Big Bang

Big Bang. Nume curios pentru cel mai important eveniment din istoria Universului: apariția sa!

Momente cheie din evoluția Universului. Ilustrație NASA / WMAP Science Team
Momente cheie din evoluția Universului. Ilustrație NASA / WMAP Science Team

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 10-43 secunde. 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”.

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.

14 comments

  1. salut! este posibila o teorie conform careia toata materia existenta in univers sa fie acumulata, la un moment dat, pe o gaura neagra hipermasiva (sau mai multe!), care, ajungand la un moment de saturatie, sa explodeze asemenea unui quasar si de aici povestea cu big bang-ul, dupa care sa se reia ciclul? dupa cate se stie despre quasari – ca sunt foarte indepartati si au aparut in primul miliard de ani al universului , acestea pot fi un fel de “izvoare” de materie pt univers. asadar, big bangul nu a pornit dintr-o “singularitate”, ci dintr-o “pluritate” de masivitati. 🙂 Este o intrebare si o teorie personala si as fi vrut sa stiu, de la cineva in masura sa raspunda, daca este cat de cat plauzibila. mersi!

    • pai o gaura neagra hipermasiva seamna destul de mult cu singularitatea de la care a pornit big bang-ul… este imposibil ca materia sa ajunga intr-un singur loc din moment ce unviersul este in expansiune. din pacate nu stim exact ce va fi pe viitor, daca unviersul se va mari la infinit sau se va retrage intr-un spatiu infitit de mic. nu uita ca si quasarii au o origine nefiind primele aglomerari de materie din univers ci galaxii (foarte)active de pe vremea cand universul era mai mic si materia „inghesuita”.

    • Nu este „doar” o ipoteza ci o teorie ce explica functionarea universului de la un moment dat pana cel putin in prezent. iar teoria aceasta este sustinuta de predictiile verificate cu succes prin observatii.

  2. Eu am o teorie mult mai pragmatica si se poate fundamenta stiintific despre formarea Universului care incepe cu mult inaintea asa zisului Big Bang despre ceea ce este Universul , despre legile pe care le respecta si nu in ultimul rind cine suntem !

  3. Un telivizor deschis care nu are un cablu tv pe ecranul acestuia din prima se observa o multime de puncte alb negru. Este posibil sa fie vorba despre primele semnale de la aparitia Universului?

  4. Din pacate, am descoperit cam tarziu acest blog f interesant si de aceea daca imi este permis, as vrea sa pun si eu cateva intrebari pt a ma lamuri… Desigur aceste intrebari, daca imi sunt acceptate, tb privite din perspectiva unui amator, pasionat cumva de astronomie (o chemare interioara) pe care nu prea ointelege totusi in totalitate.

    1. Dpdv experimental, o explozie implica un punct in care se produce detonatia…, efectele acesteia propagandu-se in toate directiile, fiind vorba de un vid. Ar putea insemna ca exista un centru al Universului care sa corespunda acestui punct un s-a produs detonatia?
    2. Dpdv experimental, detonatia pp descompunerea unei substante explozive sau expansiunea unui gaz? Big Bang-ul in care categorie s-ar incadra?
    3. Dpdv experimental, o explozie este insotita de dezorganizarea, sau nu stiu cum sa-i spun, poate haos…Cum este posibil ca Big Bang-ul sa fi produs totusi un mecanism perfect (a se citi Universul) care functioneaza dupa propiile legi?

    Multumesc pt intelegere

  5. Salut Adrian! Nu inteleg urmatorul lucru: la capitolul “Supa de fotoni” se spune ca, citez: “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).” Ceea ce inseamna ca gravitatia s-a separat de gravitatie?!?! Dupa cum e teoria formulata, gravitatia s-a separat de forta unica ce avea in compunere si gravitatia alaturi de celelalte 3 forte…

  6. Ok, acum am inteles! La inceput a fost o singura forta (care le continea pe cele 4) iar mai apoi, prima care s-a scindat a fost gravitatia. Daca gravitatia a iesit prima, explica-mi te rog frumos, ce s-a intamplat cu forta initiala dupa aceasta scindare, intrucat “gravitatia s-a separat de forta unica existenta atunci” si cum se manifesta ea (forta initiala) ulterior separarii? Si cand au aparut celelalte 3 forte?

    • Nu degeaba postul de fata face parte din cateogoria „Misterele Universului”. Sunt anumite detalii pe care nu le cunoastem asa ca nu iti pot raspunde la intrebari.

  7. Salut,

    Din interes pentru acest subiect, am făcut mici calcule care redimensionează fiecare particulă din Univers (10^80 atomi) la lungimea Planck, eliminând spațiul dintre ele și comprimându-le sub forma unui cub. Ceea ce a rezultat a fost un cub cu o latură de 0.197 ani-lumină lungime (12452 unități astronomice).

    Este mult prea mare pentru a se integra în teoria Big-Bang-ului, iar dacă transformăm fiecare particulă în energie, e mind-blowing.

    Partea matematică:
    atomi_hidrogen = 10^80
    particule = atomi_hidrogen * (3 + 1)
    lungimea_planck = 1.61619926 * 10^(-35)
    latura_cub_in_m = (particule * lungimea_planck)^(1/3)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s