Struktura wszechświata

Obecne badania naukowe nie potrafiÄ… podać górnych ograniczeÅ„ wielkoÅ›ci wszechÅ›wiata. Istnieje duże prawdopodobieÅ„stwo, że jego rozmiary sÄ… nieskoÅ„czone. Naukowcy potrafiÄ… podać jedynie jego dolne ograniczenie, które wynika z ekstrapolacji. Jest to zjawisko oddalania siÄ™ od nas najdalej zaobserwowanych obiektów. Te obserwacje pozwalajÄ… stwierdzić, że wszechÅ›wiat ma Å›rednicÄ™ co najmniej 93 miliardów lat Å›wietlnych. Åšrednica przeciÄ™tnej galaktyki dla porównania siÄ™ga rozmiarów 30 000 lat Å›wietlnych, natomiast przeciÄ™tna odlegÅ‚ość miÄ™dzy dwiema sÄ…siadujÄ…cymi galaktykami to 3 miliony lat Å›wietlnych.

Materia rozÅ‚ożona równomiernie w przestrzeni obserwowalna jest w skalach powyżej 300 000 000 lat Å›wietlnych. W skalach o mniejszych rozmiarach materia zgromadzona jest w hierarchicznej strukturze. Oznacza to, że atomy formuÅ‚ujÄ… siÄ™ w gwiazdy, gwiazdy skupiajÄ… siÄ™ w galaktyki, te z kolei gromadzÄ… siÄ™ w gromady i supergromady rozdzielone wÅ‚óknami nazywanymi „pustkami”.

Obserwowalna materia jest również rozÅ‚ożona izotropowo. Oznacza to, że w każdym kierunku jest jej mniej wiÄ™cej taka sama ilość materii. We wszechÅ›wiecie istnieje dodatkowo bardzo równomierne mikrofalowe promieniowanie odpowiadajÄ…ce równowadze termicznej ciaÅ‚a doskonale czarnego o temperaturze okoÅ‚o 2,725 kelwinów. Obecna Å›rednia gÄ™stość wszechÅ›wiata wynosi okoÅ‚o 9,9 × 10−30 gramów na centymetr szeÅ›cienny. Energia we wszechÅ›wiecie istnieje w wiÄ™kszej części w postaci ciemnej energii (70%) i ciemnej materii (20%). Jedynie 4% to materia barionowa, którÄ… jesteÅ›my w stanie bezpoÅ›rednio obserwować. GÄ™stość atomów we wszechÅ›wiecie wynosi Å›rednio jeden atom wodoru na cztery metry szeÅ›cienne. Badanie naukowe nie pozwalajÄ… jednak na dokÅ‚adne poznanie wÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci ciemnej materii i energii. Wiadome jest jednak że ciemna materia oddziaÅ‚uje grawitacyjnie tak jak zwykÅ‚a materia, spowalniajÄ…c ekspansjÄ™ wszechÅ›wiata, natomiast ciemna energia przyspiesza tÄ™ ekspansjÄ™.

NajdokÅ‚adniejsze obecnie oszacowanie wieku wszechÅ›wiata opiera siÄ™ na obserwacji promieniowania tÅ‚a przez sondÄ™ WMAP. WedÅ‚ug tych obserwacji wszechÅ›wiat ma 13,72±0,12 miliarda lat. Radiodatowanie podaje zgodne wyniki, choć mniej precyzyjne: 11,2-20 miliardów lat i 13-15 miliardów lat.

CzÄ™stotliwość wystÄ™powania pierwiastków we WszechÅ›wiecie jest prawie identyczna do tej, jaka byÅ‚a w momencie ich powstania, co oznacza że procesy tworzenia pierwiastków w gwiazdach i supernowych do tej pory tylko nieznacznie jÄ… zmieniÅ‚y. WszechÅ›wiat zawiera wielokrotnie wiÄ™cej materii niż antymaterii. Asymetria ta zwiÄ…zana jest z Å‚amaniem parzystoÅ›ci CP. WszechÅ›wiat zdaje siÄ™ nie posiadać sumarycznego Å‚adunku elektrycznego ani momentu pÄ™du. Ich wystÄ…pienie oznaczaÅ‚oby niezgodność z prawem Gaussa i zasady zachowania momentu pÄ™du, jeÅ›li wszechÅ›wiat jest skoÅ„czony.

Wedle wspóÅ‚czesnej wiedzy prawa fizyki, nie zmieniaÅ‚y siÄ™ od poczÄ…tku istnienia wszechÅ›wiata. W zgodzie z obowiÄ…zujÄ…cym obecnie Modelem Standardowym caÅ‚a materia skÅ‚ada siÄ™ z trzech generacji kwarków i leptonów, oddziaÅ‚ujÄ…cych poprzez cztery siÅ‚y podstawowe: elektromagnetyzm (przenoszony przez fotony), oddziaÅ‚ywanie sÅ‚abe (przenoszone przez bozony W i Z), oddziaÅ‚ywanie silne (przenoszone przez gluony) oraz grawitacjÄ™ (której mechanizm przenoszenia jest nam nieznany). Nie istnieje obecnie żadna teoria wyjaÅ›niajÄ…ca wartoÅ›ci staÅ‚ych fizycznych, takich jak staÅ‚a Plancka czy staÅ‚a grawitacji. Zaobserwowano kilka praw zachowania, którym podlegajÄ… wszystkie procesy we wszechÅ›wiecie: np. zasada zachowania energii czy zasada zachowania Å‚adunku elektrycznego. W wiÄ™kszoÅ›ci jednak  prawa  te sÄ… konsekwencjami symetrii praw fizyki.

Bibliografia:

1. Vademecum Matura 2009 Operon,  Stasiak Janusz, Zaniewicz Zbigniew
2. http://pl.wikipedia.org/wiki/Wszech%C5%9Bwiat
3. http://pl.wikipedia.org/wiki/Wielki_Wybuch
4. http://www.bryk.pl/teksty/liceum/fizyka/wszech%C5%9Bwiat_i_cia%C5%82a_niebieskie/15613-wielki_wybuch_czyli_powstanie_wszech%C5%9Bwiata.html
5. http://www.bryk.pl/teksty/liceum/fizyka/wszech%C5%9Bwiat_i_cia%C5%82a_niebieskie/15613-wielki_wybuch_czyli_powstanie_wszech%C5%9Bwiata.html
6. http://www.sciaga.pl/tekst/57455-58-wszechswiat_powstanie_i_budowa
7. http://wapedia.mobi/pl/Wszech%C5%9Bwiat
8. http://wapedia.mobi/pl/Wszech%C5%9Bwiat?t=4.
9. http://www.astronomia.biz.pl/czarnedziury.html

Autor: Karolina Kreczmańska