ΧΟΡΗΓΟΙ

Θ


  Θερμοκρασία - Θερμοκρασία Ηλίου - Θεωρία Einstein και Καθιερωμένο Μοντέλο - Θεωρία του Big Bang. (Η) - Θεωρίες για την προέλευση και την εξέλιξη του Σύμπαντος


 

 

Θερμοκρασία

 

      Θερμοδυναμική ιδιότητα ενός σώματος που σχετίζεται με την κοινή αίσθηση του πόσο ζεστό ή κρύο είναι ένα σώμα. Είναι μέτρο της μέσης κινητικής ενέργειας των σωματιδίων που αποτελούν το σύστημα.

      Η κλίμακα Κελσίου είναι διαδεδομένη σε καθημερινή χρήση, ενώ στην Αστρονομία, όπως και γενικά στην επιστήμη, χρησιμοποιείται η κλίμακα Κέλβιν που έχει την ίδια μονάδα με την κλίμακα Κελσίου, αλλά διαφορετικό σημείο μηδέν.

      Η χαμηλότερη θερμοκρασία στο σύμπαν είναι η -273,16 βαθμοί Κελσίου, ή μηδέν Κέλβιν δηλαδή το απόλυτο μηδέν. Αντιθέτως, δεν υπάρχει άνω όριο.

 

 

 

 

 

 

 


 

Θερμοκρασία Ηλίου

 

      Για να γίνει περισσότερο αντιληπτός ο τρόπος υπολογισμού της θερμοκρασίας του Ηλίου θα πρέπει να φανταστεί κανείς μία σφαίρα της οποίας κέντρο να κατέχει ο ήλιος και η ακτίνα της να είναι ίση με την απόσταση Γης - Ηλίου. Πράγματι σε μια τέτοια σφαίρα η συνολική της επιφάνεια θα είναι ίση προς 2,826 Χ 1027 cm2. Επειδή όμως η συνολική επιφάνεια του Ηλίου ισούται με 6093 Χ 1019 cm2 βρίσκουμε ότι αυτή είναι μικρότερη της επιφανείας της υποθετικής κατά 46.381 φορές.

      Επομένως σε κάθένα cm2 της ηλιακής επιφάνειας αντιστοιχούν 46.381 cm2 της γήινης.
      Εξ αυτού προκύπτει ότι η αντιστοιχούσα ενέργεια σε κάθε cm2 της ηλιακής επιφάνειας είναι ίση προς 1,94 Χ 46.381 = 89.979 θερμίδες.
      Συνεπώς από κάθε cm2 ηλιακής επιφάνειας ακτινοβολούνται 90.000 θερμίδες περίπου.
      Με βάση τα παραπάνω δεδομένα βρίσκεται ότι η θερμοκρασία στην επφάνεια του Ήλιου φθάνει τους 6000° C περίπου.
      Εξ άλλου στο εωτερικό της ηλιακής σφαίρας όπου η θερμοκρασία αυξάνει συνεχώς προς ο κέντρο υπολογίζεται ότι ανέρχεται στους 14 Χ 106 βαθμούς.    <---επιστροφή

 


 

Θεωρία Einstein και Καθιερωμένο Μοντέλο

 

      Η θεωρία του Einsteinγια τη βαρύτητα, από την οποία ξεκίνησε η θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης (Big Bang) και των μαύρων οπών, έχει υποβληθεί σε πολύ αυστηρές δοκιμασίες και πέρασε με επιτυχία στις εξετάσεις αυτές. Σε μια πρόσφατη έκδοση (Οκτώβριος 2000) του Physics Today, αστρονόμοι από το Χάρβαρντ, MIT, και το Παρατηρητήριο Haystack ανηγγειλαν υπερήφανα ότι είχαν επιβεβαιώσει τη θεωρία του Einstein μέ μια καταπληκτική ακρίβεια 0.04%,   με τη μέτρηση της κάμψης των ραδιο-κυμάτων από το κβάζαρ 3C279 κοντά στην άκρη του ορατού μας Κόσμου.

      Αλλά υπάρχει κάποια ειρωνεία σε αυτήν την ανακοίνωση. Ενώ όμως οι επιστήμονες χαιρετίζουν τις συνεχώς ακριβέστερες δοκιμές της θεωρίας του Einstein για τον στρεβλωμένο χωρόχρονο, ο ίδιος ο Einstein ήξερε ότι η θεωρία του, δεν μπορούσε να προβλέψει τη στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης. Η θεωρία του δυστυχώς είχε ξύλινα πόδια.

      Από την άλλη μεριά, όμως ο Rossi X-ray Timing Explorer(RXTE), ένας δορυφόρος της NASA που εντοπίζει πηγές ακτίνων Χ στο μακρινό Διάστημα, ήρθε να ταράξει την επιστημονική κοινότητα, γιατί ανακάλυψε σήματα από πάλσαρ με αυξομειούμενη περιόδο που ίσως είναι η έμμεση απόδειξη των κυμάτων βαρύτητας. Δείτε και το σχετικό άρθρο Νέα μορφή ακτίνων-Χ από αστέρες επιβεβαιώνει τον Einstein.

      Η σχετικότητα όμως ήταν άνευ αξίας, όταν ήλθε η στιγμή να απαντήσει στην πιό ενοχλητική κοσμολογική ερώτηση σε ολόκληρη την επιστήμη: Τι συνέβαινε πριν από την στιγμή της Μεγάλης Εκρηξης;

      Αν υποβληθεί αυτή η ερώτηση σε οποιοδήποτε κοσμολόγο, αυτοί θα αισθανθούν αμήχανοι και θα ψελίσουν, πως αυτό το θέμα μπορεί να είναι για πάντα πέρα από τις δυνατότητες της επιστήμης. Με λίγα λόγια, δεν γνωρίζουν την απάντηση.

      Το Καθιερωμένο όμως Μοντέλο, περιέχει μια ανωμαλία κατά την διάρκεια του Big Bang, στη χρονική στιγμή t = 0.  Αυτό σημαίνει ότι δεν μπορεί κάποιος ακόμη και να καθορίσει το χρόνο, δεδομένου ότι ο χωρόχρονος τότε είναι ανώμαλος.   Μέχρι τώρα, τουλάχιστον αυτό ισχύει.    
<---επιστροφή

 


 

Θεωρία του Big Bang. (Η)

 

Περίπου πριν 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια, ολόκληρο το σύμπαν ήταν συμπιεσμένο στα όρια ενός ατομικού πυρήνα. Μια κατάσταση γνωστή ως ιδιομορφία, είναι η στιγμή πριν από τη δημιουργία όταν δεν υπήρχε ούτε χώρος ούτε χρόνος. Σύμφωνα με το καθιερωμένο κοσμολογικό μοντέλο που εξηγεί τον Κόσμο μας, μια απίστευτη έκρηξη, θερμοκρασίας τρισεκατομμυρίων βαθμών και απείρως πυκνή, δημιούργησε όχι μόνο τα θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια και από εκεί την υπόλοιπη ύλη, αλλά και τον ίδιο τον χώρο και χρόνο. Οι θεωρίες της κοσμολογίας συνδυασμένες με τις παρατηρήσεις των  αστρονόμων επέτρεψαν στους κοσμολόγους να αναδημιουργήσουν την αρχέγονη χρονολογία των γεγονότων, γνωστών ως Μεγάλη Έκρηξη.

Η κβαντική θεωρία προτείνει ότι λίγες στιγμές μετά από την Έκρηξη, σε 10-43 δευτερόλεπτα, οι τέσσερις δυνάμεις της φύσης, η ισχυρή πυρηνική, η ασθενής πυρηνική, η ηλεκτρομαγνητική και τέλος η βαρύτητα ήταν ενωμένες σε μια "υπερ-δύναμη". Τα στοιχειώδη σωματίδια κουάρκς αρχίζουν να ενώνονται ανά τρία, να σχηματίζονται τα φωτόνια, τα ποζιτρόνια και τα νετρίνα, ενώ  δημιουργήθηκαν συγχρόνως και τα αντισωμάτιά τους. Σε αυτή τη φάση υπάρχουν πολύ μικρές ποσότητες πρωτονίων και νετρονίων, περίπου 1 για κάθε 1 δισεκατομμύριο φωτόνια, νετρίνα ή ηλεκτρόνια. Η πυκνότητα του σύμπαντος στην πρώτη στιγμή της ζωής του θεωρείται πως ήταν 1094 g/cm3 με την πλειοψηφία να είναι σε μορφή ακτινοβολίας. Για κάθε ένα δισεκατομμύριο ζεύγη αδρονίων που δημιουργήθηκαν, το ένα εξαϋλώθηκε λόγω των συγκρούσεων σωματίων-αντιαντισωματίων. Τα υπόλοιπα σωματίδια αποτελούν την πλειοψηφία του σημερινού Κόσμου μας.

Κατά τη διάρκεια αυτής της δημιουργίας αλλά και εξαΰλωσης των σωματιδίων το σύμπαν υποβλήθηκε σε ένα ρυθμό επέκτασης πολλαπλάσια αυτής της ταχύτητας του φωτός. Στην εποχή αυτή που έμεινε γνωστή ως πληθωριστική εποχή, το σύμπαν σε λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου διπλασιάστηκε σε μέγεθος τουλάχιστον εκατό φορές, έτσι ξεκίνησε με διαστάσεις ενός ατομικού πυρήνα και σήμερα φτάνει τα 1030 μέτρα. Ένας ισοτροπικός πληθωρισμός του σύμπαντος τελειώνει μόλις σε 10-35 δευτερόλεπτα φτιάχνοντας τον σχεδόν με τέλεια ομαλότητα. Εάν δεν υπήρχε όμως μια μικρή διακύμανση στην κατανομή της πυκνότητας της ύλης, όπως υποστηρίζουν οι θεωρητικοί, δεν θα μπορούσαν να σχηματιστούν οι γαλαξίες.

Το σύμπαν ήταν σε αυτό το σημείο ένα ιονισμένο πλάσμα όπου η ύλη και η ακτινοβολία ήταν αδιάσπαστα ενωμένα. Επιπλέον, υπήρχαν ίσα ποσά σωματιδίων και αντισωματιδίων. Η αναλογία των νετρονίων και των πρωτονίων αν και μικρή είναι ίση. Όταν το σύμπαν γέρασε κατά ένα εκατοστό του δευτερολέπτου τα νετρόνια άρχισαν να διασπώνται μαζικά. Αυτή η διάσπαση επέτρεψε στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και πρωτόνια να συνδυαστούν με άλλα σωματίδια. Τελικά τα υπόλοιπα νετρόνια ενώθηκαν με τα πρωτόνια και σχημάτισαν το βαρύ υδρογόνο (το δευτέριο). Αυτοί οι πυρήνες του δευτερίου συνδυάστηκαν ανά δύο και σχημάτισαν τους πυρήνες του ηλίου. Ο σχηματισμός της ύλης από την ενέργεια πραγματοποιείται από τα φωτόνια που υλοποιούνται σε βαρυόνια και αντιβαρυόνια, ενώ όταν ακολούθως εξαϋλώνονται να μετασχηματίζονται σε καθαρή ενέργεια. Λόγω αυτών των συγκρούσεων και εξαϋλώσεων η ύλη ήταν ανίκανη να παραμείνει βιώσιμη για πάνω από μερικά νανοδευτερόλεπτα προτού έρθει ένας βομβαρδισμός με ηλεκτρόνια που θα σκέδαζε αυτά τα φωτόνια. Όπως το νερό που παγιδεύεται μέσα σε ένα σφουγγάρι, έτσι και η ακτινοβολία ήταν τόσο πυκνή (1014g/cm3) που καμιά ακτινοβολία δεν ήταν ορατή. Την εποχή αυτή, γνωστή ως "εποχή της τελευταίας σκέδασης", η θερμοκρασία έχει μειωθεί δραματικά σε 1013 K μόνο με τις ισχυρές πυρηνικές, ασθενείς πυρηνικές και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις να είναι τώρα ικανές να ασκήσουν τη δύναμή τους χωριστά.

Καθώς το νέφος του αερίου επεκτείνεται ένα ολόκληρο δευτερόλεπτο μετά από την αρχική Έκρηξη, και η θερμοκρασία του Κόσμου μας έχει μειωθεί σε δέκα δισεκατομμύρια βαθμούς, τα φωτόνια δεν έχουν πλέον την ενέργεια να αναστατώσουν τη δημιουργία της ύλης καθώς επίσης και να μετασχηματίσουν την ενέργεια σε ύλη. Μετά από τρία λεπτά η θερμοκρασία γίνεται ένα δισεκατομμύριο βαθμούς, ενώ τα πρωτόνια και τα νετρόνια επιβραδύνθηκαν τόσο που ήταν ικανά να πραγματοποιήσουν την πυρηνοσύνθεση. Δημιουργήθηκαν πυρήνες του ηλίου από δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια, και για κάθε πυρήνα του ηλίου που σχηματίστηκε έμειναν περίπου δέκα πρωτόνια ελεύθερα επιτρέποντας έτσι το 25% του σύμπαντος να αποτελείται από ήλιο. Η επόμενη σημαντική φάση της διαστολής εμφανίστηκε περίπου τριάντα λεπτά αργότερα όταν αυξήθηκε η δημιουργία των φωτονίων μέσω της εξαΰλωσης ζευγαριών ηλεκτρονίων - ποζιτρονίων. Το γεγονός ότι το σύμπαν άρχισε με ελαφρώς περισσότερα ηλεκτρόνια από ποζιτρόνια είχε εξασφαλιστεί ότι το σύμπαν μας ήταν σε θέση να διαμορφωθεί όπως το βλέπουμε σήμερα.

Το σύμπαν για τα επόμενα 380.000 χρόνια θα αρχίσει να επεκτείνεται και να ψύχεται μέχρι μια θερμοκρασία 10.000 K. Αυτές οι συνθήκες επέτρεψαν στους πυρήνες του ηλίου να απορροφήσουν τα ελεύθερα ηλεκτρόνια και να σχηματιστούν τα πρώτα άτομα ηλίου. Εν τω μεταξύ συνδέθηκαν μαζί άτομα του υδρογόνου και σχημάτισαν το λίθιο. Είναι η εποχή που η πυκνότητα του σύμπαντος έχει φτάσει στο σημείο όπου το φως μπορεί να γίνει πια αντιληπτό. Μέχρι τότε τα φωτόνια συνέχισαν να παγιδεύονται μέσα στην ύλη. Τελικά η διαστολή επέτρεψε στο φως και την ύλη να διαχωριστούν, καθώς η ακτινοβολία γίνεται όλο και λιγότερο πυκνή. Από εκεί και πέρα διαχωρίστηκε η ύλη και η ακτινοβολία, ενώ από τότε υπάρχει και η παλαιότερη ακτινοβολία λείψανο, που γεννήθηκε στο σύμπαν.    
<---επιστροφή

 


 

Θεωρίες για την προέλευση και την εξέλιξη του Σύμπαντος .

 

Το σύμπαν μοιάζει με ένα βιβλίο ανοιχτό μόνο στη σημερινή σελίδα. Ποιός μπορεί να είναι ο συγγραφέας του είναι ένα γεγονός που συζητείται εδώ και χιλιάδες χρόνια, αλλά δεν θα τον γνωρίσουμε ποτέ.   Κανείς επίσης δεν θα ανοίξει τις πρώτες του σελίδες για να κατανοήσει τις αρχικές του φράσεις. Ολόκληρη η αφήγηση του βιβλίου του σύμπαντος θα πρέπει να αναπλαστεί από τη δράση αντικειμένων που αποτελούν το σύμπαν, αλλά και τους τόπους της δράσης που είναι σήμερα ορατοί. Εδώ όμως και 40 χρόνια οι φυσικοί επιστήμονες έχουν συντάξει μια ιστορία, το Καθιερωμένο Μοντέλο του big bang, που περιγράφει, σε μια ενιαία πλοκή, όλα τα συμβάντα των τελευταίων 13,7 δισεκατομμυρίων ετών. Υπάρχουν όμως κρυμμένα ζητήματα: Δεν ξέρουν τι συνέβη στην αρχή του big bang, δεν ξέρουν γιατί η πλοκή αυτή είναι κατανοητή και δεν καταλαβαίνουν γιατί υπάρχουν όντα στον Κόσμο που θέλουν να κατανοήσουν την ιστορία του βιβλίου.

Φυσικά ο καθένας μας έχει ακούσει για το Καθιερωμένο Μοντέλο, αλλά είναι βέβαιο ότι όλοι εν συνεχεία ρωτούν "Και τι προκάλεσε το big bang;" Και όλα τελειώνουν εκεί, επειδή κανένας δεν είναι ακόμα βέβαιος τι ανάγκασε πραγματικά να συμβεί η Μεγάλη Έκρηξη.

Υπάρχουν κι άλλα ζητήματα. Το σύμπαν είχε ποτέ αρχή ή αυτό υπάρχει για πάντα, δηλαδή είναι αιώνιο. Αυτό το θεμελιώδες ζήτημα ήταν το κύριο θέμα στην αρχαία φιλοσοφία αλλά και της φιλοσοφίας κατά την Αναγέννηση. Στη σύγχρονη κοσμολογία το ζήτημα αυτό ήταν η αιτία της διαμάχης μεταξύ των υπερασπιστών της Μεγάλης Έκρηξης και της σταθεράς κατάστασης πριν πολλές δεκαετίες. Τελευταία γίνονται νέες προσπάθειες ώστε να εξηγηθεί η Μεγάλη Έκρηξη μέσα σε ένα κβαντικό κοσμολογικό πλαίσιο.

Εδώ θα προσπαθήσουμε να ερευνήσουμε όλες τις τρέχουσες επιστημονικές θεωρίες που προσπαθούν να εξηγήσουν πώς δημιουργήθηκε ο Κόσμος. Αρχικά υπάρχουν δύο θεωρίες που είναι άμεσες ερμηνείες άλλων θεωριών, οι οποίες όμως δεν έχουν αποδειχθεί ακόμα,  εν συνεχεία υπάρχουν θεωρίες που προτείνονται ανεξάρτητα από τους θεωρητικούς φυσικούς. Θα προσπαθήσουμε να αναφέρουμε όλες τις θεωρίες και να σας αφήσουμε να αποφασίσετε εσείς ποιός είναι ο πιο εύλογος τρόπος  που γεννήθηκε το σύμπαν. Φυσικά υπάρχει και η κλασσική θεωρία του  Big Bang

1η Θεωρία: Δεν υπήρξε ποτέ καμία αρχή του Κόσμου και δεν θα υπάρξει κανένα τέλος του. Είναι τόσο παλιά αυτή η θεωρία όσο και οι άνθρωποι. Η εξελιγμένη της μορφή είναι η Κβαντική Θεωρία Βρόχων (LQG) που προτάθηκε από τους Martin Bojowald, Ashtekar και άλλους. Δεν υπάρχει ακόμη καμία απόδειξη της.   

2η Θεωρία: Η εκπυρωτική θεωρία προτάθηκε το 2001 από τον Neil Turok και δεν υπάρχει καμία απόδειξη που να την επαληθεύει. 

3η Θεωρία: Το σύμπαν χωρίστηκε στα δύο. Προτάθηκε από τον Cumrun Vafa το 1994 και προκύπτει από έμμεσα συμπεράσματα της αποστολής WMAP. 

4η Θεωρία: Το σύμπαν φτιάχτηκε εκ του μηδενός. Υπάρχουν πολλοί που υποστηρίζουν τη θεωρία από το 1925, που αναπτύχθηκε η κβαντική θεωρία. Αποδείξεις υπάρχουν στην κβαντική θεωρία (πχ στο πείραμα της διπλής σχισμής). 

5η Θεωρία: Το Σύμπαν κατασκευάστηκε στο εργαστήριο εξωγήινων πολιτισμών. Προτάθηκε από τον Ed Harrison γύρω στο 2001 και δεν υπάρχει καμία απολύτως απόδειξη. 

6η Θεωρία: Το Σύμπαν δημιουργήθηκε από μόνο του. Το 1998 ο Richard Gott III δημοσίευσε μια εργασία στην οποία υποστήριξε τη θεωρία αυτή. Ο ίδιος αναφέρει σαν αποδείξεις την διάσπαση του ουρανίου (κι άλλα κβαντικά φαινόμενα με το πέρασμα σήραγγος), καθώς επίσης τη θεωρία χορδών και τους κανόνες για ένα ταξίδι στον χρόνο. 

7η Θεωρία: Η θεωρία περί μεταβολής της ταχύτητας του φωτός, η οποία προτάθηκε από τον Πορτογάλο θεωρητικό João Magueijo γύρω στο 1998. Ο ίδιος λέει ότι αποδείξεις υπάρχουν στις αλλαγές της συχνότητας του φωτός, που μας έρχεται από πολύ μακριά (πχ από τα κβάζαρ) και από διάφορες αποστάσεις, ενώ περνάει μέσα από κοσμικά νέφη αερίων. 

8η Θεωρία: Η Θεία Πρόνοια είναι η θεωρία που ξεκίνησε από το Μωϋσή και υπάρχει εδώ και 4.000 χρόνια. Οι αποδείξεις βρίσκονται στα Ιερά Κείμενα. 

Υπάρχουν κι άλλες θεωρίες, αλλά οι παραπάνω 8 θεωρούνται οι κύριες θεωρίες. Θα εξετάσουμε τα αποδεικτικά στοιχεία της κάθε μίας θεωρίας, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της. Τι θα πιστέψετε στο τέλος είναι δικιά σας υπόθεση.        
<---επιστροφή

Πηγή: www.physics4u.gr

 


 

    

 

 




 

 

 

 

 

Χρόνος εκτέλεσης : 0.127 δευτερόλεπτα