna10-32 sbłyskawiczny potężny wzrost rozmiarów obserwowalnego dziś Wszechświata - prawdopodobnie jednego z powstałych "zimnych" bąbli w których doszło do przejścia fazowego, temperatura w bąblu spada do zaledwie kilku stopni K, nastepnie zostaje wydzielone ciepło przejścia fazowego* i wnętrze bąbla osiąga temperaturę 1028 K; po tym Wszechświat zaczyna stygnąć nadal się rozszerzając aż do dzisiejszych czasów; jest on jednorodny, pojawiają się jednak niewielkie zaburzenia gęstości, któe w przyszłości będą zarodkami galaktyk; gęstość jak w Erze Wielkiej Unifikacji
Era elektrosłaba10-12 smateria składa się z kwarków i leptonów, rozpadają się bozony W i Z; oddziaływanie elektrosłabe rozpada się na oddziaływanie elektromagnetyczne i słabe; pod koniec ery powstają z leptonów elektrony, miony i neutrina; gęstość wynosi 1028 kg/m3 a temperatura 1015 K
Era hadronowa10-4 spowstaje materia i antymateria (kwarki i gluony tworzą hadrony i antyhardony), gęstość Wszechświata jest większa niż gęstość jądra atomu; materia i antymateria zderzając się ulega anihilacji, zamieniając się w energię; pozostaje niewielka nadwyżka materii (protonów) - ok. 10-7% więcej niż antymaterii, która nie anihilowała; z niej powstała obecnie występująca materia; pod koniec tej ery Wszechświat wypełniaja protony, neutrony, elektrony, pozytony i neutrina; gęstość wynosi 1013 kg/m3 a temperatura 1012 K
Era leptonowa10 sznikają swobodne kwarki; pozostają protony oraz mniej liczne (ok. 5 razy) neutrony; pojawiają sie leptony (w tym elektrony i pozytony); proces anihilacji elektronow i pozytonów; pozostaje niewielka nadwyżka elektronów; panujące warunki pozwalają neutrinom oddzielic sie od reszty powstałej materii (stała się dla nich "przezroczysta") - powstaje tzw. tło neutrinowe, którego śladów dotychczas nie udało się odnaleźć; gęstość wynosi 104 kg/m3 a temperatura 1010 K
Era nukleosyntezy1000 swraz ze stopniowym ochładzaniem się Wszechświata i zmniejszającą się energią fotonów powstają warunki do tworzenia się niewielkich ilości jąder deuteru (proton + neutron) oraz większej ilości jąder helu (2 protony + 2 neutrony) co stanowi ok 25% masy całej materii; nie mogą powstać jądra zawierające więcej niż 4 nukleony; gęstość wynosi 1 kg/m3 a temperatura 108 K
Era promienista380 000 latWszechświat wypełnia promieniowanie, a materia składa się z plazmy protonowo-elektronowej; pod koniec ery gęstość wynosi 10-19 kg/m3 a temperatura 3000 K
Era rekombinacji1 000 000 latwarunki pozwalaja na powstanie neutralnych atomów (głównie wodoru); materia staje sie przezroczysta dla promieniowania (promieniowanie przestaje w znaczący sposób oddziaływać na materię - ich drogi się rozchodzą); fotony powstale podczas rekombinacji tworzą promieniowanie reliktowe; od tej chwili posiadamy namacalne dowody, że ewolucja Wszechświata przebiegała tak jak opisano poniżej
Era materii (gwiazdowa)200 000 000 latwodór zaczyna skupiać się obłoki, z których pod wpływem własnej grawitacji tworza się pierwsze gwiazdy rozświetlając ciemny Wszechświat, i które dały początek wszystkim cięższym pierwiastkom; Słońce jest prawdopodobnie trzecim "pokoleniem" gwiazd we Wszechświecie; tworzą się galaktyki; era materii trwa; według najnowszych danych wiek Wszechświata szacuje sie na ok. 13,7 +- 0,2 mld lat; obecnie temperatura Wszechświata wynosi 2,7 K, a gęstość 6*10-27 kg/m3
* wydzielanie ciepła podczas przejścia fazowego nie jest niczym niezwykłym; wystarczy stopić tiosiarczan sodu na łaźni wodnej, po czym powstałą ciecz ochłodzić; po zainicjowaniu krytalizacji takiej cieczy przechłodzonej wydzielają się duże ilości ciepła (ok. 40 oC); tak samo było ze Wszechświatem; energia "schowana" w nagłym przejściu fazowym została wydzielona


Krótka historia Wszechświata - zdjęcie wzięte ze strony http://imgsrc.hubblesite.org

2.1 Co wiemy o Wszechświecie

Wiemy na pewno, że miał początek, aczkolwiek nie wiemy co było na samym początku - skąd wzięła się osobliwość, która dała początek temu wszystkiemu co nas dziś otacza. Wiemy jak wygląda wielkoskalowa struktura Wszechświata - wygląda tak samo jak w małej skali. Tak jak w obrębie galaktyki porozrzucane są gwiazdy, tworząc skupiska oddzielone rejonami pustki, tak samo porozrzucane są galaktyki, tworząc ich skupiska, oddzielone bąblami pustej przestrzeni.
Nie wiemy, jaki będzie koniec Wszechświata, możemy jedynie spekulować na podstawie uzyskanych dotychczas obserwacji - tak samego Wszechświata jak i materii na poziomie atomowym.

2.2 Skład

Według najnowszej wiedzy, Wszechświat składa się z:
- 70% ciemnej energii
- 25% ciemnej materii
- 5% baterii barionowej (z czego 4% to obłoki wodoru i helu, 0,5% to gwiazdy, 0,3% to neutrina i tylko 0,03% to reszta materii barionowej czyli tej powszechnie nam znanej, z której sami jesteśmy zbudowani)
Może wydawać się to szokujące, że posiadamy wiedzę tylko o 4-5% budulca Wszechświata.
Wszystko wskazuje na to, że Wszechświat jest płaski, a dominuje w nim ciemna energia, odpowiedzialna za obserwowane przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata.

2.3 Kształt

Wszechświat prawdopodobnie jest płaski. Co to znaczy?
Otóż, w zależności od krzywizny Wszechświata, która może być dodatnia, ujemna lub równa 0, Wszechświat może być otwarty, zamknięty lub płaski. Krzywizna natomiast zależy od ilośći energii i materii we Wszechświecie.
Istnieje teoretyczna tzw. gęstość krytyczna, dla której Wszechświat jest płaski. Jeśli rzeczywista gęstość materii we Wszechświecie jest większa niż krytyczna, to Wszechświat jest zamknięty, jeśli mniejsza niż krytyczna - to Wszechświat jest otwarty.

3. Śmierć

I znowu, tak jak z powstaniem, tak z końcem Wszechświata sprawa jest skomplikowana.
Do czasu, kiedy dość dokładnie obliczono stałą Hubble'a, uważano że istnieją trzy możliwości dalszych losów Wszechświata:
- będzie się rozszerzał w nieskończoność aż wypalą się wszystkie gwiazdy i wyparują czarne dziury, nocne niebo będzie się robiło coraz bardziej puste, aż wszystko zamieni się w nicość;
- przestanie się rozszerzać, ale nie będzie też w stanie zacząć się kurczyć i będzie tak trwał aż wypalą się gwiazdy itd...
- w pewnym momencie rozszerzanie zatrzyma się a pod wpływem swojej grawitacji Wszechświat zacznie się kurczyć, zacznie się robić coraz cieplej, nocne niebo zacznie się robić coraz bardziej czerwone niczym kawałek żelaza w piecu, aż w końcu cała materia rozbita przez niewyobrażalną temperaturę i grawitację skupi się w jednym punkcie - osobliwości; co się stanie z osobliwością - nie wiadomo.
Dzisiaj, kiedy dokładnie obliczono stałą Hubble'a wiemy, że najbardziej prawdopodobna jest opcja pierwsza. To wiemy dzisiaj. A co będziemy wiedzieli za lat sto lub tysiąc? Może materia powstaje z niczego. A może istotną rolę odegra tzw. ciemna materia, o której dzisiaj wiemy bardzo mało.
Poniżej przedstawiono najbardziej prawdopodobny scenariusz.

ZdarzenieCzas*Uwagi
Era materii (gwiazd)1010 - 1014 latprzestają istnieć wszystkie znane nam gwiazdy, za wyjątkiem niewielu lżejszych czerwonych karłów, które też wkrótce stygną; galaktyki gromad łącza się stopniowo ze sobą tworząc potężne galaktyki eliptyczne; tworzą się nowe gwiazdy, ale znacznie mniej; materia skupiona jest głównie w postaci wygasłych czerwonych karłów, gwiazd neutronowych i czarnych dziur, pochłaniających zawartość galaktyk; za 200 mld lat, galaktyki nie należące do naszej Grupy Lokalnej przestaną być widoczne
Era materii
zdegenerowanej
1014 - 1030 latgalatyki stopniowo zanikają; nadal możliwe są procesy gwiazdotwórcze i związane z nim zjawiska; w galatykach powstaje zaledwie kilkadziesiąt nowych gwiazd; stopniowo galaktyki przestają istnieć; gdzieniegdzie znajdują się pojedyncze gwiazdy i zabłąkane planety
Era czarnych dziur1030 - 10100 latznana materia rozpada się; rozpadaja się protony; nie ma juz gwiazd ani planet; istnieją tylko największe, najtrwalsze czarne dziury, ale i te pod koniec ery wyparowują
Era ciemna>10100 lat**nie istnieją żadne skupiska materii; Wszechświat wypełnia długofalowe (niskoenergetyczne) promieniowanie radiowe oraz pojedyncze elektrony i pozytony; pozostaje przeraźliwa pustka i nieprzenikniona ciemność
* czas mierzony od naszych czasów, czyli od wieku 13,7 mld lat.
** trudno sobie wyobrazić wiek 10100 lat a jeszcze trudniej wyobrazić sobie rozmiary Wszechświata w tym wieku. Obecnie Wszechświat ma promień około 13,5 mld lat świetlnych.
Pod koniec opisywanego okresu będzie miał promień rzędu 10100 lat świetlnych. Czyli będzie większy ponad 1089 razy od obecnego. Ciężko znaleźć analogiczne porównanie, które mogłoby to uzmysłowić. To tak, jakby promień atomu wodoru (117 pm) zwiększył się do rozmiarów 1063 lat świetlnych. Niewyobrażalne rozmiary i niewyobrażalna pustka, którą stanie sie obecny Wszechświat.

3.1 Wielkie rozdarcie

Inny scenariusz końca Wszechświata związany jest z ciemną energią i tzw. Wielkim Rozdarciem (Big Rip).
Jest to hipoteza, która zakłada, że na skutek działania ciemnej energii dojdzie w końcu do takiej ekspansji materii barionowej we Wszechświecie, że siły odpychania doprowadza do rozerwania nie tylko planet, ale nawet atomów.

Kluczowa dla tej hipotezy jest natura ciemnej energii obecnej we Wszechświecie, a zwłaszcza równanie stanu w, czyli stosunek ciśnienia ciemnej energii do jej gęstości. Dla w < -1 Wszechświat może ulec "rozdarciu". Tego typu energia nazywana jest energią fantomową, która jest skrajną postacią kwintesencji.

W przypadku gdy energia fantomowa dominuje we Wszechświecie, jego struktura rozszerza się coraz szybciej. To pociąga za sobą zmniejszenie rozmiaru obserwowalnego Wszechświata, jako że ten rozszerza się we wszystkie kierunki, więc po pewnym czasie galaktyki będa od siebie oddalone coraz bardziej i bardziej, aż przestaną być widoczne. Z czasem odległości będa tak duże, że niemożliwe będzie jakiekolwiek wzajemne oddziaływanie skupisk materii na siebie. Poczynając od siły grawitacji w dużej skali, a kończąc na oddziaływaniu elektromagnetycznym w skali mikro. Nastąpi Wielkie Rozdarcie.

Początkowo będą oddalać się od siebie galaktyki, co obserwujemy obecnie. 60 milionów lat przed końcem, grawitacja będzie zbyt słaba, by utrzymać w całości Drogę Mleczną oraz inne galaktyki. Zaczną sie one rozpadać. Trzy miesiące przed końcem zniknie oddziaływanie grawitacyjne pomiędzy ciałami Układu Słonecznego. W ostatnich minutach gwiazdy i planety ulegną "rozdarciu", a chwilę przed końcem zniszczeniu ulegną atomy.

O ile założenia w odniesieniu do ciemnej energii się potwierdzą, szacuje się że Wielkie Rozdarcie nastąpi około 35 mld lat po Wielkim Wybuchu, czyli za około 20 miliardów lat, licząc od naszych czasów.


Kwintesencja to hipotetyczna postać ciemnej energii, którą przyjmuje się za czynnik odpowiedzialny za obserwowane przyspieszenie rozszerzania się Wszechświata. Innymi słowy jest to pole skalarne, dla któego równanie stanu (patrz wyżej) w < 1/3.
Gęstość kwintesencji jak i równanie stanu zmieniają się wraz z czasem, w przeciwieństwie do stałej kosmologicznej.
Skrajnymi formami kwintesencji są energia fantomowa i kwintesencja kinetyczna.

Na podstawie Wikipedii.


Na podstawie ilustracji z Hubble Site (polska wersja - A.B.)