Prezentace aplikace PowerPoint

1
Vznik a vývoj vesmíru
Juraj Figura
2
Prvé okamihy velkého tresku Pred tým nebolo nic,
absolútna nicota, ktorú si my ludia ani nevieme
predstavit. Malé zrnko superhustej a
nepredstavitelne horúcej hmoty vybuchlo v
obrovskom záblesku energie, pri ktorej vznikol
dokonca i priestor ako taký. Jeho rozpínanie
pokracuje až po dnes. O celom dalšom vývoji
vesmíru sa rozhodlo v prvej sekunde jeho
existencie. Toto obdobie, zanedbatelne krátke
podla bežných merítok, bolo priam nabité
dôležitými kozmickými udalostami
3
10-43 sekundy proces zacína. Po krátkom prológu
zacínajú mat zmysel pojmy priestor a cas. Pri
teplote 1032 stupna dochádza vo vesmíru, ktorý má
podobu nepatrného bodu o rozmeru 10-32 centimetra
a obsahuje exotickú zmiešaninu neustále
vznikajúcich a zanikajúcich castíc a anticastíc,
k prvej významnej udalosti oddeluje sa
gravitácia a stáva sa samostatnou silou. Toto
oddelenie je jedným z "fázových prechodov", pri
ktorých sily vo vesmíru postupne "vymrzajú" z
pôvodnej jednotnej interakcie podla toho, ako
klesá teplota. 10-32 sekundy zacína inflácia.
Silná interakcia zacína zamrzat a v okolnom vákuu
sa objavujú kvantové bubliny. Jedna z nich sa
zacne obrovskou rýchlostou rozpínat. Náš dnešný
viditelný vesmír má v nej podobu tenisovej
lopticky. Všetky sily s výnimkou gravitácie sú
doteraz zjednotené, ked si však symetrické vákuum
naraz "uvedomí", že je nestabilné, a zbavý sa
prebytocnej energie. Tým vznikajú nové castice a
silná interakcia "vymrza". (Inflácia Kvantová
bublina vytvára zvláštnu oblast v podchladenom
vesmíru a rozpína sa milióny miliónov miliónov
krát rýchlejšie, ako je rýchlost svetla. Na konci
infácie sa prebytocná energia rozptýli do
priestoru, co zvýši teplotu a nechá vzniknút novú
hmotu.)
4
10-32 sekundy inflácia sa zastavuje. Vesmír
prechádza na omnoho pomalšie, i ked stále ešte
nepredstavitelne mohutné rozpínanie podla
pôvodnej teórie velkého tresku. Sú v nom dva typy
castíc kvarky, ktoré cítia silnú interakciu , a
leptóny (najlahšie castice elektrón, pozitrón,
neutrino a antineutrino), ktoré cítia doteraz
nerozlíšenú elektroslabú interakciu. 10-11
sekundy rozdelenie elektroslabej interakcie.
Teplota poklesla na 1015 stupna, co predstavuje
další "bod mrazu". Elektroslabá interakcia sa pri
procesu narušenia symetrie delí na samostatnú
elektromagnetickú silu a slabú interakciu. Nosice
slabej interakcie - castice W a Z - sa stávajú
tažkými, zatial co nosic elektromagnetizmu,
fotón, má nulovú hmotnost.
10-6 sekundy zmiznutie kvarkov. Kvarky a
antikvarky sa až do tejto chvíle volne pohybovali
priestorom, vytvárali sa, anihilovali a
interagovali s dalšími casticami. Potom, co sa
vesmír ochladil na 1013 stupnov, už nie je dost
energie na to, aby kvarky volne vznikali. Doteraz
existujúce pary pokracujú v anihilácii a vyzerá
to, že kvarky zmiznú navždy.
5
10-4 sekundy vytvárajú sa baryóny. Vesmír sa
zväcšil asi na velkost našej slnecnej sústavy.
Pri dalšom poklesu teploty sa zastavuje
anihilácia a ostávajúce kvarky sa skladajú na
protóny a neutróny. (baryóny súhrnný názov pre
nukleón - protón a neutrón v jadre atómu) 1
sekunda únik neutrín. Neutrína, na ktoré pôsobí
iba slabá interakcia, boli do tejto chvíle velmi
aktívne. Na konci prvej sekundy je však slabá
interakcia tak slabá, že nemá nad neutrínami
takmer žiadnu moc, a neutrína sa volne
rozlietajú. Sú vo vesmíru až dodnes. (nutríno
elektricky nenabitá elementárna hmotná castica
bez magnetického momentu) 100 sekúnd prvé
prvky. Protóny a neutróny spolu reagujú a
vznikajú jadrá hélia. Dalších približne 100 000
rokov sa nedeje nic zaujímavé. Vodík, hélium a
nepatrné množstvo dalších lahkých jadier,
zmiešané s elektrónmi a žiarením, postupne
chladnú na teplotu rozžeraveného železa vo
vysokej peci.
6
300 000 rokov vo vesmíru sa rozjasní. Elektróny
sa zacínajú zväzovat s jadrami. Vznikajú prvé
atómy. Žiarenie nemá už dost sily, aby atómy
rozbíjalo, a nie je teda pohlcované. Vesmír sa
stáva priehladný a je vyplnený svetlom. 1
miliarda rokov. Formujú sa prvé galaxie a vesmír
zacína vyzerat povedome. 15 miliárd rokov.
Dnešný vesmír - tak, ako ho poznáme v kozmických
i atomárnych merítkach.
7
Vznik Slnecnej sústavy
Väcšina astronómov verí, že každý clen slnecnej
sústavy, od obrovského Slnka až po najmenší
asteroid, sa zrodil z mohutného, rotujúceho mraku
plynu a prachu z protoslnecnej hmloviny. Proces
zacal pred 5 miliardami rokov vznikom Slnka.
Planéty a ostatné telesá sa sformovali zo
zvyšného materiálu. O 500 miliónov rokov neskôr,
ked už bola slnecná sústava takmer kompletná,
zostalo iba 0,002 z látky pôvodnej slnecnej
hmloviny. Zvyšok bol odviaty von, do kozmického
priestoru.
8

• Obrovský rotujúci plynovo-prachový mrak sa v
  kozmickom priestore zhlukol a vytvorila sa z neho
  protoslnecná hmlovina. Bol to materiál, z ktorého
  mohla nakoniec vzniknút slnecná sústava.
• 2. Slnko vzniklo tak, že gravitácia donútila
  solárnu hmlovinu ku kontrakcii, pricom vonkajšie
  casti disku zostali v krúživom pohybe.
• Novozrodené slnko odvrhlo prebytocný materiál. Z
  materiálu obklopujúceho Slnko sa v disku
  vytvorili prstence. V prstencoch vznikli
  planetezimály velké kamenné objekty.
• 4. Planetezimály sa pospájali do ešte väcších
  telies nazývaných protoplanéty, z ktorých
  postupne vznikali kamenné planéty Merkúr,
  Venuša, Zem a Mars.

9

• Aj vo vonkajších oblastiach disku sa vytvorili
  protoplanéty. Ked zmohutneli, ich gravitácia
  zachytila obrovské množstvo plynu a vznikli
  plynné obry Jupiter, Saturn, Urán a Neptún.
• 6. Pluto sa vytvorilo z materiálu, ktorý sa
  nezužitkoval pri vzniku plynných obrov. Prach,
  kusy skál a snehu sa zrútili do Slnka, alebo boli
  vypudené von zo slnecnej sústavy.

10
Einsteinov model vesmíru
Ked Einstein vystúpil so všeobecnou teóriou
relativity a duchaplne opísal, ako spolu súvisia
hmota a priestor, s nadšením zacal hladat spôsob,
ako overit tento model a potom ho aplikovat. Bolo
mu jasné, že bez aplikácií nebude jeho teória
ozajstným zobrazením skutocnosti, ale iba
matematickým cvicením. Dúfal najmä, že jeho model
vystihne vesmír ako celok. S týmto zámerom zacal
roku 1917 konštruovat všeobecný model vesmíru
z hladiska teórie relativity matematickú
charakteristiku správania vesmíru
v case.   Einstein pokladal svoj prvý pokus o
nacrtnutie kozmológie za neúspešný. Ked aplikoval
rovnice všeobecnej teórie relativity na vesmír,
znechutený zistil, že jeho riešenie nie je
jednoznacné. V rámci jeho modelu priestorové
vzdialenosti nezostávali konštantné, ale podla
okolností sa v závislosti od casu zväcšovali
alebo zmenšovali, a s tým nerátal. Einstein
usúdil, že sa dopustil vážnej chyby. Preco by sa
mala vzdialenost medzi bodmi vo vesmíre menit?
Ved priestor by sa nemal sám od seba rozpínat ani
zmrštovat jako mokrá vlnená deka. Predpokladal,
že na to nie sú nijaké fyzikálne dôvody.
11
Pokúsil sa napravit tento omyl tak, že do
svojich rovníc zaviedol další clen, takzvanú
kozmologickú konštantu, ktorá mala urobit jeho
rovnice nezávislými od casu. Zavedenie
kozmologickej konštanty sa mu sice zdalo
neobvyklé, ale nevedel si predstavit lepší
spôsob, jako zachovat prirodzenú nehybnost
priestoru.   Niekolko rokov po zavedení tohoto
upraveného modelu, známeho pod názvom
einsteinovský vesmír, dozvedel sa jeho pôvodca o
dôkazoch rozpínania vesmíru. Údaje získané
pozorovaniami v dvadsiatych rokoch naznacovali,
že vesmír nezostáva nemenný, ale rozpína sa na
všetky strany. Zoci-voci novým dôkazom Einstein
úprimne olutoval, že zaclenil do svojho modelu
kozmologickú konštantu, a oznacil to za najväcší
omyl v živote.
12
Dôkazy teórie velkého tresku
Roku 1929 zistil americký astronóm E. P. Hubble,
že vzdialené galaxie sa vzdalujú od našej Zeme,
pricom rýchlost ich vzdalovania je priamo úmerná
vzdialenosti od nás. Tento výsledok bol
prekvapujúci, lebo vyvolával predstavu, že naša
slnecná sústava sa nachádza v strede vesmíru.
Dnes už vieme, že to tak nie je, a že vzdalovanie
ostatných galaxií je dôsledok rozpínania vesmíru
ako celku, a teda, že by sme ho rovnako mohli
pozorovat z hociktorého iného miesta vo vesmíre.
Ak sa teda vesmír rozpína, v minulosti bol menší,
a kedysi dávno malý. Z rýchlosti rozpínania sa
urcilo, že rozpínanie sa zacalo asi pred 15
miliardami rokov.   Roku 1965 Americania, A. A.
Penzias a R. Wilson, viac-menej náhodou objavili
tzv. reliktové žiarenie. O co ide? Vieme, že
každé teleso zohriaté na istú teplotu vyžaruje
tepelnú energiu vo forme elektromagnetického
žiarenia. Skúmaním intenzity spektra tohoto
žiarenia sa dá zistit teplota telesa, ktoré
vyžaruje. Takto sa zistilo, že zo všetkých smerov
vesmíru k nám prichádza žiarenie zodpovedajúce
teplote asi 2,7 Kelvina  (asi ?270C). Preco je
to tak? Táto teplota vesmíru je pozostatkom
dávnej minulosti, ked bol vesmír zohriatý na
teploty omnoho vyššie.   Napokon sa zistilo, že
vnútro starých hviezd, o ktorých sa verí, že majú
rovnaké zloženie látky, aké bolo kedysi vo
vesmíre, obsahuje asi z 90-95 vodíka a 5-10
hélia. Len tažko možno ocakávat, že sa práve
tento pomer utvoril pocas termojadrových reakcií
prebiehajúcich vo hviezdach. Takýto výsledok však
vyplýval z teórie velkého tresku (big bangu),
ktorá tvorí základ štandartného modelu vývoja
vesmíru.
13
Budúcnost vesmíru
Teória spomalenej expanzie   Vesmír sa bude
nadalej rozpínat. Pri tomto nekonecnom rozpínaní
by sa mohlo všetko vo vesmíre rozplynút. Staré
hviezdy by zanikli a v galaxiách by sa prestali
rodit nové hviezdy. Nakoniec by sa celý vesmír
zmenil iba na hmlu chladných castíc. Teória
velkého kolapsu Prítažlivé (gravitacné) sily
môžu v konecnom dôsledku rozpínanie vesmíru
spomalit. Gravitácia môže potom spôsobit spätný
pohyb všetkého, až sa nakoniec galaxie zrazia.
Potom môže nastat nieco podobné jako opak velkého
tresku(Big Crunch).   Teória pulzujúceho
vesmíru Niektorí vedci si predstavujú, že vesmír
pracuje rytmicky jako ludské srdce. Veria, že
expanduje, potom sa zmrštuje a následne sa zase
rozpína, a tak to pokracuje donekonecna. Takto sa
velký tresk strieda s velkým kolapsom
v opakujúcom sa cykle
14
Zdroje Lisa Milesová Alastair Smith Všetko
o vesmíre a astronómii Paul Halpern Štruktúra
Vesmíru Heather Couperová Nigel Henbest
Encyklopédia vesmíru www.vesmir.sk http//www.1sg.
sk/pkubinec/vesmir.html