Физика от ЦЕРН (1): Ранната Вселена

Големият взрив 

През 1929 г. американският астроном Едуин Хъбъл открива, че разстоянията до далечните галактики са пропорционални на техното червено отместване. Червеното преместване се наблюдава, когато източникът на светлина се отдалечава от своя наблюдател: видимо дължина на вълната на светлината се увелича чрез ефекта на Доплер към червената край на спектъра. Наблюденията на Хъбъл показват, че галактиките се отдалечава от нас, като най-далечните галактики се отдалечат с най-големи скорости. Ако сега галактиките се отдалечават от нас, съгласно закона на Хъбъл, това означава, че в някакъв момент в миналото, те трябва да са били струпани близо една до друга.

Откритието на Хъбъл е първото доказателство в подкрепа на теорията за Големия взрив, като начало на Вселената, предложена от Жорж Льометр през 1927 г. Льометр предложил, че Вселената се разширява експлозивно от едно изключително плътно и горещо състояние и продължава да се разширява и днес. Последващите изчисления определят, че  Големият взрив е станал преди около 13,7 милиарда години. През 1998 два екипа от астрономи, работещи независимо в Бъркли, Калифорния, наблюдават, че свръхнови - експлодиращи звезди - се отдалечават от Земята с ускорени темпове. Наблюдаваното явление доказва, че Вселената се разширява ускорително. Това откритие им спечелва Нобелова награда за физика през 2011 г. (Nobel prize in physics in 2011).

Физиците са приемали, че материята във Вселената ще забави темпа на нейното разширяване; гравитацията в крайна сметка ще доведе до свиване на Вселената обратно към общ център (Голям срив). Въпреки, че теорията за Големия взрив не може да опише условията в самото начало на Вселената, тя може да помогне на физиците да опишат най-ранните моменти след началото на разширяването. 

Началото 

В първите мигове след Големия взрив Вселената е била изключително гореща и плътна. В процеса на нейното охлаждането се създават  условия необходими за раждането на градивните елементи на материята - кварките и електроните, от които всички ние сме направени. Няколко милионни части от секундата по-късно, кварките се свързват и образуват протони и неутрони. В рамките на минути, протоните и неутроните, се комбинират в атомни ядра. Докато Вселената продължава да се разширява и охлажда, процесите в нея протичат по-бавно. Необходими са били около 380 000 години за да бъдат хванати електроните в капана на орбитите около ядрата, образувайки първите атоми. Това са били предимно атомите на водорода и хелия, които все още и сега са най-разпространените елементи във Вселената. 1,6 милиона години по-късно, гравитацията започва да образува звезди и галактики от огромни газови облаци. По-тежките атоми, като въглерод, кислород и желязо, се произвеждат в ядрата на звездите и се изхвърлят във Вселена чрез зрелищни звездни експлозии, наречени свръхнови.

Звездите и галактиките обаче не разказват цялата история. Астрономическите и физични изчисления показват, че видимата материя е само една малка част (5%) от това, от което всъщност е направена Вселената. Много голяма част от Вселената (27%), е изработена от неизвестен вид материя, наречена "тъмна материя". За разлика от звездите и галактиките, тъмната материя не излъчва никаква светлина или други видове електромагнитни лъчения, така че можем да я открие само чрез нейните гравитационни ефекти.

На още по-загадъчната форма на енергия, наречена "тъмна енергия" се падат около 68% от общото масово-енергийно съдържание на Вселената. За нея се знае дори по-малко, отколкото за тъмната материя. Според съвременните теории именно тъмната енергия е причината за наблюдаваното ускорително разширяване на Вселената.

Източник: ЦЕРН