Dimenzió #20

Csillagnézők

(csillagászattörténet, csillagászat, űrkutatás, fizika, asztrofizika)

                                  PÁRKELTÉS

   A  fizikában  megkülönböztetünk  anyagot  és  antianyagot,  minden  anyag
részecskének  megvan  a  maga  ellentétpárja.  Ilyen  például  az  elektron-
pozitron,  proton-antiproton  stb. (Egyes részecskéknél a kettő megegyezik.)
Amennyiben   egy   részecske   és   egy   antirészecske   találkozik,   azok
megsemmisülnek, szétsugárzódnak, szakkifejezéssel annihilálódnak. A jelenség
fordítottja   is   elképzelhető:   egy   nagyenergiájú  sugárzás  részecske-
antirészecske  párt  kelthet  -  ezt  nevezik  párkeltésnek.  A Világegyetem
kezdeti  pillanataiban  a  magas  hőmérsékleten és nagy energiákon gyakoriak
voltak   a   párkeltések.   Minden   részecske   rendelkezik   egy  bizonyos
küszöbhőmérséklettel,  amelyet  ha  felfelé  átlépünk, adott időegység alatt
ugyanannyi  részecske-antirészecske pár keletkezik, mint amennyi megsemmisül
-  azaz  a párkeltés és az annihiláció egyensúlyban van. Éppen ezért a korai
állapotok   vizsgálatát   az   is   bonyolítja,   hogy  a  fenti  folyamatok
következtében   rendkívül   sok   részecske   volt  jelen,  amelyek  hevesen
keletkeztek  és semmisültek meg. Amint csökkent a hőmérséklet, sorban értünk
az  egyes  részecskék  küszöbhőmérséklete  alá,  ahol  az annihiláció jutott
túlsúlyra,   és   a   kérdéses   részecskék   megsemmisítették   egymást.  A
részecskefizika  egyes  törvényeinek  szimmetriasértő  mivolta következtében
valamivel  több  anyag  keletkezett,  mint  antianyag.  Ez  a kis többlet az
annihiláció  után  visszamaradt  - és ez alkotja ma többek között a Tisztelt
Olvasó testét is.

   A  fenti  ismeretek  fényében most már valóban megkezdhetjük az Univerzum
kezdeti   pillanatainak   rekonstruálását.   Sajnos   nem  indulhatunk  a  0
időponttól,  az  ősrobbanást  ugyanis  10^-43 másodpercnél jobban nem tudjuk
megközelíteni  két  tényező  miatt.  Egyrészt  ez a Planck-időtartam, ahol a
határozatlanság  elve  a  további kutatások útjába áll. (Bizonyos értelemben
létezik  legrövidebb  idő:  a Planck-idő, legkisebb méret: a Planck-méret és
legkisebb  tömeg:  a  Planck-tömeg.  Ezeknél kisebb egységek vizsgálatakor a
határozatlanság  elve  elmossa  a  tényeket,  jellemzőket.  Ahogyan  mondani
szokták: egy Planck-határ alatti Világegyetem létezése nem különbözik önmaga
hiányától.) Másrészt a 10^-43 másodpercnél korábbi állapotoknál, 10^94 g/cm3
sűrűség  felett  a kvantumgravitáció egyesített elméletére lenne szükségünk,
amelyet még nem alkottak meg.

   Ahogyan  tágult  a  Világegyetem és csökkent a hőmérséklete, sorra váltak
szét  az egyes kölcsönhatások. Elsőként a gravitációs kölcsönhatás vált le a
többitől,  ez  kb.  10^-43 másodperccel történt az ősrobbanás után. 10^-34 -
10^-35   másodpercnél   az   erős   kölcsönhatás  vált  szét  az  egyesített
elektromágneses  és  gyenge  kölcsönhatástól.  Ezt  a  különválást egy olyan
drasztikus  jelenség  követte,  amely  döntő  hatással  volt  a Világegyetem
későbbi  állapotára  -  ekkor kezdődött meg a felfúvódás időszaka (inflációs
korszak).  A  felfúvódási  időszak  során,  mint ahogyan azt az elnevezés is
mutatja,  az  egész  Világegyetem  robbanásszerű  táguláson  ment keresztül,
10^-32  -  10^-30  másodpercre  nagyságrendileg  10^50-szeresére  növekedett
térfogata.  Ekkor  a Világegyetem a fény sebességénél is sokkalta gyorsabban
tágult.  Az általános relativitás elmélete szerint sem anyag sem energia nem
terjedhet a fénynél nagyobb sebességgel. Itt azonban nem is mozogtak gyorsan
a  részecskék,  egyszerűen  a tér robbanásszerű tágulása vitte szét őket. (A
felfúvódás  bizonyos  értelemben egy folyadék túlhűtéséhez hasonlít, a vizet
is  nulla  fok  alá  tudjuk hűteni bizonyos körülmények között anélkül, hogy
megfagyjon.   A   Világegyetem  is  túlhűtött  állapotba  került,  majd  egy
fázisátmenet  szerű folyamat során olyan energiafelszabadulás történt, amely
robbanásszerű felfúvódáshoz vezetett.) Ekkor, a felfúvódás során keletkezett
a  Világegyetem anyagának legnagyobb része. A felfúvódás elmélete értelmében
az  egész  Világegyetem  mérete  sokkal  nagyobb,  mint  amekkora  részt  mi
láthatunk belőle.

   A   felfúvódás   elmélete   két   problematikus   tényezőre  ad  egyszerű
magyarázatot,  ezek  simasági-  és  horizontprobléma  néven  ismeretesek.  A
simasági  probléma  abból  adódik, hogy a Világegyetem anyagsűrűsége éppen a
kritikus  érték körül mozog, azaz geometriája a síkhoz van közel. Amennyiben
az   Univerzum  anyagsűrűsége  csak  kicsit  lenne  alacsonyabb  a  kritikus
értéknél,  az  a múltban olyan gyorsan tágul, hogy alig keletkezhettek volna
benne   galaxisok.  Amennyiben  sűrűsége  kissé  nagyobb  lenne  a  kritikus
értéknél,  nem  sokkal  keletkezése  után már vissza is zuhant volna. Ahhoz,
hogy  a  Világegyetem  geometriája  ennyire  közel  álljon  a  síkhoz,  mint
amennyire  azt  ma  megfigyelhetjük, nem sokkal az ősrobbanás után már ahhoz
rendkívül  közel  kellett  lennie. Ehhez, kb. 1 : 10^58 pontosságú beállítás
szükséges  10^-44  másodpercnél  -  azaz nagyon erősen meg vannak szorítva a
kezdő  feltételek,  amelyekből  ilyen Világegyetem keletkezhet. A felfúvódás
bizonyos  értelemben  kisimítja a Világegyetemet, és így megoldja a simasági
problémát.  (A  jelenséghez  hasonló az egyszerű folyamat, melynek keretében
rendkívül  nagyra  fújunk  egy  luftballont.  Annak  felülete egy rajta lévő
megfigyelő   szemszögéből   vizsgálva   egy   idő   után  már  nehezen  lesz
megkülönböztethető  a  síktól.  A  Föld  felszíne  is síknak tűnik, ha rajta
helyezkedünk   el.)   A   felfúvódás  előnye  tehát,  hogy  különböző  kezdő
feltételekből  a  megfigyelthez  hasonló  Világegyetemet  tud  létrehozni. A
horizontprobléma  az  alábbiakat  tartalmazza:  amennyiben  megvizsgáljuk  a
háttérsugárzás  intenzitás-eloszlását, azt rendkívül egyenletesnek találjuk,
még  az  ég  két  átellenben lévő pontján is. Az ősi Világegyetemben azonban
csak  azok  a  régiók  lehettek  egymással hőmérsékleti egyensúlyban, melyek
kapcsolatba  kerülhettek, kölcsönhathattak. A fény véges terjedési sebessége
miatt  ez  korlátozott méret, ezt nevezzük horizonttávolságnak. A felfúvódás
itt  is  enyhít  a kezdő feltételeken: a Világegyetem ma megfigyelhető része
valamikor   annyira   kis   térfogatú   volt,   hogy  belül  lehetett  saját
horizonttávolságán  - az egyensúlyban lévő részeket pedig a felfúvódás vitte
széjjel.

   10^-12  másodperccel az ősrobbanás után vált szét az elektromágneses és a
gyenge  kölcsönhatás. Amint hűlt a Világegyetem, fokozatosan jutott az egyes
részecskék  küszöbhőmérséklete  alá.  Ezek  egymást megsemmisítve sugárzássá
váltak,  és  az  antianyag  felett  kis többletben lévő anyag maradt fenn. A
hőmérséklet   csökkenésével   párhuzamosan   egyre   bonyolultabb  szubatomi
szerkezetek  épülhettek fel. Amikor egymilliárd fok alá hűlt az Univerzum (a
harmadik  perc  után  nem  sokkal),  az egy protonból és egy neutronból álló
deutérium  atommagok  már  egyben  maradhattak.  (A  héliummagokat létrehozó
fúziós   folyamatok   első   lépcsőfoka  a  deutériummag.)  Ekkor  az  egész
Világegyetem   egyetlen   csillagként   működött,  heves  fúziós  folyamatok
keretében   a  barionikus  ("normál")  anyag  25%-a  héliummagokká  alakult.
(Bővebben  lásd  "Az  elemek  keletkezése"  című  részt.) A nukleonszintézis
maximum  néhány percig tartott, majd ezután hosszú ideig semmilyen fontosabb
esemény  nem  történt.  Ezalatt  az  anyag és a sugárzás mindvégig rendkívül
szoros kölcsönhatásban és egyensúlyban volt egymással.

   A  helyzet  változatlan  maradt  egészen  300-500  ezer  évig,  amikor  a
hőmérséklet  4000-5000  K  körüli  érték  alá  nem  csökkent.  Ekkor  már az
atommagok elektronokat is megtarthattak, és így létrejött az atomos anyag. A
sugárzás   elvált  az  anyagtól,  a  Világegyetem  átlátszó  lett.  Ennek  a
sugárzásnak  a  hőmérséklete  a  továbbiakban  is a Világegyetem tágulásával
párhuzamosan  csökkent,  mára pedig elérte a 2,73 K-es szintet. Ezt nevezzük
kozmikus  háttérsugárzásnak,  amely arról tanúskodik, hogy a Világegyetemben
valamikor  hőmérsékleti  egyensúly  uralkodott.  A  szétválás  után az anyag
különböző formációkba kezdett csoportosulni - melynek gyümölcsét napjainkban
élvezzük.
Google
 
Web iqdepo.hu
    © Copyright 1996-2021
    iqdepo / intelligence quotient designing power - digitális kultúrmisszió 1996 óta
    All rights reserved. Minden jog fenntartva.