Zrod a vývoj vesmíru

Velký třesk George Gamow: V roce 1948 se pokoušel vysvětlit existenci stovek různých chemických prvků periodické soustavy, které nejsou vůbec samozřejmostí (ke slučování atomových jader je potřeba relativně velké množství energie). Teorii Velkého třesku popírá řada současných astrofyziků, jejich argumenty jsou ale spíše emocionální než věcné. Pokud bychom chtěli být přesní, neměli bychom hovořit o “Velkém třesku” ale o fyzikální singularitě. Podle nejnovějších fyzikálních představ se vesmír zrodil z ničeho. Přičemž i tato nicota je fyzikální pojem: HMOTA+ZÁŘENÍZÁŘENÍFYZIKÁLNÍ VAKUUM H>0 T>0 H=0 T>0 H=0 T=0 VývěvaVývěva MrazákMrazák

Fyzikální vakuum vlastnosti: obsahuje tzv. virtuální páry částic a antičástic, které neustále vznikají a zanikají (řídí se Heisenbergovým principem neurčitosti) a nulové elektromagnetické záření Heisenbergův princip neurčitosti pro fyzikální vakuum: Součin velikosti porušení zachování hmoty a energie krát doba, po níž toto porušení trvá, je menší než Planckova konstanta P= 6,6* J s. může se nacházet v různých fázích, tj. s různými hustotami „vakuové“ energie. Nejranější fyzikálně popsatelný stav vesmíru je tedy vysoce energetické fyzikální vakuum, ovládané tzv. supergravitací. Pro svou dokonalou souměrnost se však „třesk“ zatím neděje.. Samozřejmě, že falešné vakuum se snaží snížit svou energii a dostat se do skupenství, které bylo méně symetrické, a díky této snaze se vlastně rozběhne celý vesmír. Energie z vakua se uvolní porušením simetrie a nechá vzniknout látkám i polím vesmíru. Zařízení pro výzkum vakua:

Éry vývoje vesmíru

1. Inflace1. Inflace – gravitace se odděluje od GUT (síla velkého sjednocení). Při fázovém přechodu Fyzikálního vakua odstartoval proces expanze (objeveno Alanem Guthem). Hustota hmoty(energie) fyzikálního vakua kg/m3 klesla na téměř současných kg/m3. Všechny vzdálenosti se za s zvětšily krát. Inflace vysvětluje řadu faktů, například : Absenci prostorových defektů ve vesmíru, které by podle klasické představy měly být zcela běžné a po letech od počátku způsobit zpětné smrštění vesmíru. Konstantní průměrnou teplotu vesmíru 2,7 K s odchylkami Dokazuje reliktní záření. Křivost prostoročasu je téměř 0.(Jakýkoliv křivý povrch se po dostatečném roztažení narovná – např země je kulatá ale z našeho pohledu se nám zdá rovná jelikož jsme nesrovnatelně menší pozorovatelé. Lindeho bublinky – představuje fyzikální vakuum jako vřící pěnuplnou nestabilních bublinek z nichž může vzniknout více než jeden vesmír. 2. Hadronová éra – V čase 10^-10 s po třesku se vyčlenily všechny interakce jaké známe, takže další vývoj vesmíru můžeme lépe zkoumat např. v urychlovačích. V tomto období se z kvarků začínají tvořit systémy ze 2 nebo 3 kvarků = hadrony. Část se potom přeměňuje na nukleony(protony, neutrony,...) Vesmír se stává průhledným pro neutrina, kterých by měl být poměrně hojný počet, ale nikdo je zatím nepozoroval, vysvětlením může být skrytá hmota. 3.Leptonová éra – Od 10^-4 až do 10s byly nejrychlejší částice elektrony a pozitrony, které anihilovali na fotony záření gama -> dominující složka vesmíru

Éry vývoje vesmíru 3. Éra záření – Teplota dostatečně poklesla a umožnila protonům a neutronům slučovat se na na jádra těžkého vodíku(deuteria), srážky deuteria s dalším protonem nebo neuronem vedly k tvorbě jader lehkého helia(tralphia) nebo velmi těžkého vodíku(tritia). Z Tralphiua nebo tritia dále vzniká stabilní jádro heliha. Hustota vesmíru je srovnatelná s hustotou vody. Záření se rozptylovalo na volných elektronech, jako světlo v mlze, ovlivňovalo děj ve vesmíru. V době 10^5 let se začínají tvořit neutrální atomy a záření se vyvíjí odděleně od hmoty, éra záření končí, nastupuje éra látky. Reliktní záření Reliktní záření – relikt (pozůstatek) raného vesmíru. Objevili Arno Penzas a Robert Wilson v bellových laboratořích. Dnešní T= 2,7K. Z rozboru záření poměr fotonů a baryonů 10^9 : 1 –> to dokazuje, že v hadronové éře vzniklo o 1 částici navíc na každých 10^9 antičástic a anihilací vzniklo záření. Naměřené nepřesnosti ve stejnorodosti záření odpovídají předpokladům a jsou v řádu 10^-5 až 10^-6. Dokazuje inflační teorii –> není jiný způsob jak by vesmír mohl být všude „stejný“, ani za dobu života vesmíru by se všechny teploty nemohly vyrovnat, hmota dokonale promísit a prostoročas „narovnat“..

Reliktní záření – mapa teploty (družice COBE) Vyznačené oblasti se liší teplotou v řádu 10^-5 K

Reliktní záření – mikrovlnné záření Vyznačené oblasti se téměř neliší vlnovou délkou

Problém skryté hmoty Při měření hmotnosti vesmírných objektů dospěli vědci ke zjištění že dynamická a zářivá hmotnost se liší zpravidla až o řád. Z rotační křivky vychází hmotnost naší galaxie 10^12 M0 (hmotností slunce) Z hmotnosti podle přicházejícího záření pouze 2*10^11 M0 Pro soustavu s největší hmotností ve středu vypadá rotační křivka jako nepřímá úměrnost, pro soustavu rotující jako gramofonová deska(rovnoměrné rozložení) jako přímá úměrnost. Podle očekávání by se měla naše galaxie nacházet někde mezi těmito extrémy. Z rotační křivky je zřejmé, že centrum rotuje jako gram. deska (strmá přímá úměrnost), ale ve zbytku galaxie je rychlost téměř konstantní. Na okraji a za okrajem galaxie se tedy skrývá poměrně velké množství záhadné látky. Skrytá hmota 1.druhu(v galaxiích) můžou být temná tělesa, rovnoměrně rozptýlená v galaxiích, např. hnědí trpaslíci, černé díry. Skrytá hmota 2.druhu(v mezihvězdném prostoru) je mnohem záhadnější...nejde o baryony(z těch se utvořily galaxie) ani o mezony(krátká životnost), elektrony(převládla by elektromagnetická indukce nad graitační). Zbývají pouze kosmická neutrina, kterých je podle předpovědi inflační teorie neobyčejně vysoký počet. Dosud se ovšem myslelo, že klidová hmotnost neutrina je rovna nule, tudíž by neměli rotační křivky ovlivňovat.

Problém skryté hmoty Rotační křivky

Problém skryté hmoty Prostorové modelace rozložení temné látky:

Použité odkazy + literatura Weinberg, S.: První 3 minuty, MF Grygar, J.: Vesmír, jaký je, MF Barrow, J.: Teorie všeho, MF