Uwaga edytora: Artykuł „Wszechświat może być 250 razy większy niż to, co można zaobserwować” wywołał sporą dyskusję wśród naszych czytelników, a kilka sugeruje, że UT powinien mieć serię artykułów o kosmologii - Kosmologia 101, jeśli wolisz. Nasza najnowsza pisarka, Vanessa D’Amico, która napisała wspomniany artykuł, rozpoczyna dziś serię Cosmology 101, zaczynając od samego początku.
Jak zaczął się wszechświat? To jedno z najbardziej palących pytań w kosmologii i prawdopodobnie jedno z nich pojawi się na jakiś czas. Tutaj zacznę od wyjaśnienia, co według naukowców wiedzą o pierwszych sekundach kształtujących życie wszechświata. Jest bardziej niż prawdopodobne, że historia nie jest taka, jak myślisz.
Na początku było… cóż, tak naprawdę nie wiemy. Jednym z najczęstszych nieporozumień w kosmologii jest to, że wszechświat powstał jako niezmiernie mały, niewyobrażalnie gęsty zbiór materiału, który nagle eksplodował, tworząc przestrzeń, jaką znamy. Z tym pomysłem wiąże się wiele problemów, w tym przede wszystkim założenie wynikające z wydarzenia zwanego wielkim „hukiem”. W rzeczywistości nic nie „uderzyło”. Pojęcie eksplozji przywodzi na myśl rosnącą falę materiału, stopniowo wypełniając otaczającą go przestrzeń; jednak kiedy narodził się nasz wszechświat, nie było miejsca. Nie było też czasu. Nie było próżni. Było dosłownie nic.
Wtedy narodził się wszechświat. Niezwykle wysokie energie podczas pierwszych 10-43 sekundy jego życia bardzo utrudniają naukowcom ustalenie jakichkolwiek rozstrzygających przyczyn powstania kosmosu. Oczywiście, jeśli kosmolodzy mają rację co do tego, co według nich mogło nastąpić później, nie ma to większego znaczenia. Zgodnie z teorią inflacji około 10-36 sekund wszechświat przeszedł okres ekspansjonalnej ekspansji. W ciągu kilku tysięcznych sekundy przestrzeń jest napełniona czynnikiem około 1078, szybko oddzielając niegdyś sąsiadujące regiony niezgłębionymi odległościami i wysadzając niewielkie fluktuacje kwantowe w strukturze czasoprzestrzeni.
Inflacja jest atrakcyjną teorią z wielu powodów. Przede wszystkim wyjaśnia, dlaczego obserwujemy, że wszechświat jest jednorodny i izotropowy w dużych skalach - to znaczy wygląda tak samo we wszystkich kierunkach i dla wszystkich obserwatorów. Wyjaśnia także, dlaczego wszechświat wydaje się płaski, a nie zakrzywiony. Bez inflacji płaski wszechświat wymaga niezwykle dopracowanego zestawu warunków początkowych; inflacja zmienia jednak to dostrojenie w sztuczkę skali. Znajoma analogia: ziemia pod naszymi stopami wydaje się być płaska (chociaż wiemy, że żyjemy na kulistej planecie), ponieważ my, ludzie, jesteśmy znacznie mniejsi niż Ziemia. Podobnie nadmuchany wszechświat jest tak ogromny w porównaniu z naszym lokalnym polem widzenia, że wydaje się być przestrzennie płaski.
Zgodnie z teorią koniec inflacji ustąpił miejsca wszechświatowi, który wyglądał nieco bardziej jak ten, który obserwujemy dzisiaj. Energia próżni, która napędzała inflację, nagle przekształciła się w inny rodzaj energii - taki, który mógłby tworzyć cząstki elementarne. W tym momencie (tylko 10-32 kilka sekund po narodzinach wszechświata) temperatura otoczenia była nadal zbyt wysoka, aby zbudować atomy lub cząsteczki z tych cząstek; ale w miarę upływu sekund przestrzeń kosmiczna rozszerzyła się i ochłodziła do punktu, w którym kwarki mogły się spotkać i utworzyć protony i neutrony. Wysokoenergetyczne fotony nadal krążyły wokół, nieustannie uderzając i ekscytując naładowane protony i elektrony.
Co się potem stało? Jak ta chaotyczna zupa materii i promieniowania stała się ogromną przestrzenią zorganizowanej struktury, którą widzimy dzisiaj? Co stanie się z wszechświatem w przyszłości? A skąd wiemy, że w ten sposób rozgrywa się historia? Zapoznaj się z kilkoma kolejnymi odsłonami Cosmology 101, aby uzyskać odpowiedzi na te pytania i wiele więcej!
