12345678

W ten sposób doszliśmy do kwestii bardzo istotnej dla naszych rozważań: znane galaktyki i gwiazdy nie powstały w tym samym czasie, lecz różnią się swym wiekiem. Do tego dodajmy fundamentalny wniosek wynikający z klasycznych obserwacji Hubble'a: oto galaktyki oddalają się od nas z mierzalnymi prędkościami; możemy zatem mówić o nieustannej ekspansji, czyli rozszerzaniu się Wszechświata. Jaka jest jednak przyczyna owego procesu? Czy można opisać Wszechświat we wczesnych stadiach jego istnienia oraz przypuszczalny przebieg późniejszej ewolucji? Pytania te brzmią co najmniej frapująco, naszkicujmy zatem choćby zarys odpowiedzi.

Skoro galaktyki rozbiegają się w przestrzeni, wyobraźmy sobie proces odwrotny: cofnijmy się więc w czasie, śledząc stopniową redukcję rozmiarów Wszechświata. Czy to możliwe? Otóż w znacznym stopniu TAK, przede wszystkim na podstawie ogólnej teorii względności Einsteina oraz dzięki osiągnięciom współczesnej kosmologii. Dojdziemy w ten sposób do wniosku, że Wszechświat zaistniał 13,7 ± 0,2 mld lat temu, a jego początkiem - zgodnie z tzw. modelem standardowym - był Wielki Wybuch. Nie wiemy, co spowodowało ów akt, nie wiemy, jaki był jego przebieg. Pewien, bardzo zresztą mglisty obraz Wszechświata zarysowuje się dopiero w epoce Plancka, czyli w czasie rzędu 10-44 s po Wielkim Wybuchu. A jest to obraz doprawdy osobliwy: oto ówczesny Wszechświat, gdyby był rozpatrywany w przestrzeni kartezjańskiej, miałby promień ~ 10-33 cm, gęstość rzędu 1093 g/cm3 i temperaturę 1032 K, która odpowiada energii rzędu 1019 GeV (dla porównania - najpotężniejsze akceleratory umożliwiają dzisiaj uzyskanie energii rzędu 103 GeV). Nie istniały wtedy galaktyki ani gwiazdy, nie istniały też atomy ani ich podstawowe składniki (protony, neutrony, elektrony), nie mogły istnieć nawet kwarki... Wielki Wybuch był jednak przyczyną sprawczą ekspansji Wszechświata, którego rozmiary stopniowo rosły, a gęstość i temperatura malały. Potem nadeszła era h a d r o n o w a. Pominę domniemane drogi oraz szczegóły przebiegających w niej zjawisk, powiem tylko, że zaistniały wtedy między innymi protony i neutrony. A po upływie mniej więcej 0,001 s nastała era l e p t o n o w a. Trwała około 10 s; obok innych cząstek elementarnych zaliczanych do kategorii leptonów powstały wówczas elektrony.

Na początku ery p r o m i e n i o w a n i a Wszechświat był więc mieszaniną protonów, neutronów, elektronów oraz promieniowania elektromagnetycznego i neutrinowego. Już po kilku pierwszych minutach zaistniały warunki umożliwiające wychwyt neutronów przez protony; w ten sposób powstawały najprostsze jądra złożone - deuterony

Wychwytywały one kolejne neutrony i protony, przekształcając się w promieniotwórcze jądra trytu

oraz lekkiego izotopu helu

Skutkiem kolejnych przemian

było powstanie szczególnie trwałych jąder
4
2
He
.

Takimi zapewne drogami przebiegała nukleosynteza pierwotna. Jej zakończeniem, zgodnie z tzw. hipotezą abg (od nazwisk Alphera, Bethego i Gamova), mogłaby być przemiana

co wskazuje, że w ciągu mniej więcej pierwszej godziny zaistniały izotopowe jądra wodoru i helu oraz jądra litu o liczbie masowej 7. Czy w podobnych procesach mogły powstać jądra jeszcze bardziej złożone?

Odpowiedź na to pytanie jest zdecydowane negatywna. Zauważmy bowiem, że przebieg każdej następnej reakcji rozpocznie się wtedy, gdy w określonej przestrzeni nagromadzi się dostatecznie duża liczba wytworzonych wcześniej jąder; jąder, dodajmy, obdarzonych energią kinetyczną wystarczającą do pokonania coraz wyższych barier kulombowskich. A przecież Wszechświat nieustannie rozszerzał się, wychładzał, czyli rosły odległości między oddziałującymi obiektami, malała ich energia... Decydującą rolę odgrywał więc czas; to dlatego wiemy, że w warunkach nukleosyntezy pierwotnej nie istniały żadne szanse na wytworzenie jąder o liczbach masowych większych od 7. Jakie jest zatem pochodzenie pozostałych pierwiastków?

12345678
powrót na górę strony
Wykład
O istocie życia. Rozważania chemika
Strona
2/8
Autor
Wydział Chemii Uniwersytetu Warszawskiego
Kliknij nazwisko autora, aby zobaczyć notkę biograficzną w serwisie Nauka Polska