Korai világegyetem

Korai világegyetem

Planck-korszak

Ez a keletkezést követő t = 0 és t = 10-43 másodperc (egy tízmillió-billió-billió-billiomod másodperc) közötti időszak, ekkor a világegyetem még nem érte el a 10-35 méter (egy százmilliárd-billió-billiomod méter) átmérőt. Ezeket az elképzelhetetlenül kicsiny mennyiségeket a német Max Planck fizikusról nevezték el, aki 1900-ban felvetette az energia kvantáltságának a lehetőségét, és akit ezért máig a kvantummechanika atyjaként tisztelnek. 

Egybilliomod másodperc

A szubatomi részecskék formájában jelen lévő anyag és a fotonok  formájában jelen lévő energia folyamatos kölcsönhatásban álltak egymással. A világegyetem kellően forró volt még ahhoz, hogy a fotonok spontán módon anyag-antianyag részecskepárokká alakuljanak, amelyek szinte azonnal megsemmisítették, azaz annihilálták egymást, miközben energiájukat ismét foton formájában kisugározták.

Ezeket az átalakulásokat tökéletesen leírja Einstein leghíresebb egyenlete: E = mc², ami kétirányú utca, és megmutatja adott tömegű anyag energia-egyenértékét. Itt c² a fénysebesség négyzete – ez egy hatalmas nagy szám, és rámutat, hogy milyen hatalmas energiát képvisel még egy egész kicsiny tömeg is.

Nem sokkal az erős és elektrogyenge kölcsönhatások szétválása előtt, alatt és után a világegyetem nem volt más, mint kvarkok, leptonok, antikvarkok és anti leptonok, valamint az ezek közötti kölcsönhatásokat közvetítő bozonok fortyogó levese. Ezekről a részecske családokról ma úgy tudjuk, hogy tagjaik nem bonthatók kisebb, még elemibb egységekre, viszont mindegyik osztályba több különböző részecske tartozik.

A kvark-lepton korszakban a kvarkok szabadon mozogtak egymáshoz képest, annak ellenére, hogy az egészet kollektív kötés tartotta össze. Ezt a kvarkleves halmazállapotot először 2002-ben állították elő a New York-i Long Islanden működő Brookhaven National Laboratories kutatóintézet fizikusai. Elméleti alapon nagyon jó okunk van feltételezni, hogy a rendkívül korai világegyetemben volt egy rövid időszak (talán akkor, amikor éppen elkülönült egymástól két természeti kölcsönhatás), amíg erős aszimmetria uralkodott, melynek hála az anyag egész csekély mennyiségben (egymilliárd-egy az egymilliárdhoz arányban) felülkerekedett az antianyagon.

Egymilliomod másodperc

A világegyetem továbbra is gyorsan tágult és folyamatosam hűlt, és már meghaladta a mai Naprendszer méretét. A hőmérséklete pedig egyszer csak egybillió kelvin alá esett.

A szinte már csak langyosnak nevezhető világegyetem nem volt többé elég forró és sűrű ahhoz, hogy kvarkok „főhessenek” benne. Ekkor a szabad kvarkok mind táncpartnerek után néztek, és állandósult új nehéz részecskéket, úgynevezett hadronokat hoztak létre.

A hadron elnevezés a görög hadrosz szóból származik, ami azt jelenti, „sűrű”. A kvark-hadron átalakulás során protonok, neutronok, valamint egyéb egzotikusabb nehéz részecskék keletkeztek, melyek mindegyikét kvarkok különböző kombinációi alkotják. 

A világegyetem további hűlésével a fotonok energiája is egyre csökkent, és a küszöbérték alá esve nem tudtak többé újabb hadron-antihadron részecske- párokat kelteni. Az említett aszimmetria miatt minden egymilliárd annihilációból (ami tehát egymilliárd foton keletkezésével járt) visszamaradt egyetlenegy hadron. Ezek a páratlanul maradt részecskék jártak végül jól: ők alkotják azt az anyagot, amiből a ma ismert galaxisok, csillagok, bolygók és muskátlik felépülnek. egyre kevesebben. Az anyag és antianyag egyensúlyának egymilliárd az egyhez arányú megbomlása nélkül végül a világegyetem összes anyaga annihilálódott volna, a hátramaradó kozmoszban pedig csak fény lett volna és más semmi.

Egy másodperc

Egy másodperccel az Ősrobbanás után a Világegyetem már eléggé kitágult ahhoz, hogy hőmérséklete tízmilliárd Celsius-fok körülire csökkenjen. Ez körülbelül ezerszer akkora, mint a Nap belsejében uralkodó hőmérséklet, ilyen magas hőmérséklet csak a hidrogénbombák felrobbanásának pillanatában jön létre. Ebben az időben a Világegyetemnek legnagyobbrészt fotonokat, elektronokat és neutrínókat valamint ezek antirészecskéit kellett tartalmaznia, kevés protonnal és neutronnal elegyítve. Ezeknek a részecskéknek akkor még olyan óriási volt az energiájuk, hogy amikor összeütköztek egymással, számtalan különböző részecske-antirészecske párt hoztak létre.

Midőn a Világegyetem folyatta tágulását, és a hőmérséklet tovább esett, egyre ritkábbak lettek az olyan ütközések, ahol rendelkezésre állt az elektron-pozitron párok létrehozásához szükséges energia, sőt, már ritkábban következtek be, mint amilyen gyakorisággal ezek a párok egymással találkozva szétsugárzás útján megsemmisültek. Végső soron az elektronok és a protonok nagy része annihilálódott, ennek eredményeképpen több foton jött létre, és csak viszonylag kevés elektron maradt. A neutrínók és az antineutrínók ezzel szemben csak nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásra egymással és más részecskékkel, ezért közel sem képesek ilyen gyorsan annihilálni egymást. Ezeknek tehát még ma is jelen kell lenniük. Ha meg tudnánk figyelni őket, hatásosan tudnánk ellenőrizni a Világegyetem ősi korszakáról alkotott, fentebb vázolt képünk helyességét. Sajnos, Sok milliárd év elteltével energiájuk túlságosan kicsi ahhoz, hogy közvetlenül meg lessen figyelni őket (közvetett megfigyelésükre azonban lehet remény).

Száz másodperc

 Az Ősrobbanás után mintegy száz másodperccel a Világegyetem hőmérséklete egymilliárd fokra csökkent, ez annyi, mint a legforróbb csillagok magjában uralkodó forróság. Ezen a hőmérsékleten az úgynevezett erős kölcsönhatás játszott fontos szerepet. Az erős kölcsönhatás, rövid hatótávolságú vonzóerő, amelynek segítségével a protonok és a neutronok egymáshoz kapcsolódva atommagokat alkotnak. Elég magas hőmérsékleten a protonoknak és a neutronoknak elegendően nagy a mozgási energiájuk ahhoz, hogy ütközéseiket követően szabad és független részecskékként haladjanak tovább.

Egymilliárd fokon azonban már nincs elég energiájuk az erős kölcsönhatás vonzóerejének legyőzéséhez, ezért egyesülni kezdenek egymással, és deutériummagokat (nehézhidrogén-atommagokat) hoznak létre, ezek az atommagok egy protont és egy neutront tartalmaznak. Ezt követően a deutérium-atommagok újabb protonokkal és neutronokkal héliummagokká egyesülnek, amelyek két protonból és két neutronból állnak. Emellett csekély mennyiségben néhány nehezebb elem, a lítium és a berillium atommagjai is létrejönnek. Ki lehet számítani, hogy a forró-Ősrobbanás-modell szerint a protonok és neutronok körülbelül negyede egyesül héliummagokká, valamint kis mennyiségben deutériumnak és más nehezebb elemeknek is keletkezniük kell. A megmaradó neutronok protonokká bomlanak el, ami a közönséges hidrogénatom atommagja. 

Megosztás itt: facebook
Facebook
Megosztás itt: twitter
Twitter
Megosztás itt: email
Email