Da li ste znali da su sve materije u vašem organizmu milijarde godina stare? Prema većini astrofizičara, sva materija koja se nalazi danas u svemiru – uključujući i materiju u ljudima, biljkama, životinjama, zemlji, zvezdama i galaksijama – nastala je u prvom trenutku vremena, smatra se pre oko 13 milijardi godina.
Svemir je nastao, naučnici veruju, kao ogromna količina energije zaglavljena u veoma malom prostoru. Ova izuzetno gusta tačka eksplodirala je sa nezamislivom silom, stvarajući materiju i izbacujući je napolje da bi stvorila milijarde galaksija našeg ogromnog univerzuma. Astrofizičari su nazvali ovu veličanstvenu eksploziju Veliki Prasak.
Veliki Prasak ne liči ni na jednu eksploziju kakvu možete videti na zemlji danas. Na primer, eksplozija atomske bombe, u čijem se centru registruje otprilike 100 miliona stepeni celzijusa, kreće se kroz vazduh brzinom oko 300 metara u sekundi. Nasuprot tome, astrofizičari veruju da je Veliki Prasak izbacio svoju energiju u svim pravcima brzinom svetlosti (300 miliona metara u sekundi) milion puta brže od atomske bombe i procenjuju da je temperatura čitavog svemira bila 100 triliona stepeni celzijusa neposredno pre eksplozije. Čak su i jezgra najtoplijih zvezda u današnjem svemiru mnogo hladnija od toga.
Postoji još jedna važna osobina velikog praska koja ga čini jedinstvenim. Dok se eksplozija izrađenih bombi širi kroz vazduh, Veliki Prasak se nije širio kroz bilo šta. To je zato što početkom vremena nije bilo prostora! Umesto toga fizičari veruju da je Veliki Prasak stvorio i istezao sam prostor, šireći svemir.
Hlađenje i širenje svemira
Kako se rani svemir hladio, materija proizvedena u velikom prasku se okupljala uz zvezde i galaksije. Kratak trenutak nakon velikog praska ogromna toplota je stvorila uslove koji ne liče ni na jedne uslove koje astrofizičari mogu videti danas u svemiru. Dok su današnje planete i zvezde sastavljene od atoma elemenata kao što su vodinik i silicijum, naučnici veruju da je u tadašnjem univerzumu bilo isuviše toplo za bilo šta sem najosnovnijih čestica – kao što su kvarkovi i fotoni.
Ali kako se svemir brzo širio, energija velikog praska je postala sve više „razvodnjena“ u prostoru, što je izazvalo hlađenje univerzuma. Otvaranje pivske boce ima otprilike sličan efekat hlađenja i širenja gasa: gas, jednom zatvoren u boci, širi se u vazduh i temperatura piva opada.
Brzo hlađenje omogućilo je materijama kakve poznajemo da formiraju svemir, iako fizičari i dalje pokušavaju da shvate tačno kako se ovo dogodilo. Otprilike u desetom milisekundi posle velikog praska, nastali su protoni i neutroni i u roku od nekoliko minuta ove čestice su se spojile formirajući atomska jezgra, uglavnom vodonik i helijum. Stotinama hiljada godina kasnije elektroni su se spojili sa jezgrom kako bi se atom kompletirao. Oko milijardu godina posle velikog praska gravitacija je naterala ove atome da se okupe u ogromne oblake gasa, formirajući kolekcije zvezda poznate kao galaksije. Gravitacija je sila koja privlači objekte sa masom jedne prema drugima – ista sila koja izaziva da lopta bačena u vazduh padne ponovo na zemlju.
Odalke dolaze planete kao što je zemlja?
Preko milijardu godina zvezde su „kuvale“ atome vodonika i helijuma u svojim jezgrima stvarajući teže elemente kao što su ugljenik i kiseonik. Velike zvezde eksplodiraju tokom vremena, izbacujući ove elemente u prostor. Ove materije se onda kondenzuju u zvezdama, planetama i satelitima koje čine solarne sisteme kao što je naš.
Kako znamo da se Veliki Prasak desio?
Astrofizičari su pronašli veliki broj ubedljivih dokaza u poslednjih sto godina koje podržavaju teoriju velikog praska. Jedan od ovih dokaza je i činjenica da se svemir širi. Posmatrajući svetlos koje emituju daleke galaksije, naučnici su otkrili da se ove galaskije ubrzano udaljavaju od naše galaksije, Mlečnog Puta. Eksplozija kao što je Veliki Prasak, koja je emitovala materiju iz početne tačke ogromnom brzinom, objašnjava ovu pojavu.
Drugo kritično otkriće bilo je pronalazak niskog nivoa mikrotalasa širom prostora. Astronomi veruju da su ovi mikrotalasi, čija je temperatura otprilike -270 stepeni celzijusa, ostaci ekstremno visoko temperaturne radijacije prouzrokovane Velikim Praskom.
Interesantno, astronomi mogu dobiti ideju koliko je topao univerzum bio gledajući različite oblake gasova kroz teleskope ogromne jačine. Pošto svetlost putuje od ovih oblaka po milijardu godina, mi vidimo ova tela onako kako su izgledala milijardama godina ranije. I zaista, ovi drevni oblaci gasa su mnogo topliji nego današnji, mlađi oblaci, bliži nama.
Naučnici su takođe uspeli da podrže teoriju velikog praska merenjem relativne količine različitih elemenata u svemiru. Otkrili su da se svemir sastoji od otprilike 74% vodonika i 26% helijuma, dva najlakša elementa po masi. Svi ostali teži elementi – uključujući uobičajne elemente na zemlji, kao što su ugljenik i vodonik – čine samo mali deo celokupne materije u prostoru.
I kako ovo dokazuje bilo šta o velikom prasku? Naučnici su pokazali, koristeći teorijske proračune, da bi se ovakvi procenti mogli pojaviti samo u univerzumu koji je počeo u veoma toplom i gustom stanju, a onda se brzo hladio i širio. Ovo je upravo vrsta univerzuma koju teorija Velikog Praska predviđa.
CERN i Veliki Prasak
U prvih nekoliko minuta posle velikog praska svemir je bio daliko topliji – milijardama, milijardama i milijardama stepeni topliji – nego bilo gde danas u svemiru. Ova toplota je česticama materije u ranom svemiru dala ogromnu količinu energije, omogućavajući im da se ponašaju na mnogo drugačiji način od čestica koje se pojavljuju u svemiru danas. Na primer, Čestice su se tada kretale mnogo brže i sudarale jedna sa drugom sa mnogo većom energijom.
Ako ovi uslovi više ne postoje, kako onda naučnici proučavaju ponašanje materije u ranom svemiru? Jedan od najmoćnijih alata za ovakve analize je akcelerator čestica. Ovaj uređaj omogućava fizičarima da rekonstruišu uslove neposredno posle velikog praska tako što proizvodi snop čestica koje se brzo kreću i spaja ih u visokoenergetskim sudarima.
Istraživači iz CERN-a koriste akcelerator nazvan Veliki Hadronski Sudarač (LHC) da ubrzaju subatomske čestice zvane protoni blizu brzine svetlosti. Ovo je brzina za koju naučnici veruju da su se ove čestice kretale u trenucima posle velikog praska. Posmatrajući ponašanje ovih protona CERN-ovi fizičari se nadaju da će bolje razumeti kako je Veliki Prasak stvorio univerzum.
Koja je sudbina univerzuma?
Teorija velikog praska postavlja neka veoma važna pitanja o osnovnoj prirodi svemira: Da li će se širenje svemira, pokrenuto Velikim Praskom, nastaviti zauvek? Ili će gravitacija zaustaviti širenje na kraju dovesti do toga da se sva materija vrati u jednu tačku?
Naučnici još uvek neznaju odgovore na ova pitanja ali eksperimenti u oblasti fizičke teorije čestica, kao što su eksperimenti akceleracije u CERN-u, mogu ponuditi neke dalje putokaze. Razumevanjem od čega se sastoji materija i kako se ponaša nam pomaže da shvatimo materiju u našem svemiru – planete, zvezde, galaksije – i kako će se ponašati milijardama godina unapred.
