Fizyka
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
 Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Fizyka > Wielkie wykłady - Boska cząstka 
  Indeks
Wielkie wykłady
Dramatis personae
Niewidoczna piłka
nożna

Pierwszy fizyk cząstek
Interludium A:
Opowieść o dwóch
miastach

Poszukiwania atomu:
mechanicy

Dalsze poszukiwania
atomu: chemicy
i elektrycy

Nagi atom
Interludium B:
Tańczący mistrzowie
wiedzy tajemnej

Akceleratory: one
rozkwaszają atomy,
nieprawdaż?

Interludium C:
Jak w ciągu weekendu
złamaliśmy parzystość
i odkryliśmy Boga

A–tom!
I wreszcie Boska
Cząstka

Mikroprzestrzeń,
makroprzestrzeń
i czas przed
początkiem czasu

Mikroprzestrzeń/
makroprzestrzeń

Akcelerator z
nieograniczonym
budżetem

Teorie takie i siakie
GUT-y
Susy
Superstruny
Płaskość i ciemna
materia

Charlton, Golda i Guth
Inflacja i cząstka
skalarna

Przed początkiem
czasu

Powrót Greka
Do widzenia
Koniec fizyki?
Obowiązkowe boskie
zakończenie
  Źródło
Leon Lederman,
Dick Teresi

BOSKA CZĄSTKA
Jeśli Wszechświat jest odpowiedzią, jak brzmi pytanie?

Przełożyła Elżbieta
Kołodziej-Józefowicz


  Akcelerator z nieograniczonym budżetem
 
Akcelerator z nieograniczonym budżetem
 
I
nny wielki sukces modelu Wielkiego Wybuchu wiąże się ze składem chemicznym naszego Wszechświata. Można sobie myśleć o  świecie jako o  tworze złożonym z  powietrza, ziemi, wody (ogień pominę) i  tablic reklamowych, ale jeśli spojrzymy w  górę przez teleskop wyposażony w  spektroskop, znajdziemy głównie wodór i  hel. Pierwiastki te stanowią 98 procent Wszechświata. Na pozostałe dwa procent składa się dziewięćdziesiąt kilka pierwiastków. Dzięki teleskopowi ze spektroskopem znamy względne obfitości lżejszych pierwiastków. I  proszę! Teoretycy Wielkiego Wybuchu mówią, że są one dokładnie takie, jakich się należało spodziewać. A  oto skąd to wiemy.
       Prenatalny Wszechświat zawierał w  sobie całą obecnie obserwowaną materię: około stu miliardów galaktyk, a  w  każdej sto miliardów słońc (słyszysz głos Carla Sagana?). Wszystko, co dziś widzimy, było ściśnięte do wielkości znacznie mniejszej niż główka szpilki. To dopiero ciasnota! Temperatura świata wynosiła wtedy 1032 kelwinów, znacznie więcej niż dzisiejsze 3  kelwiny. W konsekwencji materia występowała w  postaci swych najbardziej pierwotnych składników. Nie bez pewnej dozy prawdopodobieństwa możemy wyobrażać sobie młody Wszechświat jako gorącą zupę, która składała się z  kwarków i  leptonów (czy czegokolwiek innego, co te cząstki mają w  środku, jeśli w  ogóle coś mają) zderzających się ze sobą z  energiami sięgającymi 1019 GeV, czyli bilion razy większymi niż najpotężniejszy akcelerator, jaki możemy sobie wyobrazić. W  tak mikroskopowej skali grawitacja srożyła się jako potężna (choć dziś słabo rozumiana) siła.
       Po tym efektownym początku nastąpiło rozszerzanie się i  stygnięcie. W  miarę jak Wszechświat stygł, zderzenia stawały się coraz mniej gwałtowne. Kwarki zaczęły się zlewać w  protony, neutrony i  inne hadrony. Przedtem jakikolwiek związek tego typu rozpadłby się pod wpływem gwałtownych zderzeń, ale świat stygł niepowstrzymanie i  zderzenia stawały się coraz delikatniejsze. Gdy świat miał trzy minuty, był już dostatecznie chłodny, by protony i  neutrony zaczęły się łączyć w  trwałe jądra. Nastąpił okres nukleosyntezy, a  ponieważ dysponujemy sporą wiedzą z  zakresu fizyki jądrowej, potrafimy obliczyć względne obfitości powstałych wtedy pierwiastków chemicznych. Były to przede wszystkim jądra najlżejszych pierwiastków – cięższe wymagają dłuższego gotowania we wnętrzu gwiazd. Oczywiście, atomy (jądro wraz z  elektronami) powstały dopiero wtedy, gdy temperatura spadła już dostatecznie, aby elektrony mogły ulokować się wokół jądra. Odpowiednia temperatura zapanowała 300 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu; do tej chwili atomy nie istniały i  chemicy byli niepotrzebni. Kiedy już pojawiły się neutralne atomy, fotony mogły zacząć poruszać się bez przeszkód i  dlatego właśnie informacja niesiona przez mikrofalowe fotony pochodzi z  tak późnego okresu.
       Nukleosynteza to wielki sukces: obliczone ilości dokładnie pokrywają się ze zmierzonymi! Ponieważ obliczenia opierają się na mieszance fizyki jądrowej, oddziaływania słabego i  warunków panujących we wczesnym Wszechświecie, taka zgodność stanowi bardzo mocny argument na rzecz teorii Wielkiego Wybuchu.
       Opowiadając tę historię wyjaśniałem jednocześnie związek między mikroświatem i  makroświatem. Wczesny Wszechświat nie był niczym innym, jak laboratorium akceleratorowym z  nieograniczonym budżetem. Aby budować modele ewolucji Wszechświata, astrofizycy chcą jak najwięcej wiedzieć o  oddziaływaniach, kwarkach oraz leptonach. I, jak podkreślałem w  części Akceleratory..., fizycy cząstek elementarnych otrzymują dane z  tego Wielkiego Eksperymentu Bogini. Choć jeśli mówimy o  okresie sprzed 10–13 sekundy od stworzenia, mamy znacznie mniejszą pewność co do tego, jakie wówczas panowały prawa przyrody.
       Niemniej z  biegiem lat coraz lepiej rozumiemy teorię Wielkiego Wybuchu i  ewolucję Wszechświata. Obserwacji dokonujemy teraz, 15 miliardów lat po fakcie. Informacje, które obijały się po świecie przez niemal cały ten okres, od czasu do czasu trafiają do naszych laboratoriów. Korzystamy także z  pomocy modelu standardowego i  danych pochodzących z  akceleratorów, które go potwierdzają, a  nawet próbują rozszerzyć. Jednak teoretycy się niecierpliwią: brak im niepodważalnych danych dotyczących energii panujących we Wszechświecie, który liczył sobie 10–13 sekundy. Astrofizycy chcą poznać prawa przyrody działające nawet jeszcze wcześniej, więc domagają się, by teoretycy zakasali rękawy i  pisali artykuły: o  Higgsie, unifikacji, o  tym, czy kwarki mają jakieś cząstki składowe, i  o  mnóstwie spekulatywnych teorii, które wykraczają poza model standardowy. Mają nadzieję, że w  ten sposób powstanie doskonalszy opis przyrody i  otworzy się droga do zrozumienia Wielkiego Wybuchu.
góra strony
poprzedni fragment następny fragment
Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach