Világegyetem keletkezése

A világegyetem keletkezésének magyarázatára az emberiség fejlődése során több elképzelés született. Az első magyarázatokkal a különböző mítoszok és vallások szolgáltak, kezdetben primitív formában (“őstojás”, “ősvíz” stb.), majd a kidolgozott dogmatikus hitrendszerek az istenek, vagy egyetlen Isten általi teremtést (kreacionizmus) fogadták el.

Az egyik első tudományos elképzelés Ptolemaiosz nevéhez fűződik, aki a Földet képzelte el a Világ középpontjaként. Ez az elképzelés a reneszánsz idejéig tartotta magát.

A minket körülvevő világ megismerésében nagy jelentőséggel bírt a reneszánsz kora, amikor az ókori tudósok egyes sejtéseit is továbbgondolva, kezdtek előtérbe kerülni a tudományos módszerek, elsősorban a megfigyelés és a kísérlet.

A megfigyelésekre és a matematikára támaszkodó modern fizikának (Isaac Newton), majd a csillagászati megfigyeléseknek (lásd: teleszkóp, Galileo Galilei) köszönhetően a spekulatív elméletek egyre hátrébb szorultak, ismereteink bővültek és pontosabbak lettek.

A 19. század végétől aztán uralkodóvá váltak a tudományos elméletek, amelyek mindig az aktuálisan elért elméleti és műszaki fejlődést tükrözték.

Ma a legelfogadottabb elmélet szerint a Világegyetem az ősrobbanásban („Nagy Bumm”) keletkezett kb. 13,7 milliárd (± 200 millió) évvel ezelőtt. Utána kitágult, és ez a tágulás ma is folytatódik (lásd erre bizonyítékként a vöröseltolódást).

Ősrobbanástól máig

Az ősrobbanás

A táguló világegyetem az időben visszafelé fejlődve egy olyan kezdőállapotot jelöl ki, „amikor” az anyag „egy nagyon kicsi és forró” pontban volt összezsúfolva. Persze ezt nehéz elképzelni, és számos paradoxon is fölvetődik: mi volt ezen állapot előtt, mi volt ezen a ponton kívül? Mibe tágul bele a világegyetem?

Ezek a paradoxonok azt mutatják, hogy a naiv elképzelésünk (“minden egy pontba zsúfolva”) mennyire keveset mutat meg abból, amilyennek az ősrobbanást matematikailag el tudjuk képzelni. A paradox kérdésekre a relativitáselmélet és a részecskefizikai modellek alapján tudunk válaszolni. Az ősrobbanásban megvalósult a tér és idő, valamint a kölcsönhatások teljes szimmetriája is. A téri és időbeli viszonyok abban a szimmetriasértésben jöttek létre, amely mai világunk kialakulásának kezdetét jelentette. Összes fogalmunk csak erre a mai világra van korlátozva, az „előtte”, „kívüle” stb. fogalmak nem alkalmazhatóak az ősrobbanásra magára.

Az inflációs kozmológiai elmélet szerint az ősrobbanást követően hirtelen óriási mértékben (40-50 nagyságrendet!) megnőtt minden hosszúság jellegű méret, az univerzum “felfújódott”.

A Világegyetem keletkezésének legelfogadottabb elmélete az ősrobbanás. Ennek megfelelően a világegyetem észlelhető része kb. 15 milliárd évvel ezelőtt egy kis térrészbe volt összezsúfolva, majd valami miatt szétrobbant. Ez az ősrobbanás. Az elmélet bizonyítékának lehet tekinteni több észlelést, pl. a galaxisok távolodását, vagy a minden irányból egyforma intenzitással érkező maradék sugárzást.

A számítások szerint az ősrobbanás pillanatában végtelen sűrűségű és végtelen nagy hőmérsékletű anyagenergia volt pontszerű térben összezsúfolva. 1 másodperc múlva a hőmérséklet kb. 10 millió Kelvin fokra csökkent, a részecskék többszörös átalakulása során kialakulnak a fotonok, elektronok és neutrínók. 3 perc múlva már kialakulnak a protonokból és a neutronokból az első atommagok, 300.000 év múlva pedig az első atomok. 1-2 milliárd év múlva megszületnek a galaxisok, 8 milliárd év múlva a Naprendszerünk, 15 milliárd év múlva pedig itt vagyunk.

A kezdeti eseményt követő első másodpercekben rendkívül fontos események játszódtak le. Nagyon valószínű, hogy a tágulás egy rövid ideig igen gyors folyamat volt: az Univerzum a másodperc törtrésze alatt valósággal felfúvódott, s csak ezután állt be egy lassabb tágulási ütemre, amely még ma is tart. A felfúvódást követően – még az első másodpercben – kialakultak az ismert elemi részecskék alkotóelemei, majd pedig ezekből a protonok és a neutronok. Ekkor már jelen voltak az elektronok is.

Az első három perc végére megszülettek a Világegyetem első atommagjai. Túlnyomó részük hidrogén- és héliumatommag volt, de valószínű, hogy lítium és esetleg berillium atommagok is összeálltak. Az elektronok még szabadon mozogtak. A tágulás során az Univerzum hőmérséklete és sűrűsége csökkent, mérete növekedett. 300 ezer évvel a robbanás után a szabad elektronok elfoglalták atommagok körüli helyzetüket, így megszülettek az első atomok. A Világegyetem ekkor forró és sűrű, hidrogén-hélium anyagfelhőből állt. A táguló hidrogén–héliumfelhő kisebb-nagyobb csomókba esett szét. A csomók anyaga tömörödni kezdett. Az így kialakuló előgalaxisok (protogalaxisok) anyagának gravitációs összehúzódása miatt belsejükben hamarosan megindult a csillagképződés. Körülbelül egymilliárd évvel a robbanás után az előgalaxisok igazi, sokmillió naptól ragyogó galaxisokká alakultak át. A csillagképződés ekkor sokkal intenzívebb volt, mint ma.

Három alapvető tény támasztja alá az Univerzum ilyen módon való keletkezését.

1. A galaxisok távolodnak egymástól: mintha az egész Univerzum szétszóródóban lenne. Ez feltehetően egy robbanásszerű jelenség következménye.

2. A Világegyetem becsült héliumkészlete több annál, mint amennyit a csillagok valaha is megtermelhettek a magfúziós folyamatok során. A felesleg feltehetően közvetlenül a robbanás után alakult ki, amikor még semmiféle csillag nem létezhetett.

3. A legfontosabb bizonyíték az ún. háttér- vagy maradványsugárzás. A világűrt egy nagyon hideg (2,7 K), minden irányból érkező sugárzás járja be, amelynek léte csak a robbanási elméletekkel magyarázható. Ez a sugárzás akkor szabadult fel, amikor kialakultak az első atomok.

Ha az ősrobbanás óta az idő függvényében ábrázoljuk a világegyetem hőmérsékletét vagy sűrűségét, egy olyan exponenciális görbét kapunk, ahol 0 időhöz végtelen nagy sűrűség tartozik, ami nagyon rövid idő alatt rohamosan csökken. A tér ma is tartó tágulása mellett a görbe majdnem vízszintesre szelídül. Ma még nem tudjuk, hogy a tágulás mindig tartani fog-e, vagy átvált összehúzódásra.

Az ősrobbanás elméletének van néhány támadható pontja. Az egyik, hogy a tér különböző irányaiban látunk 10-15 milliárd fényévnyi távolságban galaxisokat, amiknek a fénye az adott pontból nyilván 10-15 milliárd évvel ezelőtt indult el, vagyis az ősrobbanás idején. De hogyan kerülhettek galaxisok néhány millió év alatt egymástól 20-30 milliárd fényévnyi távolságba ? Kicsit az is érthetetlen, hogy hogyan alakulhatott át az egész világegyetem anyaga a másodperc töredéke alatt először kvarkokká, majd elektronokká, protonokká és neutronokká. Szintén gyenge oldala az elméletnek, hogy nem tudjuk értelmezni a 0 másodpercet, és a mai elméletek sem tudják meghatározni az akkori viszonyokat. Az elmélet szerint szükségszerűen volt az időnek és a világegyetemnek keletkezési pillanata!

Eltűnnek a nehézségek, ha figyelembe vesszük azt, hogy az általános relativitáselmélet szerint az idő lassabban telik a nagyobb gravitációs térben. Ha a világegyetem fejlődését visszafelé nézzük, az egyre nagyobb anyagsűrűség egyre lassabban haladó időt jelent. Az előbbi görbe tehát úgy módosul, hogy a vízszintes időtengelyen nem lesz 0 pont, hanem negatív irányban haladva a beosztás exponenciálisan nő. A világegyetem sűrűsége nem egy exponenciálisan csökkenő görbe szerint változik, mert a robbanás pillanata a végtelenbe tolódik ki. Ahogyan csökkent a sűrűség, úgy gyorsult az idő múlása. Amit ma az első 1 másodpercnek gondolunk, az valójában végtelen hosszú ideig tartott.

Hasonló a helyzet, mint amikor távolról figyelünk egy olyan ürhajót, amelyik egy végtelenül nagy gravitációs terű bolygóra zuhan. Mi azt látjuk, hogy az ürhajó egyre gyorsulva közelít a bolygóhoz, majd a felszínbe csapódik. Ugyanakkor az ürhajós azt észleli, hogy a gravitációs tér növekedésével az ideje lassul, ezért egyre lassabban közelíti a bolygót és soha nem fogja elérni.

A mai ismeretünkkel számolva az Ősrobbanás 15 milliárd éve volt. Viszont a mindenkori idővel számolva a végtelenbe tolódik vissza. Így már érthető, hogy hogyan kerültek a távoli galaxisok olyan gyorsan a helyükre. Nem kell az idő keletkezését magyarázni.

forrás: hu.wikipedia.org/wiki/Világegyetem, astro.u-szeged.hu, osrobbanas.hupont.hu, tudasbazis.sulinet.hu