Visuma evolūcija

Lielais Sprādziens: Saskaņā ar mūsdienu priekšstatiem, Visums radies jaudīgā sprādzienā.

Galaktiku un zvaigžņu veidošanās: No retināta ūdeņraža un hēlija veidojās zvaigznes un galaktikas.

Visuma modeļi: Visums var izrādīties gan galīgs, gan bezgalīgs.

Lielais Sprādziens

Ja Visums izplešas, tad var secināt, ka kādreiz tas ir bijis ļoti mazs un visas tā daļas atradušās cieši kopā. No mūsdienu teorijām izriet, ka Visums radies aptuveni pirms 10 līdz 15 miljardiem gadu. Precīzs Visuma vecums nav zināms, jo precīzi nav zināms Visuma izplešanās ātrums. Sākotnēji Visums bija niecīgs objekts ar neiedomājami lielu blīvumu un temperatūru. No rašanās mirkļa tas strauji, sprādzienveidīgi, izpletās, tādēļ šis process ir nosaukts par Lielo Sprādzienu. Visuma attīstībā ļoti svarīgi bija tā pastāvēšanas pirmie mirkļi (pat ne pirmās sekundes, bet niecīgas sekundes daļas) jo tie lielā mērā noteica Visuma attīstības turpmāko gaitu. Sākotnēji Visums sastāvēja tikai no elementārdaļiņām, vai to sastāvdaļām, starp kurām notika dažādas pārvērtības. Visumam izplešoties, tas pakāpeniski atdzisa un tā blīvums samazinājās. Desmit sekundes pēc Visuma izveidošanās tā temperatūra bija 5 miljardi °C, bet blīvums 10 miljoni kg/m3. Kad temperatūra pazeminājās tiktāl, ka kļuva iespējamas kodoltermiskās reakcijas, izveidojās divu pašu vieglāko ķīmisko elementu - ūdeņraža un hēlija atomu kodoli. Visums ieguva sākotnējo ķīmisko sastāvu, kas maz atšķiras no mūsdienu sastāva. Šajā brīdī no Visuma rašanās brīža bija pagājušas tikai pāris minūtes. Turpmākajos miljons gados Visums turpināja izplesties un atdzist, līdz tā temperatūra samazinājās līdz 4000 °C un ūdeņraža atomu kodoli piesaistīja elektronus. Viela kļuva caurspīdīga un starojums varēja brīvi pārvietoties visos virzienos. No šī brīža Visuma attīstībā iesākās pēdējais posms, kas turpinās arī mūsdienās un kurā viela “spēlē galveno lomu”.

Visuma evolūcijas posmi

Starojums, kas atdalījās no vielas, sāka eksistēt patstāvīgi. Visumam izplešoties, tā enerģija un temperatūra pakāpeniski samazinājās. Šo starojumu atklāja 1965. gadā un nosauca par reliktstarojumu. Tā atklāšana bija galvenais pierādījums tam, ka priekšstats par Visuma karsto sākumu ir pareizs. Mūsdienās reliktstarojuma temperatūra ir ļoti zema un tas ir novērojams radiodiapazonā. Reliktstarojums vienmērīgi aizpilda visu Visumu. Kaut arī reliktstarojuma fons ir ļoti viendabīgs, dažādos virzienos tomēr novērojamas nelielas temperatūras atšķirības, kas norāda uz to, ka agrīnajā Visumā pastāvēja apgabali ar nedaudz atšķirīgu blīvumu. Ja tādu nebūtu, tad būtu grūti izskaidrot, kā izveidojās novērojamā Visuma struktūra.

​

Pavadoņa COBE iegūtā reliktstarojuma karte. Zilā un sarkanā krāsa norāda temperatūras atšķirības par 0,0003 K. NASA attēls. 28,7 kb

Galaktiku un zvaigžņu veidošanās

Pēc tam Visums sadalījās atsevišķos gāzes mākoņos, kas sāka saspiesties gravitācijas spēka ietekmē. Šie mākoņi sadalījās fragmentos, no kuriem veidojās atsevišķas galaktikas, bet tajās savukārt veidojās zvaigznes. Kā tieši notika galaktiku veidošanās - tas nav līdz galam izpētīts, jo trūkst tiešu novērojumu, kas attiektos uz šo Visuma attīstības posmu, taču ir skaidrs, ka šajā procesā būtisku lomu spēlēja galaktiku vai to atsevišķu daļu (lodveida zvaigžņu kopu) gravitācijas mijiedarbība un saplūšana.

​

Mijiedarbojošos galaktiku grupa “Seiferta sekstets”. AURA/NOAO/NSF attēls. 44,6 kb

Lielā Sprādziena laikā radās milzīgs daudzums ūdeņraža un hēlija un pavisam niecīgs daudzums deitērija un litija. Tālākā ķīmisko elementu sintēze norisinājās zvaigžņu iekšienē, kur lielā karstumā un spiedienā no ūdeņraža sintezējās hēlijs un mazākā daudzumā citi ķīmiskie elementi: ogleklis, skābeklis, silīcijs, utt. Pašu masīvāko zvaigžņu dzīlēs nelielā daudzumā sintezējās arī par dzelzi smagāki elementi, kas pārnovu sprādzienos kopā ar zvaigznes apvalka vielu tika “izmētāti” kosmosā. Pēc tam no starpzvaigžņu vides, kas bija bagātināta ar zvaigznēs sintezētajiem ķīmiskajiem elementiem, veidojās jaunas zvaigznes un planētas.

Visuma modeļi

Visuma liktenis ir atkarīgs no tā, vai tas turpinās izplesties, vai arī sāks sarauties. Lai noteiktu, kā Visuma izplešanās turpināsies nākotnē, jāzina Visuma vidējais blīvums. Ja vidējais blīvums ir pietiekami liels, tad gravitācijas spēks apstādinās izplešanos un Visums sāks sarauties. Ja blīvums ir vienāds ar t. s. kritisko blīvumu (10^-26 kg/m3), tad izplešanās kļūs arvien lēnāka, līdz pēc bezgalīga laika apstāsies. Ja blīvums ir mazāks par kritisko, tad izplešanās turpināsies vienmēr. Diemžēl, precīzu atbildi, vai Visuma vidējais blīvums ir lielāks vai mazāks par kritisko, astronomija vēl nevar sniegt. Novērojamās matērijas vidējais blīvums ir 20 reižu mazāks par kritisko blīvumu. Taču Visumā acīmredzot pastāv slēptā masa, kuras daudzums var pārsniegt redzamās masas daudzumu vairāk nekā 10 reizes. Var teikt, ka astronomu skatienam ir pieejama tikai aisberga redzamā daļa, bet tā galvenā daļa ir paslēpta “dzelmē”. Visuma slēpto masu var veidot zvaigznes ar ļoti zemu starjaudu, vai retināta gāze, kas atrodas starpgalaktiku telpā, vai arī milzīgs daudzums elementārdaļiņu, ko sauc par neitrīno.

Trīs Visuma izplešanās variantu grafiks. Visums var izplesties visu laiku, vai arī sākt sarauties. I. Vilka zīmējums. 4,2 kb

Pagaidām nav arī atbildes uz jautājumu, vai Visums ir galīgs vai bezgalīgs, jo Visuma ģeometriskās īpašības ir atkarīgas no tajā ietilpstošās vielas daudzuma. Ja vielas blīvums pārsniedz kritisko blīvumu, tad Visums ir galīgs, noslēgts, kaut arī tam nav nekādas robežas. Kā analoģiju var iztēloties lodes virsmu, kas arī ir galīga, tomēr neierobežota. Vienīgi jāņem vērā, ka lodes virsma ir divdimensiju objekts, bet Visums – trīsdimensiju. Galaktiku skaits noslēgtā Visumā ir ierobežots. Ja vielas vidējais blīvums ir vienāds vai mazāks par kritisko, tad Visums ir bezgalīgs. Tas stiepjas bezgalīgi uz visām pusēm un tajā ir bezgalīgi daudz galaktiku.

Visuma modeļu salīdzinājums

Ja Visuma izplešanās turpināsies mūžīgi, tad pēc vairākiem simtiem miljardu gadu visas zvaigznes pārvērtīsies baltajos punduros, neitronu zvaigznēs vai melnajos caurumos. Zvaigznes lēni atdzisīs, pārvēršoties ķermeņos, kas neko neizstaro. Temperatūra visur izlīdzināsies un būs ļoti zema. Ja izplešanos nomainīs saraušanās, tad Visuma blīvums un temperatūra sāks pieaugt, un attālums starp galaktikām samazināsies, līdz Visums atkal sarausies gandrīz vienā punktā ar milzīgu blīvumu, līdzīgi, kā tas bija Lielā Sprādziena brīdī. Iespējams, ka ar to Visuma pastāvēšana arī beigsies, taču nav izslēgts, ka sāksies jauns izplešanās cikls, kurā Visuma īpašības var būt pavisam citādas.