Kada sa ljudima razgovarate o životu i egzistenciji na Zemlji, uvek na red dođu pitanja o značenju samog života. Mnogi od vas misle da mora da postoji neko značenje, neki razlog za naše postojenje, zar ne? Sretali smo se sa tim pitanjem iznova i iznova još od detinjstva. Možda nam je čak i naš nastavnik zadao kao zadatak da napišemo sastav ili nekoliko rečenica na tu temu. Sećam se jednog od svojih sastava iz srednje škole. Morao sam da pišem o tome koja je svrha života. Ja ipak mislim da je ovo pitanje igralo bitnu ulogu u izgradnji civilizacije kakvu danas poznajemo, ali je u isto vreme izazvalo i dosta destrukcije. Hajde da uđemo u ovu problematiku malo dublje. Znate li onu igru sa bacanjem novčića? Svaki novčić ima dve strane – glavu i pismo. Zašto, dakle, u ovom slučaju pitamo samo koja je svrha života? Zašto ne pođemo od pitanja da li život uopšte ima smisla?

Šta ako se na kraju jednostavno vraćamo ništavilu od kojeg smo potekli? Zvuči nezamislivo, zar ne? Dobro, nije baš da smo proistekli ni iz čega. Može biti da smo proistekli iz jedne tačke, tačke koju nazivamo tačka singularnosti. Sve što postoji, dakle, nastalo je iz samo jedne jedine tačke. Šta se to dogodilo? Odgovor je veliki bum! I taj bum danas zovemo Veliki prasak. I moram da napomenem da ovaj bum nije bio nimalo zabavan. Rađanje novog bića nikada nije lako. Svaka majka na porođaju iskusi ogroman bol da bi na svet donela novi život. Nešto se slično dogodilo i sa rađanjem našeg svemira. Zato ćemo danas govoriti o bolnom rađanju i kreiranju našeg kosmosa, kao i tome šta sve ima u njemu.

image credit :Nasa

Malo istorije

Možda ste upoznati sa starom teorijom o statičnom univerzumu? Ova teorija bila je toliko moćna da je čak i Ajnštajn, iako je shvatio da univerzum ne može biti statičan, u svoju teoriju uneo pojam konstantnosti. Šta ova teorija kaže? Po ovoj teoriji svemir je prostorno beskonačan i nema ni kontrakcije ni ekspanzije u njemu. Ovakvo viđenje svemira prvi je predložio matematičar i astronom Tomas Diges. Ovakav univerzum ne dozvoljava krivudanje u prostoru i vremenu, tako da jednostavnim rečima možemo reći da je to ravni univerzum. Međutim, nauka uvek napreduje, pa zato kažemo da je svaka teorija tačna samo 100 godina. To je samo način da održimo stvari na zadovoljavajućem nivou, sve dok se ne pojavi neki veliki problem i ne budemo morali da menjamo svoje postavke i tražimo nove odgovore. Vesto Slajfer, američki astronom, bio je zapanjen svojim otkrićem crvenog pomaka spiralne galaksije, što je značilo da se talasna dužina elektromagnetnog zračenja povećava i da je to uzrokovano širenjem svemira. To znači da se sve polako udaljava od naše planete, jer se svemir neprestano širi. Potpuno suprotno teoriji statičkog univerzuma. Posle jedne decenije drugi ruski kosmolog došao je do istog zapažanja dok je proučavao Fridmanovu jednačinu iz teorije generalne relativnosti. Zatim je Edvin Habl zabio poslednju strelu u srce teoriji statičkog univerzuma, dokazavši da se univerzum zaista širi.

image credit : wiki Copyright: CC BY-SA 3.0 Johnstone

Ljudi kažu da se ne možemo vratiti u prošlost. Ali fizičar je veoma čudan po prirodi. Uvek ima čudne pretpostavke. Postoji jedan poznat primer za to, gde se polazi od pretpostavke da treba da zamislimo da je krava zapravo sfera. Iako su ove pretpostavke zaista čudne, uvek nas vode do dobrog zaključka na kraju. Dakle, ako mislimo da se univerzum širi, da bismo videli šta se dogodilo u prošlosti, moramo da se vratimo u prošlost i vidimo. Dakle, ako se vratimo, otkrićemo da svemir treba da se rodi iz jedne tačke, koju u fizici zovemo tačkom singularnosti. Svi zakoni fizike tamo padaju u vodu. Dakle, ako me pitate šta je bilo pre singularnosti, moj odgovor bi bio da ne znam ili da pre singularnosti nije bilo ničega, jer je to bila početna tačka vremena. Dakle, ovu teoriju singularnosti dao je belgijski astronom koji je smatrao da se je iz tačke singularnosti nastao Veliki prasak.

image credit : Hubble ESA Copyright: CC BY 2.0

The first three minutes

Prva tri minuta

Šta se desilo posle Velikog praska? Da odgovorimo kratko, predočiću vam šta se odigralo u prva tri minuta nakon Velikog praska. To je bila formacija sastavljena od trežih pa sve do lakših elemenata. U prvih nekoliko sekundi materija je formirana kroz stvaranje parova, nakon čega je formiran deuterijum protonskom i neutronskom fuzijom, a potom helijum iz deuterijuma, protonske i neutronske fuzije.

Elementi poput vodonika ili helijuma proizvedeni su u prvih nekoliko minuta nakon Velikog praska. Postoji teorija nukleosinteze o onome što se desilo u prvih nekoliko minuta, a to potvrđuju dokazi koji potiču od veoma starih zvezda. Utvrđeno je da je bilo 75% vodonika i 25% helijuma i gotovo da nije bilo težih elemenata. Svi teži elementi su stvoreni u zvezdama. A odakle je došao helijum? Odgovor je da je formiran u prvim fazama univerzuma.

Prvi minut

Postoji proces koji se zove stvaranje parova, gde dva fotona mogu stvoriti par, česticu i antičesticu, ali samo ako je energija fotona veća od energije svake čestice. Postoji suprotan proces u kojem se čestica i antičestica sudaraju i kreiraju fotone. Ovaj proces se zove anihilacija. Na primer, ako se proton i antiproton sudare jedan sa drugim manjom brzinom, mogu stvarati dva fotona.

image credit : wiki by Christian Nölleke Copyright: CC BY-SA 3.0

Pre 0.0001 sekundi ovi fotoni bili su toliko energični da su kontinuirano proizvodili protone i antiprotone. U isto vreme, odvijao se proces anihilacije. Ali, nakon tog vremena temperatura je pala i energija se smanjila. Dakle, ovo stvaranje parova je prestalo, ali anihilacija nije. U ovom procesu, pobedio je proton. Da kažemo to ovako, milijardu parova stvaranja daje pola milijarde i jedan proton i pola milijarde antiprotona. A u anihilaciji pola milijardi i jedan proton i pola milijardi antiprotona čine milijardu fotona i jedan proton. Dakle, ostajemo na nekoliko milijardi fotona i nešto protona. Pošto ovaj foton nikada neće biti uništen, kažemo da je zamrznut. Pošto neutron ima istu masu kao proton, zamrzava se gotovo u isto vreme. Elektron je manje masivan i zamrzava se oko četiri sekunde. Dakle, ostaju samo protoni, neutroni i elektroni.

Drugi minut

U drugom minutu temperatura dostiže oko 1,2 milijarde stepeni. Ovo je temperatura kada je energija fotona oko 1.8 X 10 ^-14džula, što je zapravo energija vezivanja deuterijuma. Deuterijum je teški vodonik koji ima jedan proton i neutron u jezgru. Foton ove energije može da razjedini deuterijum na njegove osnovne elemente. Ali kada energija ide ispod toga, to ne može biti učinjeno. Dakle, po prvi put u svemiru može postojati neki komplikovaniji element od vodonika.

Treći minut i dosadna faza univerzuma

U trećem minutu temperatura čak postaje i niža. Dakle, na ovoj temperaturi fotoni nemaju dovoljno energije da razbiju jezgro deuterijuma. Dakle, fuzija se nastavlja. Deuterijum fuzionira sa vodonikom, a zatim neutron pravi helijum. Može se desiti da se deuterijum i neutron međusobno spoje, a zatim i da se spoje sa protonom, pa da nastane helijum. Najlakši način bi bio da se dva deuterijuma spoje u helijum. Ipak, u ranoj fazi univerzuma deuterijum je jako redak. Helijum zato nastaje najčešće na prvi način. Zapamtite da ovo nije slično kao p-p lančana reakcija koja se odvija na zvezdama nalik na Sunce. U ranom univerzumu se mogu naći slobodni neutroni i njihov poluživot traje oko 15 do 20 minuta i mogu se raspasti na protone i elektrone. Na Suncu nema slobodnih neutrona. Helijum može da se spoji sa deuterijumom i stvori litijum, a zatim deuterijum sa litijumom može proizvesti berilijum. Ali zbog nedostatka deuterijuma, ovi atomi su retki. Nukleosoiteza se zaustavlja nakon prvih pola sata, a samo prhvih četiri lakših elemenata mogu se proizvoditi u ovom procesu. Preostali neutron se uglavnom raspada u proton i elektron. Temperatura se smanjuje vremenom i čini okolinu spremnom za reakciju fuzije. Situacija ostaje ovakva narednih 2500 godina. Zato ovu fazu možemo nazvati dosadnim fazom univerzuma. Postepeno sa vremenom ostatak mase univerzuma počeo se približavati zbog gravitacije i počeo je da dominira nad fotonskim zračenjem. Oko 400.000 godina posle Velikog praska elektroni i nukleusi su se udružili i formirali atome. Ovako je materija potpuno odvojena od zračenja. Preostalo zračenje je poznato kao kosmično pozadnsko zračenje.

Formiranje struktura i akceleracija kosmosa

Vremenom se stvaraju mesta gde je materija gušća od drugih mesta. Zatim su ova gusta mesta počela da privlače okolne materije gravitacijom. Ovo je postepeno omogućilo formiranje oblaka gasa, zvezda, galaksija i svega onoga što danas posmatramo. Ako želimo da uđemo u detalje, moramo da vidimo koje sve vrste materije postoje u svemiru. Postoje četiri poznate vrsta materije: hladna tamna materija, topla tamna materija, vruća tamna materija i barionska materija. Na osnovu najpouzdanijih merenja za sada mogućih, znamo da hladna tamna materija zauzima 23 procenata materije u svemiru, a 4,5 procenta je barionska materija.

Dokazi iz kosmičkog pozadinskog zračenja i supernove tipa 1a usmeravaju ka postojanju mogućnosti nepoznatog i misterioznog oblika energije, koji zovemo tamnom energijom. Predviđamo da je 73 procenta energije ukupnog univerzuma tamna energija. Rani univerzum bio je pun tamne energije, ali pošto je bilo manje prostora i stvari su bile bliže, gravitacija je dominirala. Kako je vreme prolazilo, tamna energija polako je gurala univerzum da se širi i povećala je brzinu ekspanzije. U sledećem postu detaljno ću pričati o tamnoj materiji i tamnoj energiji. Dakle, ako vam se sviđa ova oblast, budite spremni i za sledeći post.

image credit :wikiCC BY-SA 3.0 Coldcreation

Hoće li se širiti zauvek?

Univerzum se širi i to je sigurno. To znamo zato što se sve galaksije neprestano udaljavaju od nas, a crveni pomak koji možemo da posmatramo nam to dokazuje. To nas zapravo ne postavlja u centar univerzuma, ali uvek ćemo videti da li se neka galaksija udaljava od nas. Sada je pitanje da li će se univerzum zauvek širiti? Pa, odgovor zavisi od gustine. Ako je gustina dovoljno velika, univerzum će biti uništen u velikoj katastrofi. Ovo nazivamo zatvoreni univerzum. Ali, ako je gustina manja, on bi se proširivao zauvek. Međutim, ako se približi kritičnoj vrednosti gustine, onda će pristupiti nultoj stopi ekspanzije i nikada se neće urušiti. Ovaj parametar gustine izražava se u omegom. Kada je njegova vrednost 1, govorimo o kritičnoj gustini. Sada, ako zaista želimo da znamo kojom brzinom se neka galaksija udaljava od nas, odgovor nam daje Edvin Habl. To izračunavamo uz pomoć Hablovog zakona: (). Ovde v predstavlja brzinu, H je Hablova konstanta, a d je rastojanje. Zakon kaže da je brzina određena crvenim pomakom direktno proporcionalna rastojanju od galaksije. Ostavljam grafikon da bi se videla korelacija.

image credit : wiki Copyright: CC BY-SA 3.0 Brews ohare

Zaključak

Živimo u misterioznom univerzumu. Jedno od glavnih pitanja čovečanstva uvek je bilo ko smo mi i odakle smo došli? Iako su u početku ovo bila filozofska pitanja, nauka je zauzela svoje mesto i pokušala da pronađe dokaze i odgovore na to pitanje. Teorija Velikog praska i nukleosinteze daju nam odgovor o našem poreklu i kako se sve formiralo. Svemir ima svoje slojeve kao luk, a sa tehnološkim napretkom i naukom moguće je oklopiti slojeve i odgovoriti na nepoznato. To je sve za sada. Voleo bih da znam koje je vase mišljenje o svemu ovome. Ostavite komentar.

Reference

1. Simon Singh, Big bang: The origin of universe.

2. General Astrophysics, Olga Atanackovic.

3. Ohio-state.edu

4.Wiki