Didysis sprogimas. Antra dalis: nuo Planko konstantos iki žmogaus  (11)

Tai antroji straipsnių serijos dalis apie Didžiojo Sprogimo teoriją. Pirmoje dalyje paprastai ir aiškiai išdėstyta, kas tai per teorija ir kuo ji grindžiama. Šioje dalyje surasite nuoseklesnį Visatos vystymosi kelią. Kaip keitėsi pasaulis nuo Planko konstantos iki mūsų dienų? Ką slepia Planko konstanta? Ką išvystumėme pažvelgę anapus jos?

Kas dar neskaitėte pirmosios straipsnio dalies, jį galite surasti štai čia.

Kelionė į praeitį

Bet kuris daiktas turi savo istoriją – viskas iš kažkur prasidėjo ir kažkur baigiasi. Pavyzdžiui ant stalo gulintis raktas prieš kokį šimtą metų kaip mineralas glūdėjo uolienoje. Kirtiklio ar orinio plaktuko smūgiu buvo iškastas geležies rūdos luitas, iš kurio ir padarytas šis raktas, milijardus metų buvęs įkalintas uoloje. Taigi, toks paprastas dalykas kaip rakto metalas yra beveik toks pat senas kaip ir Žemė, o jai dabar apie keturis su puse milijardo metų. Tačiau galima kopti dar toliau į praeitį, ieškant šio rakto kilmės.

Geležies branduolys yra vienas iš patvariausių branduolių visatoje. Mes galėtume tęsti savo kelionę į praeitį iki tol, kol dar nebuvo nei Žemės, nei Saulės. Jūsų rakto metalas plaukiojo tarpžvaigždinėje erdvėje debesies forma. Tame debesyje jau buvo visi sunkieji elementai, kurių prireiks, formuojantis mūsų Saulės sistemai. Vadinasi prieš aštuonis ar dešimt milijardų metų, raktas egzistavo gimstančios materijos debesyje geležies atomų forma. Bet iš kur tas debesis?

Tai buvo saulė, egzistavusi dar prieš mūsiškę, kuri sprogo maždaug prieš dešimt ar dvylika milijardų metų. Tuo metu Visata iš esmės buvo sudaryta iš didžiulių vandenilio debesų, kurie kondensavosi, kaito, ir tas procesas baigdavosi pirmųjų žvaigždžių – milžinių susiformavimu. Jas būtų galima palyginti su milžiniškomis krosnimis, skirtomis sunkiųjų elementų branduoliams gaminti. Jų būtinai reikėjo pakeliui į sudėtingesnės medžiagos atsiradimą. Tos žvaigžfės gyvavo vos kelis šimtus milijonų metų – milžinų amžius buvo santykinai trumpas. Sprogdamos, jos išmesdavo į erdvę medžiagas, reikalingas kitoms, jau mažesnėms, vadinamosioms antrosios kartos žvaigždėms, o taip pat – jų planetoms ir, žinoma, jose esantiems metalams formuotis.

Astrofizikai pradžia laiko pirmąsias milijardines sekundės dalis po susikūrimo. Antai mes esame per 10-43 sekundės po sprogimo. Tai fantastiškai mažas skaičius, podraug ir fantastiškai mažas Visatos amžius. Tą momentą Visata su visu tuo, kas joje tilps vėliau, su galaktikomis, planetomis, Žeme, su medžiais, gėlėmis ir jūsų įžymiuoju raktu, - tilps neįsivaizduojamo mažumo sferoje, kurios diametras: 10-33 cm, t.y. milijardus milijardų kartų mažesnis negu atomo branduolio diametras. Palyginimui galima paminėti, jog atomo branduolio diametras yra tik 10-13 centimetro.

Šios pradinės Visatos tankis ir karštis yra tokie dideli, kad žmogaus protas vėlgi nebepajėgus jų suvokti: pašėlusi 1032 laipsnių temperatūra - skaičius su 32 nuliais. Čia mes atsitrenkiame į vadinamąją temperatūrinę „sieną“, į kraštutinę šiluminę ribą, už kurios mūsų fizika galutinai sugriūva. Esant tokiai temperatūrai, gimstančios Visatos energija yra siaubinga. O jei kalbėsime apie materiją – jeigu šis žodis dar gali turėti kokią prasmę, – tai ji yra primityvių dalelių, tolimų kvarkų giminaičių, sankaupa. Tos dalelės nuolatos tarp savęs sąveikauja. Dar nėra dalelių diferenciacijos: jos visos sąveikauja taip pat. Tai stadija, kai dar nėra išsidiferencijavusios keturios pagrindinės tarpusavio sąveikos jėgos (gravitacija, elektromagnetinė ir dvi – stiprioji ir silpnoji – branduolinės jėgos). Jos tebėra susiliejusios vienoje universalinėje jėgoje.

 Ir visa tai Visatoje, kuri milijardus kartų mažesnė už segtuko galvutę! Tai galbūt labiausiai pakvaišęs visos kosminės istorijos periodas. Įvykiai vystosi neįsivaizduojamu tempu: per šias milijardines sekundės dalis įvyksta daugiau dalykų negu per visus likusius milijardus metų.

GalaktikaPavyzdžiui, toks įvykis, kurį šiuo metu stebime gana dažnai: fotoaparato blyksnis atsirandančioje Visatoje būtų lygus milijardų metų trukmei. Kodėl? Ogi todėl, kad kraštutinis įvykių tankumas implikuoja trukmės persisukimus. Užteko kelių milijardinių sekundės dalių, kad Visata pereitų į ekstraordinarinę raidos fazę, kurią fizika vadina „įsiliepsnojimo era“. Tai nepaprastai trumpa epocha: nuo 10-35 iki 10-32 sekundės. Per tą laiką Visata išsiplečia 1050 kartų, nuo atomo branduolio dydžio pereidama iki 10 cm diametro – maždaug apelsino dydžio – sferos. Kitais žodžiais tariant, šis tiesiog galvą svaiginantis Visatos išsiplėtimas yra reikšmingesnis negu visa kita po jo: nuo „įsiliepsnojimo" arba infliacinės eros iki mūsų dienų Visatos apimtis padidės, palyginti, labai nedaug: 109, taigi vos vieną milijardą kartų.

Ir štai mes regime Visatą, didumo sulig apelsinu: tai elektronų, kvarkų, neutrinų, fotonų ir jų visų antidalelių, pasirodžiusių per tą neįtikėtinai trumpą laiką, per 10-32 sekundės, mišinys ir jis visai nevienalytis. Jeigu kas nors būtų galėjęs stebėti, būtų pamatęs, kad tas „apelsinas“ išmargintas juostomis, visokeriopais netaisyklingumais; jis būtų konstatavęs, kad tas dar mažytis kosmosas vietomis yra žymiai tankesnis.

Taigi, dėl savo egzistavimo mes turime būti kažkam dėkingi už tuos netvarkingumus pačioje Visatos formavimosi pradžioje. Tie mikroskopiniai brūkšniai vystysis toliau, duodami pradžią galaktikoms, žvaigždėms ir planetoms. Bendrai paėmus, tas „kosmoso“ pradinis piešinys turės viską ir per kelias milijardines sekundės dalis duos užuomazgą viskam, ką regime dabar.

Atkurkime tolesnę Visatos raidą. Per 10-32 sekundės dalį įvyksta pirmasis fazinis persigrupavimas: stiprioji jėga (kuri laiduoja atomo branduolio koheziją) atsipalaiduoja nuo elektriškai silpnos jėgos (kuri kyla iš  elektromagnetinės ir radioaktyvaus dezintegravimosi jėgų susiliejimo). Per tą akimirką Visata išsiplečia, įgaudama fenomenalias proporcijas: diametras tarp vieno ir kito jos krašto jau yra maždaug 300 metrų, Jos viduje viešpatauja absoliuti tamsa ir mintimi neaprėpiamas karštis.

Bet laikas eina. Kai jis pasiekia 10-11 sek. ribą, silpnoji elektrotraukos jėga išsiskiria į dvi atskiras jėgas: į elektromagnetinę tarpusavio sąveiką ir silpnąją jėgą. Fotonai nebegali maišytis su kitomis dalelėmis, tokiomis kaip kvarkai – gliuonais bei leptonais. Išsikristalizuoja keturios pagrindinės jėgos.

Tarp 10-11 ir 10-5 sekundės diferencijacija vyksta toliau. Šios epochos esminis įvykis yra tai, kad kvarkai grupuojasi į neutronus ir protonus, o dauguma antidalelių išnyksta, palikdamos erdvę dabartinės Visatos dalelėms.

Nuo dešimtmilijoninės sekundės dalies elementarios dalelės pasklinda erdvėje, kuri ima tvarkytis pati. Visata plečiasi ir toliau, prasideda atšalimas. Praėjus maždaug 200 sekundžių nuo pradinio momento, elementariosios dalelės renkasi į krūvą, kad suformuotų vandenilio ir helio branduolių izotopus. Pasaulis kaskart vis labiau ir labiau tampa toks, kokį mes pažįstame dabar.

Ši perpasakota istorija tęsėsi apie tris minutes. Toliau įvykiai ima vystytis žymiai lėčiau. Dar dešimt milijonų metų visas universumas bus paskendęs radiacijoje bei sukūriuojančių dujų plazmoje. Maždaug po šimto milijono metų didžiuliuose dulkių sukūriuose formuojasi pirmosios žvaigždės. Jų gelmėse lydosi vandenilio ir helio atomai tam, kad atsirastų sunkieji elementai, vėliau po kelių milijardų metų radę savo vietą ir Žemėje. 

Didysis sprogimas

Kodėl tai įvyko?

Apmąstydami šiuos skaičius, negalime atsikratyti svaiginančio nerealumo įspūdžio. Juo labiau mes artėjame prie Visatos pradžios momento, tuo laikas atrodo tolsta nuo mūsų, prarasdamas savo kontūrus, tapdamas begaliniu. Šia proga dar kartą grįžkime į pirmąsias Visatos akimirkas: jeigu galima preciziškai aprašyti, kas įvyko 10-43 sekundės po susikūrimo, tai kas gi vyko prieš tai? Mokslas, atrodo, nepajėgus nei aprašyti, nei kaip nors kitaip išreikšti, kad būtų suvokiama protu, kas buvo pats pradinis momentas, kai laikas dar buvo absoliutus nulis, kai dar nieko nebuvo įvykę?

1 | 2

(15)
(1)
(12)

Komentarai (11)

Visi šio ciklo įrašai

Susijusios žymos: