Wprowadzenie
Na początku nic nie było. Następnie, około 13,7 miliarda lat temu, powstał wszechświat. Nadal nie znamy dokładnych warunków, w których to się wydarzyło, ani tego, czy był czas wcześniej. Ale wykorzystując obserwacje teleskopowe i modele fizyki cząstek, naukowcom udało się ułożyć przybliżony harmonogram najważniejszych wydarzeń z życia kosmosu. Tutaj przyglądamy się niektórym najważniejszym historycznym momentom naszego wszechświata, od jego początków do ostatecznej śmierci.
Big Bang
Wszystko zaczyna się od Wielkiego Wybuchu, który „jest momentem w czasie, a nie punktem w kosmosie” - powiedział Live Science Sean Carroll, fizyk teoretyczny z California Institute of Technology. W szczególności jest to moment, w którym zaczyna się czas, chwila, od której policzono wszystkie kolejne chwile. Pomimo dobrze znanego pseudonimu, Wielki Wybuch nie był tak naprawdę eksplozją, ale raczej okresem, gdy wszechświat był wyjątkowo gorący i gęsty, a przestrzeń zaczęła rozszerzać się na zewnątrz we wszystkich kierunkach naraz. Chociaż model Wielkiego Wybuchu stwierdza, że wszechświat był nieskończenie małym punktem nieskończonej gęstości, to po prostu przesadny sposób powiedzenia, że nie do końca wiemy, co się wtedy działo. Nieskończoności matematyczne nie mają sensu w równaniach fizyki, więc Wielki Wybuch jest tak naprawdę punktem, w którym załamuje się nasze obecne rozumienie wszechświata.
Era kosmicznej inflacji
Następną sztuczką wszechświata było bardzo szybkie powiększenie się. W ciągu pierwszych 0,0000000000000000000000000000001 (to jest przecinek dziesiętny z 30 zerami przed 1) sekundą po Wielkim Wybuchu, kosmos mógł się wykładniczo rozszerzyć, rozbijając obszary wszechświata, które wcześniej były w bliskim kontakcie. Ta epoka, zwana inflacją, pozostaje hipotetyczna, ale kosmologom podoba się ten pomysł, ponieważ wyjaśnia, dlaczego odległe regiony przestrzeni wydają się tak do siebie podobne, mimo że dzieli je duża odległość. W 2014 roku zespół pomyślał, że znaleźli sygnał tej ekspansji w świetle z wczesnego wszechświata. Ale później wyniki okazały się czymś znacznie bardziej przyziemnym: zakłócanie pyłu międzygwiezdnego.
Plazma kwarkowo-gluonowa
Kilka milisekund po rozpoczęciu czasu wczesny wszechświat był naprawdę gorący - mówimy o temperaturze między 7 trylionów a 10 trylionów stopni Fahrenheita (4 tryliony i 6 trylionów stopni Celsjusza). W takich temperaturach cząstki elementarne zwane kwarkami, które normalnie są ściśle związane wewnątrz protonów i neutronów, wędrują swobodnie. Gluony, które niosą fundamentalną siłę zwaną silną siłą, zostały zmieszane z tymi kwarkami w gęstym pierwotnym płynie, który przenikał kosmos. Naukowcom udało się stworzyć podobne warunki w akceleratorach cząstek na Ziemi. Jednak trudny do osiągnięcia stan trwał tylko kilka ułamków sekundy, zarówno w naziemnych rozbijaczach atomów, jak i we wczesnym wszechświecie.
Wczesna epoka
W następnym etapie, który rozpoczął się około kilku tysięcznych sekundy po Wielkim Wybuchu, było dużo akcji. Gdy kosmos się rozszerzył, ochłodził się i wkrótce warunki były wystarczająco łagodne, aby kwarki mogły się połączyć w protony i neutrony. Sekundę po Wielkim Wybuchu gęstość wszechświata spadła na tyle, że neutrina - najlżejsza i najmniej oddziałująca cząstka fundamentalna - mogły latać do przodu, nie uderzając niczego, tworząc tak zwane kosmiczne tło neutrin, które naukowcy muszą jeszcze wykryć.
Pierwsze atomy
Przez pierwsze 3 minuty życia wszechświata protony i neutrony stapiały się ze sobą, tworząc izotop wodoru zwany deuterem, a także hel i niewielką ilość najlżejszego pierwiastka, litu. Ale gdy temperatura spadła, proces ten zatrzymał się. Wreszcie, 380 000 lat po Wielkim Wybuchu, rzeczy były wystarczająco chłodne, aby wodór i hel mogły łączyć się z wolnymi elektronami, tworząc pierwsze neutralne atomy. Fotony, które wcześniej wpadały na elektrony, mogły teraz poruszać się bez zakłóceń, tworząc kosmiczne tło mikrofalowe (CMB), relikt z tej epoki, który został po raz pierwszy wykryty w 1965 roku.
Ciemne wieki
Przez bardzo długi czas nic we wszechświecie nie dawało światła. Ten okres, który trwał około 100 milionów lat, znany jest jako Kosmiczne Ciemne Wieki. Ta epoka pozostaje niezwykle trudna do zbadania, ponieważ wiedza astronomów o wszechświecie pochodzi niemal wyłącznie ze światła gwiazd. Bez gwiazd trudno jest wiedzieć, co się działo.
Pierwsze gwiazdy
Około 180 milionów lat po Wielkim Wybuchu wodór i hel zaczęły zapadać się w duże kule, generując piekielne temperatury w ich rdzeniach, które rozświetliły się w pierwsze gwiazdy. Wszechświat wszedł w okres znany jako Cosmic Dawn, czyli reionizacja, ponieważ gorące fotony promieniowane przez wczesne gwiazdy i galaktyki rozbijały neutralne atomy wodoru w przestrzeni międzygwiezdnej na protony i elektrony, proces znany jako jonizacja. Trudno powiedzieć, jak długo trwała reionizacja. Ponieważ pojawił się tak wcześnie, jego sygnały są zaciemnione przez późniejszy gaz i pył, więc najlepsi naukowcy mogą powiedzieć, że minęło około 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Struktura na dużą skalę
Oto, gdzie wszechświat zabiera się do biznesu, a przynajmniej do znanego biznesu, o którym wiemy dzisiaj. Małe wczesne galaktyki zaczęły się łączyć w większe galaktyki, a około 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu w ich centrach powstały supermasywne czarne dziury. Włączyły się jasne kwazary, które wytwarzają intensywne sygnały świetlne, które można zobaczyć z odległości 12 miliardów lat świetlnych.
Średnie lata wszechświata
Wszechświat ewoluował przez kolejne kilka miliardów lat. Plamy o większej gęstości z pierwotnego wszechświata przyciągały grawitacyjnie materię do siebie. Powoli rozrosły się w gromady galaktyczne i długie pasma gazu i pyłu, tworząc piękną kosmiczną sieć kosmiczną, którą można dziś zobaczyć.
Narodziny Układu Słonecznego
Około 4,5 miliarda lat temu w jednej galaktyce chmura gazu zapadła się w żółtą gwiazdę z układem pierścieni wokół niej. Pierścienie te zlewały się w osiem planet plus różne komety, asteroidy, planety karłowate i księżyce, tworząc znajomy układ gwiezdny. Trzecia planeta od gwiazdy centralnej albo zatrzymała tonę wody po tym procesie, albo komety później dostarczyły potop lodu i wody.
