Η περιοχή του σύμπαντος που είναι ορατή με τα σύγχρονα όργανα εκτείνεται σε απόσταση μέχρι 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός και περιέχει περίπου 100 δισεκατομμύρια γαλαξίες.
Οι γαλαξίες είναι κατανεμημένοι σε ομάδες των 100 έως 1.000 γαλαξιών (γαλαξιακά σμήνη) και καθένας από αυτούς αποτελείται κατά μέσο όρο από 10 δισεκατομμύρια αστέρες.
Επίσης το σύμπαν χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων διάχυτης μεσοαστρικής και ενδογαλαξιακής ύλης, ενώ το 95-99% της μάζας του αποτελείται από "αόρατη" μη παρατηρήσιμη ύλη.
Επίσης το σύμπαν χαρακτηρίζεται από την παρουσία μεγάλων ποσοτήτων διάχυτης μεσοαστρικής και ενδογαλαξιακής ύλης, ενώ το 95-99% της μάζας του αποτελείται από "αόρατη" μη παρατηρήσιμη ύλη.
Παρά την ύπαρξη τοπικών συμπυκνώσεων ύλης, σε μεγάλη κλίμακα το σύμπαν είναι ομογενές και ισότροπο, δηλαδή σε οποιαδήποτε θέση και να βρίσκεται ένας παρατηρητής και προς οποιαδήποτε κατεύθυνση και αν κοιτάζει θα διακρίνει τα ίδια γενικά χαρακτηριστικά. Η ηλικία του σύμπαντος κυμαίνεται περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια.
Το 1929 ο αμερικάνος αστρονόμος Edwin Hubble απέδειξε ότι όλοι οι γαλαξίες που παρατηρούνται απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο και μάλιστα με ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η μεταξύ τους απόσταση, γεγονός που σημαίνει ότι το σύμπαν διαστέλλεται.
Το 1929 ο αμερικάνος αστρονόμος Edwin Hubble απέδειξε ότι όλοι οι γαλαξίες που παρατηρούνται απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο και μάλιστα με ταχύτητα τόσο μεγαλύτερη όσο μεγαλύτερη είναι η μεταξύ τους απόσταση, γεγονός που σημαίνει ότι το σύμπαν διαστέλλεται.
Η διαπίστωση, ότι οι γαλαξίες απομακρύνονταν μεταξύ τους σήμαινε ότι στο απώτατο παρελθόν τους είχαν μια κοινή εκκίνηση. Επομένως, συμπερασματικά οι αστρονόμοι κατέληξαν στη γενική άποψη ότι η ύλη και η ενέργεια του Σύμπαντος ήταν συγκεντρωμένη σ' ένα αρχικό σημείο με άπειρη θεωρητικά πυκνότητα.
Το 1965 οι επίσης αμερικάνοι αστρονόμοι Penzias και Wilson ανακάλυψαν τη διάχυτη ακτινοβολία μικροκυμάτων ή υποβάθρου, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία μέλανος σώματος 2,7 Κ. Καθώς η ακτινοβολία αυτή δεν προέρχεται από συγκεκριμένους αστέρες ή γαλαξίες, αλλά από όλες τις διευθύνσεις του κοσμικού χώρου, εκτιμάται ότι αποτελεί υπόλειμμα φυσικών διεργασιών από πολύ παλαιότερες εποχές, όταν το σύμπαν είχε πολύ μεγαλύτερη θερμοκρασία και πυκνότητα έχοντας διαφορετική μορφή από τη σημερινή.
Τα κοσμολογικά μοντέλα που έχουν προταθεί για τη δομή του σύμπαντος δέχονται ή μια επιβράδυνση της διαστολής που θα την ακολουθήσει μια φάση συστολής (κλειστό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή του (ανοιχτό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή που τείνει προς μια οριακή κατάσταση, στην οποία οι ταχύτητες απομάκρυνσης των γαλαξιών θα μηδενιστούν (επίπεδο στατικό σύμπαν). Τα ενδεχόμενα αυτά σχετίζονται με την τιμή μιας παραμέτρου κ, που εξαρτάται από τη μέση πυκνότητα του σύμπαντος.
Το 1965 οι επίσης αμερικάνοι αστρονόμοι Penzias και Wilson ανακάλυψαν τη διάχυτη ακτινοβολία μικροκυμάτων ή υποβάθρου, που αντιστοιχεί σε θερμοκρασία μέλανος σώματος 2,7 Κ. Καθώς η ακτινοβολία αυτή δεν προέρχεται από συγκεκριμένους αστέρες ή γαλαξίες, αλλά από όλες τις διευθύνσεις του κοσμικού χώρου, εκτιμάται ότι αποτελεί υπόλειμμα φυσικών διεργασιών από πολύ παλαιότερες εποχές, όταν το σύμπαν είχε πολύ μεγαλύτερη θερμοκρασία και πυκνότητα έχοντας διαφορετική μορφή από τη σημερινή.
Τα κοσμολογικά μοντέλα που έχουν προταθεί για τη δομή του σύμπαντος δέχονται ή μια επιβράδυνση της διαστολής που θα την ακολουθήσει μια φάση συστολής (κλειστό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή του (ανοιχτό σύμπαν) ή μια συνεχή διαστολή που τείνει προς μια οριακή κατάσταση, στην οποία οι ταχύτητες απομάκρυνσης των γαλαξιών θα μηδενιστούν (επίπεδο στατικό σύμπαν). Τα ενδεχόμενα αυτά σχετίζονται με την τιμή μιας παραμέτρου κ, που εξαρτάται από τη μέση πυκνότητα του σύμπαντος.
Βασική αφετηρία για τις περισσότερες θεωρίες που ασχολούνται με την προέλευση του σύμπαντος είναι η έννοια της Μεγάλης Έκρηξης, που τοποθετεί τη γένεση του σύμπαντος σε μια σημειακή περιοχή του χωροχρόνου άπειρης πυκνότητας και καμπυλότητας, η οποία εξερράγη δημιουργώντας την ύλη και την ενέργεια και μαζί τους το χώρο και το χρόνο.
Συνέπεια του γεγονότος αυτού είναι ότι στερείται νοήματος η ερώτηση για το τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, γιατί ο χρόνος δημιουργήθηκε μαζί της επομένως δεν υπήρξε "πριν".
Συνέπεια του γεγονότος αυτού είναι ότι στερείται νοήματος η ερώτηση για το τι υπήρχε πριν από τη Μεγάλη Έκρηξη, γιατί ο χρόνος δημιουργήθηκε μαζί της επομένως δεν υπήρξε "πριν".
Επιπλέον στερείται νοήματος η αναζήτηση του πού έγινε η Μεγάλη Έκρηξη, γιατί η ανυπαρξία του χώρου πριν από αυτήν συνεπάγεται και την αδυναμία του εντοπισμού ενός συγκεκριμένου σημείου.
Όσον αφορά τις σύγχρονες απόψεις της Αστροφυσικής, η θεωρούμενη σταδιακή εξέλιξη του Σύμπαντος σηματοδοτείτε και καθορίζεται από συγκεκριμένα γεγονότα και καταστάσεις, που το οδήγησαν στη σημερινή μορφή του. Στη συνέχεια θα αναφέρουμε τα κύρια στοιχεία αυτών των συγκεκριμένων χρονικών περιόδων, προκειμένου να κατανοήσουμε ποιοτικά την εξελικτική πορεία του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Όλη η ενέργεια του Σύμπαντος έχει τη μορφή θερμότητας, ενώ η περίοδος αυτή έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι κατά τη διάρκειά της η πυκνότητα της ενέργειας (θερμότητας), όσο και η καμπυλότητα του χώρου έτειναν προς το άπειρο. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν εξελισσόταν στα πλαίσια μιας σημειακής ιδιομορφίας μέσα από την οποία γεννήθηκε.
Επιπλέον εκείνη την περίοδο το Σύμπαν αναπτυσσόταν στα πλαίσια ένδεκα διαστάσεων, ενώ η Θεωρία της Σχετικότητας δεν ίσχυε λόγω της σχεδόν άπειρης καμπυλότητας του χωροχρόνου.
Τη χρονική στιγμή 10^-43 δευτερόλεπτα η βαρύτητα αποχωρίζεται και αποτελεί ξεχωριστή δύναμη. Από την χρονική στιγμή 10^-36 έως 10^-32 γίνεται ο διαχωρισμός της ισχυρής πυρηνικής (η οποία θα συνδέσει αργότερα τα σωματίδια των ατομικών πυρήνων).
Τη στιγμή της απελευθέρωσης της ισχυρής πυρηνικής συντελέστηκε αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη και μέσα σε ένα ελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, λόγω της τεράστιας πυκνότητας, το Σύμπαν διεστάλη πολύ περισσότερο από όσο έχει διασταλεί τα επόμενα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε μέχρι σήμερα.
Αμέσως μετά η Βαρύτητα άρχισε να επιβραδύνει τη διαστολή. Η πυκνότητα της ύλης ήταν ακόμη πολύ μεγάλη και ποσότητα μάζας ίση με αυτή της Γης μπορούσε να χωρέσει μέσα σε μια δακτυλήθρα. Η θερμοκρασία ήταν ακόμη πολύ υψηλή, ίση περίπου με 1026 Κ. Κατά την περίοδο αυτή οι επτά από τις ένδεκα υπάρχουσες διαστάσεις του χώρου «διπλώθηκαν στο εσωτερικό τους». Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «φαινόμενο συμπαγοποίησης».
Από τότε μέχρι σήμερα οι εξαφανισμένες αυτές διαστάσεις πρακτικά βρίσκονται φυλακισμένες στο εσωτερικό μικροσκοπικών χώρων διαστάσεων 10^-33 του εκατοστού και συνοδεύουν αόρατα κάθε σημείο των γνωστών και κατανοητών σε όλους μας διαστάσεων.
Συγχρόνως διαχωρίστηκαν από την ενότητα των δυνάμεων η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ασθενής πυρηνική. Από εκείνη τη στιγμή οι δύο αυτές δυνάμεις μαζί με την ισχυρή πυρηνική και τη βαρύτητα θα αποτελέσουν τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση.
Καθ' όλη τη διάρκεια της εποχής της ακτινοβολίας, που διήρκεσε περίπου 500.000 χρόνια, το Σύμπαν είχε τη μορφή μιας διαστελλόμενης πύρινης σφαίρας αλλάζοντας το χρώμα του από γαλάζιο και λευκό σε κιτρινωπό, πορτοκαλί και, τέλος, κόκκινο, καθώς η θερμοκρασία του συνεχώς πέφτει.
Θεωρούμε ότι στο τέλος αυτής της περιόδου και όταν η θερμοκρασία είχε πέσει στους 4.000 Κ, η πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας εξισώθηκαν σηματοδοτώντας μ' αυτόν τον τρόπο την έναρξη μιας νέας συμπαντικής εποχής, εκείνης της ύλης.
Ένα ακόμη σημαντικό γεγονός που συντελέστηκε κατά την εποχή αυτή ήταν η πλήρης αποδέσμευση της ακτινοβολίας από την ύλη, πράγμα που είχε ως τελικό αποτέλεσμα τα φωτόνια να κινούνται πλέον ελεύθερα κατά τρόπο ισότροπο και ομογενή. Σήμερα, πιστεύουμε ότι κατά την περίοδο εκείνη γεννήθηκε η ισότροπη ακτινοβολία μικροκυμάτων, που αντιστοιχεί σε ακτινοβολία μέλανος σώματος θερμοκρασίας 2,7 Κ, που προαναφέρθηκε.
Από τις συμπυκνώσεις αυτές δημιουργήθηκαν μετά από 3 δισεκατομμύρια χρόνια οι ραδιογαλαξίες και τα κβάζαρς και μετά από 8 δισεκατομμύρια χρόνια οι γαλαξίες. Τέλος, στο εσωτερικό των γαλαξιών από μικρότερες συμπυκνώσεις ύλης θα σχηματιστούν στη συνέχεια η πρώτη και κατόπιν η δεύτερη γενιά των αστέρων.
Όσον αφορά τις σύγχρονες απόψεις της Αστροφυσικής, η θεωρούμενη σταδιακή εξέλιξη του Σύμπαντος σηματοδοτείτε και καθορίζεται από συγκεκριμένα γεγονότα και καταστάσεις, που το οδήγησαν στη σημερινή μορφή του. Στη συνέχεια θα αναφέρουμε τα κύρια στοιχεία αυτών των συγκεκριμένων χρονικών περιόδων, προκειμένου να κατανοήσουμε ποιοτικά την εξελικτική πορεία του Σύμπαντος μέχρι σήμερα.
Εποχή του Planck
Χρονική στιγμή από 0 έως 10^-43 δευτερόλεπτα, κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης: η Βαρυτική, η ισχυρή Πυρηνική, η ασθενής Πυρηνική και η Ηλεκτρομαγνητική, παρουσιάζονται ενοποιημένες σε μία δύναμη. Η θερμοκρασία φθάνει τους 1032 Κ, η πυκνότητα τα 1094 gr/cm3, και η μάζα ήταν τόσο πυκνή ώστε ένα ολόκληρο σμήνος γαλαξιών θα είχε περίπου τις διαστάσεις ενός ατόμου υδρογόνου.Όλη η ενέργεια του Σύμπαντος έχει τη μορφή θερμότητας, ενώ η περίοδος αυτή έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον διότι κατά τη διάρκειά της η πυκνότητα της ενέργειας (θερμότητας), όσο και η καμπυλότητα του χώρου έτειναν προς το άπειρο. Αυτό σημαίνει ότι το Σύμπαν εξελισσόταν στα πλαίσια μιας σημειακής ιδιομορφίας μέσα από την οποία γεννήθηκε.
Επιπλέον εκείνη την περίοδο το Σύμπαν αναπτυσσόταν στα πλαίσια ένδεκα διαστάσεων, ενώ η Θεωρία της Σχετικότητας δεν ίσχυε λόγω της σχεδόν άπειρης καμπυλότητας του χωροχρόνου.
Εποχή της Μεγάλης Έκρηξης και της πληθωριστικής διόγκωσης
Τη χρονική στιγμή 10^-43 δευτερόλεπτα η βαρύτητα αποχωρίζεται και αποτελεί ξεχωριστή δύναμη. Από την χρονική στιγμή 10^-36 έως 10^-32 γίνεται ο διαχωρισμός της ισχυρής πυρηνικής (η οποία θα συνδέσει αργότερα τα σωματίδια των ατομικών πυρήνων).
Τη στιγμή της απελευθέρωσης της ισχυρής πυρηνικής συντελέστηκε αυτό που σήμερα ονομάζουμε Μεγάλη Έκρηξη και μέσα σε ένα ελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου, λόγω της τεράστιας πυκνότητας, το Σύμπαν διεστάλη πολύ περισσότερο από όσο έχει διασταλεί τα επόμενα 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια που πέρασαν από τότε μέχρι σήμερα.
Αμέσως μετά η Βαρύτητα άρχισε να επιβραδύνει τη διαστολή. Η πυκνότητα της ύλης ήταν ακόμη πολύ μεγάλη και ποσότητα μάζας ίση με αυτή της Γης μπορούσε να χωρέσει μέσα σε μια δακτυλήθρα. Η θερμοκρασία ήταν ακόμη πολύ υψηλή, ίση περίπου με 1026 Κ. Κατά την περίοδο αυτή οι επτά από τις ένδεκα υπάρχουσες διαστάσεις του χώρου «διπλώθηκαν στο εσωτερικό τους». Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται «φαινόμενο συμπαγοποίησης».
Από τότε μέχρι σήμερα οι εξαφανισμένες αυτές διαστάσεις πρακτικά βρίσκονται φυλακισμένες στο εσωτερικό μικροσκοπικών χώρων διαστάσεων 10^-33 του εκατοστού και συνοδεύουν αόρατα κάθε σημείο των γνωστών και κατανοητών σε όλους μας διαστάσεων.
Εποχή των αδρονίων
Χρονική στιγμή από 10^-32 έως 10^-5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία του Σύμπαντος ήταν 1012 Κ, και η πυκνότητα της ύλης προσέγγιζε τα 1014 gr/cm3. Σχηματίζονται τα πιο βαριά θεμελιώδη υποσωματίδια κουάρκ και αντικουάρκ. Αυτά αποτελούν τα μικρότερα γνωστά στοιχεία της ύλης, τα οποία στη συνέχεια συνέθεσαν τα αδρόνια και τα αντιαδρόνια, δηλαδή τα πρωτόνια - αντιπρωτόνια, νετρόνια - αντινετρόνια, υπερόνια - αντιυπερόνια και μεσόνια - αντιμεσόνια. Συγχρόνως διαχωρίστηκαν από την ενότητα των δυνάμεων η ηλεκτρομαγνητική δύναμη και η ασθενής πυρηνική. Από εκείνη τη στιγμή οι δύο αυτές δυνάμεις μαζί με την ισχυρή πυρηνική και τη βαρύτητα θα αποτελέσουν τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση.
Εποχή των λεπτονίων
Χρονική στιγμή από 10^-5 έως 5 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία έπεσε κατά πολύ, στους 6 × 109 Κ, οπότε δημιουργήθηκαν τα λεπτόνια και τα αντισωμάτιά τους, δηλαδή τα ηλεκτρόνια - αντιηλεκτρόνια και τα νετρίνα - αντινετρίνα.
Εποχή της ακτινοβολίας
Αμέσως μετά την εποχή των λεπτονίων άρχισαν να δημιουργούνται οι πρώτοι πυρήνες ατόμων. Κατά τη διάρκεια των επομένων 3,5 πρώτων λεπτών το 25% του αρχικού υλικού του Σύμπαντος είχε μετατραπεί σε πυρήνες ηλίου, ενώ το υπόλοιπο 75% βρισκόταν υπό μορφή πρωτονίων. Καθ' όλη τη διάρκεια της εποχής της ακτινοβολίας, που διήρκεσε περίπου 500.000 χρόνια, το Σύμπαν είχε τη μορφή μιας διαστελλόμενης πύρινης σφαίρας αλλάζοντας το χρώμα του από γαλάζιο και λευκό σε κιτρινωπό, πορτοκαλί και, τέλος, κόκκινο, καθώς η θερμοκρασία του συνεχώς πέφτει.
Θεωρούμε ότι στο τέλος αυτής της περιόδου και όταν η θερμοκρασία είχε πέσει στους 4.000 Κ, η πυκνότητα της ύλης και της ακτινοβολίας εξισώθηκαν σηματοδοτώντας μ' αυτόν τον τρόπο την έναρξη μιας νέας συμπαντικής εποχής, εκείνης της ύλης.
Εποχή της ύλης
Η περίοδος αυτή διήρκεσε μέχρις ότου η ηλικία του Σύμπαντος πλησίαζε τα 700.000 έτη, και η θερμοκρασία του έφθασε τους 3.000 Κ. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου συντελέστηκε το θαύμα της σύνδεσης πυρήνων και ηλεκτρονίων, το οποίο δημιούργησε τα άτομα υδρογόνου και ηλίου. Ένα ακόμη σημαντικό γεγονός που συντελέστηκε κατά την εποχή αυτή ήταν η πλήρης αποδέσμευση της ακτινοβολίας από την ύλη, πράγμα που είχε ως τελικό αποτέλεσμα τα φωτόνια να κινούνται πλέον ελεύθερα κατά τρόπο ισότροπο και ομογενή. Σήμερα, πιστεύουμε ότι κατά την περίοδο εκείνη γεννήθηκε η ισότροπη ακτινοβολία μικροκυμάτων, που αντιστοιχεί σε ακτινοβολία μέλανος σώματος θερμοκρασίας 2,7 Κ, που προαναφέρθηκε.
Αστρική εποχή
Είναι η τελευταία περίοδος της εξέλιξης του Σύμπαντός μας που διαρκεί μέχρι σήμερα. Το σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται, με επακόλουθο την ελάττωση της πυκνότητας και της θερμοκρασίας του. Η αρχική ομοιογένεια του σύμπαντος αρχίζει να διαταράσσεται από μικρές τοπικές συγκεντρώσεις ύλης, που λόγω των αμοιβαίων δυνάμεων βαρύτητας που αναπτύσσονταν τείνουν να μεγαλώσουν και να συμπυκνωθούν ακόμη περισσότερο. Από τις συμπυκνώσεις αυτές δημιουργήθηκαν μετά από 3 δισεκατομμύρια χρόνια οι ραδιογαλαξίες και τα κβάζαρς και μετά από 8 δισεκατομμύρια χρόνια οι γαλαξίες. Τέλος, στο εσωτερικό των γαλαξιών από μικρότερες συμπυκνώσεις ύλης θα σχηματιστούν στη συνέχεια η πρώτη και κατόπιν η δεύτερη γενιά των αστέρων.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου