Structura si evolutia Universului PDF Imprimare Email

Universul este tot ceea ce in mod  fizic exista, intreaga lume inconjuratoare , este  in permanenta miscare si transformare , nemarginit spatial si temporal si cuprinde  toate fortele, toate legile fizicii si constantele acesteia care le guverneaza,  precum si din toate materiile si alte forme de radiatii si energie.

Universul mai este denumit si Cosmos(din grecescul Kosmos=lume, univers ordonat), originea si evolutia sa constituind obiectul de studiu al Cosmologiei.
Problema originii si existentei universului in care ne aflam,  a preocupat, inca din inceputuri, pe oameni. Astfel, s-au realizat diverse ipoteze, dar cea mai plauzibila fiind cea a Big-Bangului, acesta ipoteza bazandu-se pe unele informatii obtinute prin observatii astro-fizice si pe cunostintele de fizica atomica si nucleara.
Se presupune ca universul s-a constituit cu 13,7 miliarde de ani in urma exploziei Big Bang. Dar Big Bangul nu a fost doar o simpla explozie, ci si o expansiune si dezvoltare a spatiului insusi. Fiecare parte a spatiului a participat la el.
De exemplu, partea spatiului ocupata de Terra, Soare si galaxia noastra era foarte calda si densa. Astronomii au detectat doua elemente care ar fi putut fi create numai de Big Bang: hidrogen si heliu in proportii de 75% respectiv 25%. In al doilea rand, noi putem detecta lumina ramasa din explozie. Aceasta lumina e vizibila datorita radiatiilor cosmosului. Ea se apropie  tot mai mult de Terra, din indepartate regiuni ale spatiului, calatorind milioane de ani lumina ca sa ajunga aici. Lumina nu este vizibila cu ochiul liber, ci cu ajutorul unor instrumente speciale. Intr-adevar,astronomii Arno Penzias si Robert Wilson au fost primii care au descoperit reflexiile Big Bangului. Apoi, In 1991, nava spatiala trimisa de NASA a capturat prima imagine a vechii lumini care venea din toate directiile cerului, confirmand astfel teoria exploziei.   
In urma acestei explozii, observatiile astro-fizice au dus la concluzia,  ca galaxiile se deplaseaza In spatiu, departându-se Intre ele. De asemenea, s-a constatat existenta, In Univers, a unor radiatii care pot fi detectate cu ajutorul unor instrumente speciale.
Conform aceastei teorii , toata materia existenta astazi In Univers era concentrata Intr-un corp mic, extrem de fierbinte, o ,,minge de foc’’. Materia era reprezentata prin particule elementare si antiparticule.
S-a produs o expansiune foarte rapida a acestei materii fierbinti, ca o imensa explozie. Ca urmare a expansiunii, materia se racea Incât, la dublarea volumului, se Injumatatea valoarea temperaturii.  
Astfel,s-a calculat ca la o secunda dupa marea explozie, temperatura materiei scazuse la circa 10 miliarde de grade, adica de aproape 1000 de ori mai mare decât este temperatura In interiorul Soarelui. Materia era alcatuita atunci din electroni si protoni, cu antiparticulele lor, dar si din neutroni.
Expansiunea si racirea au continuat si electronii s-au unit cu antielectronii, formând fotoni. In felul acesta, universul a devenit o sfera de lumina.
Dupa 100 de secunde de la marea explozie, protonii s-au unit cu neutronii, formând nucleul de hidrogen greu (deuteriu). Din acestea s-au format nucleele de heliu si alte elemente mai grele. Neutronii ramasi au dus la formarea nucleelor de hidrogen. Acest proces a durat câteva ore.
Expansiunea Universului a continuat Inca aproximativ un milion de ani, fara schimbari deosebite, ci doar o racire continua. In acest timp, temperatura a coborât la doar cateva mii de grade, Incât a Inceput formarea de atomi, prin unirea nucleelor cu electronii
Se considera Insa ca In unele parti ale Universului, expansiunea s-a Incetinit si acolo s-a concentrat materia, formând galaxii.
Atractia gravitationala a dus la comprimarea norilor de hidrogen si heliu, cu cresterea locala a temperaturii pâna la declansarea fuziunii nucleare. Aceasta a dus la cresterea din nou a temperaturii si la formarea stelelor. Ele au atras In jurul lor materia racita formând planete, asteorizi, meteoriti si comete.
In felul acesta s-a format Sistemul Solar In cadrul Galaxiei noastre. O aglomerare mare de materie a dus la formarea Soarelui, care este o stea. In jurul lui, s-au produs alte aglomerari de materie, mai mici, care au format planetele cu satelitii lor.
Si In prezent continua concentrarea materiei In corpuri mai mari. Astefel, unii asteroizi si meteoriti sunt atrasi si cad pe suprafata planetelor si satelitilor lor. Pamântul primeste o cantitate de aproximativ 100 000 de meteoriti In 24 de ore.  
Chiar daca pare bizar, insusi spatiul se extinde In continuare, In special vastele regiuni dintre galaxii. Conform teoriei lui Einstein, spatiul nu e doar pustiit; este real, flexibil si se poate Intinde.Notiunea ca spatiul este Intr-o continua dezvoltare este predictia lui Einstein amintita In teoria gravitatiei, o simpla, dar universala legatuta dintre spatiu, timp si materie.
In 1920, astronomul Edwin Hubble, prima data a observat ca distantele dintre galaxii se departeaza de noi, chiar cum se astepta Einstein, spatiul dintre galaxii crescând In volum.
Este oare universul nostru unic? Iata o Intrebare controversata.
Teoria inflationara a universului model ne spune ca universul In care traim nu este unic. Modelul inflationar prevede ca Big Banguri se produc In continuare In alte regiuni ale spatiului, iar alte teorii sugereaza ca acele locuri pot fi complet diferite de ale noastre si chiar legile naturii si numarul dimensiunii spatiului sa fie schimbate.
Aceasta parere, ca universul nu ar arata la fel ca In partea In care traim poate explica misterul despre universul nostru; De ce constantele si legile naturii sunt asa, ci nu altfel? De exemplu; de ce viteza luminii nu este mai rapida decât aceea pe care o are? De ce electronii sunt mai luminati decât protonii care orbiteaza In atom? Tot ce stim este ca aceste legi  fundamentale si constante au fost putin diferite când le-am pus In practica , iar viata cum o stim nu ar fi existat.
Inainte de Big Bang: Fizicieni moderni pot calcula marimea si densitatea universului cunoscut la orice timp din 13.7 milioane de istorie, de la marea explozie. Oamenii de stiinta sunt mândri de realizarile sale doar primele 10-43 secunde ramânând obscure .
Dar ce s-a Intâmplat Inainte de Big Bang ? Nimeni nu poate sti. Toata memorie acelei perioade este pierduta, totul este uitat. Aceea a fost o perioada atat de catastrofica instabilitate Incât nu se stie ce s-a Intâmplat Inainte. Noi probabil nu vom afla niciodata. Nu mai exista nicio informatie ramasa dinainte de Big Bang.
HDF ( the hubble Deep Field), eliberata In iunie 2003, a putut sa se uite Inapoi In urma cu 1 milion de ani dupa marea explozie, iar HUDF (The Hubble Ultra Deep Field) , eliberata In Martie 2004, a putut privi Inapoi cu doar 0,7 milioane de ani dupa Big Bang, apropiata de perioadele când galaxiile abia ce se formasera.
Universul este compus din energie neagra si materie neagra, amândoua având Intelesuri vagi In prezent. Doar 4% din univers este reprezentat de materia ordonata. Materia observabila este raspândita uniform prin univers ce isi pierde existnta la distante mai lungi de 300 milioane ani lumina. Materia observabila este de asemenea rapândita izotropical(isotropically), acest lucru Insemnând faptul ca nicio directie de observare nu se diferentieaza de celelalte; fiecare regiune a cerului are cam acelasi continut.
Densitatea prezenta din unviers este scazuta, cam 9.9×10-30g/cm3. 73 % o reprezinta energia neagra, 23% materie neagra rece si 4% materie ordonata. Proprietatile energiei negre si materiei negre sunt necunoscute. Materia neagra graviteaza ca o materie ordonata, si acestea Incearca sa Incetineasca expansiunea universului; In contrast, energia neagra accelereaza expansiunea.
Elementele chimice, In special cei mai luminosi atomi ca hidrogenul, deuteriu si heliu, par fi identice In univers si In istoria observabila. Universul pare sa aiba mai multa materie decât antimaterie, o posibila legatura cu observarea violarii CP. Universul pare sa nu aiba nicio Incarcatura electrica, si mai mult gravitatea pare sa fie factorul dominant In studierea cosmologiei.
Figura geometrica a universului. Relativitatea generala de asemenea prezice faptul ca Universul trebuie sa aiba o forma distincta, care sa depinda direct de cât de repede se extinde universul.(Constanta Hubble). Pentru a determina figura geometrica , trebuie ca doua raze de lumina paralele, Intotdeauna sa ramâna paralele una fata de cealalta.
Astfel, au existat trei optiuni pentru figura geometrica a universului: curbare pozitiva, curbare negativa si curbare 0.
Curbare pozitiva: Uiversul este considerat o sfera care se extinde pe zi ce trece dupa marea exlozie, dar cercetatorii au afirmat ca sfera are un volum finit, si când ea va atinge volumul maxim, se va produce o noua explozie.
Curbarea 0 : Un spatiu cu curbarea 0 este numit un spatiu uniform. Spatiul uniform nu este compact, spatiul se extinde la infinit In toate directiile, deci aceste optiuni reprezinta un univer deschis. Spatiul si timpul se extind permanent In timp.
Curbarea negativa : Cu o curbura negativa , spatiul are un volum infinit. Optiunile curburii negative reprezinta un Univers deschis.

Structura Universului

Universul este alcatuit din materie. Materia, ca realitate obiectiva, ni se dezvaluie prin simturi gasindu-se sub trei forme:

  • Substanta-caracterizata prin masa ;
  • Câmp-caracterizat prin energie ;
  • Timp-caracterizat prin directia bine definita de scurgere (desi la nivelul microuniversului s-ar putea ca timpul sa curga Im ambele directii).

Universul armonic

Dimensiuni

Tipul de materie

Universul armonic-5(Densitatea 5)

13,14&15(cunoscute de asemenea ca cele 3 lumini primare)

Antimaterie, care este lumina termo-plasmatic

Universul armonic 4(Densitatea 4)

10,11&12

Prematerie, care este lumina lichida hidroplasmatica

Universul armonic 3(Densi(tatea3)

7,8&9

Materie eterica

Universul armonic2 (Densitatea 2)

4,5&6

Materie fizica

Universul armonic 1(Densitatea 1)

1,2&3

Materie fizica groasa care este carbon de provenienta biologica

Materia din univers se prezinta sub doua forme esentilae:
- organizata In corpuri cosmice(stelele, planetele)
- neorganizata, ca praf cosmic si gaze interstelare
Corpurile cosmice nu sunt raspândite haotic In Univers , cum s-ar putea crede, ci sunt grupate In sisteme , de marimi si complexitati diferite. Astfel, corpurile cosmie reci, fiind mai mici, graviteaza In jurul unor stele, alcatuind sistemene planetare.
Materia interplanetra este formata din pulberi, molecule, atomi si particule subatomice.
Materia din Univers pe care o putem observa consista din stele, gaz fierbinte si alte lucruri care emit lumina, dar In ultimii ani s-a identificat si o materie invizibila In Univers. De exemplu, nu este suficienta materie vizibila sub forma de stele si gaz interstelar sa tina toate galaxiile In câmpul gravitational. 
In cadrul Universului, materia nu este repartizata uniform. Exista, pe de o parte, spattii care se caracterizeaza printr-o concentrare a materiei In diverse structuri cosmice, iar, pe de alta parte, imense zone In care aceasta este extrem de rarefiata.

Universul este alcatuit din:

  • Galaxii;
  • Stele, planete;
  • Nebuloase, gazoase;
  • Alte corpuri ceresti.

Galaxiile sunt cele mai cunoscute aglomerari de materie din univers. Ca structuri cosmice bine definite, sunt formate dintr-un numar foarte mare de stelesi din materie interstalara foarte rarefiata, reprezentata de gaze, pulberi si particule subatomice.
Intre numeroasele galaxii din Univers se sfla si Caleea Lactee( Calea Laptelui), din care face parte si planeta noastra. A fost numita astfel Intrucât se contureaza pe cer ca un brâu luminos. Calea Lactee contine peste 150 de miliarde de stele, aflate la distante enorme unele fata de celelalte.

 

Evolutia universului: De la Big Bang pâna In ziua de astazi, Universul a trrecut prin mai multe etape:


Timpul dupa ce a Inceput Big Bang

Temperatura In grade Kelvin

Raza universului

Evenimente

Big Bang-Era Plank

0 secunde

Infinita

0

Marea explozie a Inceput, iar spatiul si timpul au Inceput sa existe.

 

 

 

Era Plank-prezentul nostru-lungimea cuantului din univers era mai mare decât lungimea universului insusi.Universul era complet simetric

1×10-43 secunde

1032

10-35

In timpul Erei Plank, simetria se distruge. Gravitatia devine o forta distincta. Am intrat In era GUT. Aici avem limita cuantumului a relativitatii clasice generale

Era inflatiei

1×10-38secunde

1029

 

Limita interactiunii de perturbare-

1×10-35 secunde

1028

Universul intra Intr-o noua perioada numita ,,falsul vid’’

1×10-34 secunde

1027

Incepe inflatia

1×10-32 secunde

1027

Inceputul caldurii si sfârsitul inflatiei

Era quasarilor-pulsarilor

1×10-32 secunde

 

Era Electroweak Incepe

1×10-11 secunde

3×1015

Doua minute lumina

Sfârsitul erei Electroweak. Forta electro-slaba se Imparte In doua componente, forta nucleara slaba si forta electro-magnetica

2×10-7 secunde

2×1013

Lungimea aproximativa Sistemului Solar

Are loc anihilarea anti-tauon

 

1×1013

Densitatea energiei nu mai este suficienta pentru a crea quarks si astfel ei dispar din univers

1×10-6 secunde

12×1012

1,4 zile lumina

Densitatea enegiei nu mai este suficienta sa creeze protoni

7×10-5 secunde

3×1012

 

Anihilarea anti-muon

1/10 secunde

3×1010

Interactiunile slabe neutre au devenit prea Incete

1 secunda

1×1010

4 ani lumina

Interactiunile slabe  Incarcate  au devenit prea slabe si protonii cu neutronii au Inghetat

10 secunde

5×109

Anihilarea electronilor

Era Radiatiei

100 secunde

1×109

 

A Inceput formarea heliului, iar fotonii au capatat energie

200 secunde

8.4×108K

55 ani lumina

 

1000 secunde

4×108=400,000,000°K

 

S-a format litiu si beriliul.S-a terminat crearea heliului

3,000 ani

60,000°K

Densitatea materiei a devenit egala cu densitatea radiatiei

Era materiei

300,000 ani

3500°K

 

Univers transparent, se formeaza atomii si materia predomina

500,000 ani

3000°K

1,500,000 LY

Fotonii se despart

1 milion de ani

20°K

 

Universul Incepe sa se raceasca drastic , iar protonii si nucleii grei s-au format In urma nucleosintezei.Protonii se combina cu electronii si formeaza hidrogenul. Se formeaza galaxiile

Aprox. 2 milioane de ani

 

Se formeaza majoritatea elementelor chimice. Se formeaza gauri negre gigantice

7 milioane de aniani

Se formeaza Sistemul Solar

8.5 milioane de ani

Tera prinde viata

12 milioane de ani

2.726°K

Ziua de azi