Big Bang

În prezent astronomii consideră (după îndelungi observații) că toată materia actuală din Univers (organizată în planete, stele, nebuloase și galaxii), acum 13,7 miliarde de ani se afla într-un singur loc, infinit de mic, numit „singularitate”. La un momentdat acest loc a început să se mărească brusc și rapid.

Telescoapele actuale ne arată că și acum Universul este în expansiune, semn că se încă se mărește. Expansiunea este o certitudine fiind observată pentru prima oară de astronomul american Edwin Hubble în 1929, cu cel mai mare telescop de atunci aflat la Observatorul Mount Wilson. De atunci observăm cum galaxiile se îndepărtează fără să fugă de noi. Pur și simplu spațiul se mărește o viteză și rată enormă (70,8 (km/s)/Megaparsec).

Putem da, matematic, expansiunea înapoi și vom vedea cum stelele și galaxiile vor fi mult mai apropiate una de alta. Putem merge și mai înapoi, când stelele nu apăruseră, iar lumina nu se putea propaga prin spațiu. Ajungem astfel la momentul imediat după Big Bang, când materia se comporta după legi nedescoperite ale fizicii.

Supa de fotoni

Ne aflăm în  prima eră a Universului, când energia se transforma spontan în materie (coliziunea a doi fotoni duce la apariția unui electron și pozitron) și invers. Asemenea reacții se pot recrea în laboratoare dar în prezent nu mai au loc în Univers la scară largă. Universul timpuriu conținea o „supă” de fotoni, materie și antimaterie  în mișcare rapidă. Într-un ritm furios, energia (fotonii) se transforma în materie și viceversa.

Descrierea științifică a Universului începe când acesta avea vârsta de 10-43secunde. Se bănuiește că atunci, în minusculul Univers, existau variații de energie, fluctuații cuantice, pe care teoriile actuale nu le pot explica sau modela. Vârsta de 10-43 secunde reprezintă și momentul când gravitația s-a separat de forța unică existentă atunci (compusă din cele patru forțe care acționează în prezent în natură – gravitația, forța electromagnetică, forța nucleară slabă și forța nucleară tare).

Inflația

La 10-38 secunde, când temperatura era de 1029 K, gravitația a dus la mărirea bruscă a Universului. Zone mici cât un nucleu atomic au devenit mari cât sistemul solar într-o clipă, în procesul ce se numește inflație.


Mărimea Universului în timp. Inflația este marcată cu galben: se vede că mărimea universului a crescut mult într-un timp foarte scurt

În timpul inflației Universului a devenit între 1050 și 10100 mai mare. Expansiunea bruscă a dus la aplatizarea locală a acestuia și la o uniformitate în aspect.

Urmează „era electroslabă”, în timpul căreia Universul s-a mărit și mai mult, iar temperatura a ajuns la „numai” 1015 K. Vârsta Universului este de 10-10 secunde iar temperatura este de sute de milioane de ori mai mare decât în interiorul unei stele actuale. Situația este neschimbată: energia se transformă spontan în materie și invers.

Între 10-10 și 10-4 secunde de la Big Bang ne-am aflat în „era particulelor”. Universul conținea, în afară de fotoni, și  electroni, neutrini și cuarci. Aceștia din urmă sunt cărămizile din care sunt formate particulele mai mari de materie. La sfârșitul erei, când Universul avea vârsta de o milisecundă, temperatura era mai scăzută și cuarcii s-au grupat câte trei formând protoni și neutroni. În plus, producerea spontană de materie din energie și invers nu mai era posibilă. Într-o ultimă „zvâcnire” materia și antimateria s-au anihilat reciproc și, pentru că cea din urmă exista în cantități mai mici, a rămas un surplus de materie (protoni). O parte din protonii formați atunci se regăsesc în corpurile noastre.

Toate fenomenele despre care am discutat s-au petrecut într-un timp mai scurt decât de ia nouă să clipim. Acum protonii și neutronii încearcă formeze nuclee mai grele dar acestea, din cauza temperaturii încă mari, dispar la fel de repede după cum au apărut. Aceasta este „era nucleosintezei” care a durat puțin mai mult de trei minute. În acest răstimp, spre sfârșitul perioadei, s-au format hidrogenul, heliul și cantități infime  de deuteriu și litiu.  În ciuda apariției ulterioare în interiorul stelelor a elementelor mai grele, compoziția Universului este aceeași ca la trei minute după apariția sa.

La sfârșitul erei anterioare Universul era compus din plasmă foarte fierbinte în care se aflau hidrogen, heliu și electroni liberi. Fotonii erau captați și re-emiși în permanență. Universul a rămas așa timp de 380.000 de ani, timp în care s-a mărit și răcit în continuare. Condițiile erau identice cu cele din interiorul Soarelui. Când temperatura a ajuns la 3000 K, nucleele de hidrogen și heliu au captat electroni, devenind nuclee stabile ca în prezent. Fotonii au putut să se propage prin spațiu și Universul a devenit transparent. Prima lumină a sa se poate observa și în prezent în orice direcție. Se numește „fondul cosmic de microunde”.

Primele stele

Zonele cu densitate mai mare au atras plasma, apărând nori gigantici în care au început să se formeze stele. Locurile în care s-au format stelele se numesc galaxii și se estimează că prima a apărut pe când Unviersul avea 1 miliard de ani. Primii nori de materie formați erau atât de mari încât în ei s-au format mii de miliarde de stele dispuse sub forma de aglomerări de galaxii, numite roiuri de galaxii.

Generație după generație, stelele au făruit elemente chimice mai grele care, împreună cu hidrogenul și heliul, au constituit baza din care s-au format alte stele. În jurul unora au apărut discuri de praf și gaz din care au apărut obiecte mai mici numite planete. Cel puțin pe una din ele a apărut viața și acesta este momentul în care ne aflăm, la 13,7 miliarde de ani după Big Bang.

Universul este influențat și de energia întunecată care accelerează expansiunea. În plus există și materia întunecată  de care suntem înconjurați fără să ne dăm seama.

Informațiile de mai sus reprezintă o simplificare a evoluției Universului. Stă la îndemâna oricui să afle mai multe și să dovedească Big Bang-ului că nu s-a produs degeaba.

 

Adrian Șonka
28 ianuarie 2012