Elemencik cotygodniowa porcja wiedzy

Elemencik
Cotygodniowa porcja wiedzy

Kosmologowie od lat zastanawiają się, jaki jest wszechświat, i czemu właśnie taki się stał, z upływem wielu, wielu lat? Co tak go ukształtowało? Czy znamy już dziś odpowiedź?

Wyobraź sobie wczesny wszechświat, 100 miliardów galaktyk i 100 miliardów gwiazd w każdej z nich, ściśnięte w równomierny sposób do rozmiarów piłeczki pingpongowej, do tego ogromna temperatura, grawitacja i gęstość. Jednak gdyby nie ta równomierność, choćby kilka atomów więcej niż gdzie indziej i cały wszechświat zapadłby się w gigantyczną czarną dziurę.

Co tak go ukształtowało?

Część wyjaśnienia tej zagadki podał nam Ludwig Boltzmann XIX wieczny fizyk, którego odkrycia pozwoliły nam zrozumieć entropię. Entropia to losowość, nieuporządkowanie i chaos panujący w pewnych układach. We wszechświecie entropia, czyli stan nieuporządkowania rośnie. Stoi za tym strzałka czasu, czyli różnica pomiędzy przeszłością, a przyszłością :

– to że pamiętamy przeszłość, a nie przyszłość

– to że się rodzimy, żyjemy, a potem umieramy i to zawsze w takiej kolejności

To wszystko wynika ze wzrastającej entropii. Temperatura i gęstość wczesnego wszechświata, była wszędzie prawie taka sama. Wszechświat był równomierny co oznacza, że entropia była niska. Jednak Richard Feynman już 50 lat temu zadawał pytanie. Dlaczego entropia wczesnego wszechświata była w ogóle niska?

W 1998 roku odkryliśmy, że wszechświat nie tylko się rozszerza ale dodatkowo też przyśpiesza. Nie wiemy dlaczego ale mamy przynajmniej dobrą teorię ciemnej energii, która może to wyjaśnić. Zakłada ona, że przestrzeń ma swoją energię, która odsuwa od siebie galaktyki. Dodatkowo energii tej jest w każdym centymetrze sześciennym tyle samo co znaczy, że nie rozprasza się w miarę rozszerzania się wszechświata. Wynika z tego, że wszechświat będzie się rozszerzał wiecznie, czyli mamy prawie 14 miliardów lat przeszłości i nieskończoną przyszłość ale ograniczoną przestrzeń, ponieważ wszechświat przyśpiesza, więc jego części nigdy nie zobaczymy.

W latach 70 Stephen Hawking dowiódł, że czarna dziura w rzeczywistości promieniuje. Bardzo podobne obliczenia wykazały, że jeśli pustą przestrzeń wypełnia ciemna energia to cały wszechświat promieniuje i będzie to robił wiecznie, nawet pozbawiony materii.

Co z tego wynika?

Boltzmann w XIX wieku już to analizował i stwierdził, że mając do dyspozycji wieczność to każde ułożenie cząsteczek kiedyś się wydarzy, doprowadzając do konfiguracji o niskiej entropii i wytworzenia planety, gwiazdy, galaktyki albo 100 miliardów galaktyk. Carl Sagan powiedział kiedyś słynne zdanie „ aby zrobić szarlotkę, trzeba najpierw wymyślić wszechświat”. W scenariuszu Boltzmanna, który nie znał jeszcze teorii wielkiego wybuchu i myślał, że wszechświat jest odwieczny, gdybyśmy chcieli zrobić szarlotkę wystarczyłoby poczekać, aż przypadkowy układ atomów stworzy szarlotkę. Jednak jak zauważył Feynman, gdyby nasz porządek wynikał z takiego zaburzenia, nie spodziewalibyśmy się zobaczyć takiego porządku gdziekolwiek indziej. Wniosek – wszechświat nie może być takim zaburzeniem. Dodatkowo czas potrzebny, aby z losowych fluktuacji wyszło coś interesującego jest niewyobrażalnie dłuższy od wieku naszego wszechświata (13,8 mld lat).

Tak więc czemu wczesny wszechświat miał niską entropię?

Tego jeszcze nie wiemy. Chyba, że wielki wybuch nie jest początkiem wszechświata. Tak jak kura znosi jajko i nie dziwi nas jego konfiguracja niskiej entropii, tak nasz wszechświat może pochodzić od takiej wszechkury. Gdyby tak było zdarzałoby się tak wiele razy i bylibyśmy częścią znacznie większego wieloświata. Być może już natrafiliśmy na jego ślady dzięki wykrytym z początków wszechświata anomaliom mikrofalowego promieniowania tła, gdzie okazało się, że jedna z półkul jest chłodniejsza, a dodatkowo znaleziono jeszcze niespodziewanie dużą zimną plamę. Na razie jednak nie wiadomo jakie są przyczyny tych anomalii. Badania trwają.

Autor: Mateusz Grabarczyk, ELEMENTUM

Źródła:
https://pl.wikipedia.org/wiki/Wielki_Wybuch
„Nie mamy pojęcia: Przewodnik po nieznanym wszechświecie”- Jorge Cham
„Wszechświaty równoległe Powstanie wszechświata, wyższe wymiary i przyszłość kosmosu”- Kaku Michio