Kosmologia fizyczna w założeniu ma za zadanie odnaleźć odpowiedzi na przykładowe pytania:
- kiedy powstał wszechświat,
- w jaki sposób powstał wszechświat,
- jaka jest obecna struktura wszechświata,
- czy wszechświat jest skończony czy nieskończony,
- jak wszechświat będzie się dalej rozwijał…
Kosmologia zatem poszukuje odpowiedzi na pytania o pochodzenie, ewolucję i strukturę Wszechświata. Kosmologia fizyczna dzieli się na kosmologię klasyczną i kosmologię kwantową. U podstaw kosmologii tkwi przekonanie, że w całym kosmosie obowiązują jednakowe prawa fizyki. Dzięki temu wnioski uzyskane na podstawie badań pewnego obszaru można uogólniać na cały wszechświat. Podstawą konieczną do uprawiania kosmologii i weryfikowania rozważań teoretycznych jest założenie, że obszar dostępny obserwacjom stanowi reprezentatywny fragment wszechświata.
Istnieją teorie kosmologiczne, że możliwe jest przechodzenie z jednego wszechświata do drugiego przez czarną dziurę.
- kiedy powstał wszechświat,
- w jaki sposób powstał wszechświat,
- jaka jest obecna struktura wszechświata,
- czy wszechświat jest skończony czy nieskończony,
- jak wszechświat będzie się dalej rozwijał…
Kosmologia zatem poszukuje odpowiedzi na pytania o pochodzenie, ewolucję i strukturę Wszechświata. Kosmologia fizyczna dzieli się na kosmologię klasyczną i kosmologię kwantową. U podstaw kosmologii tkwi przekonanie, że w całym kosmosie obowiązują jednakowe prawa fizyki. Dzięki temu wnioski uzyskane na podstawie badań pewnego obszaru można uogólniać na cały wszechświat. Podstawą konieczną do uprawiania kosmologii i weryfikowania rozważań teoretycznych jest założenie, że obszar dostępny obserwacjom stanowi reprezentatywny fragment wszechświata.
Istnieją teorie kosmologiczne, że możliwe jest przechodzenie z jednego wszechświata do drugiego przez czarną dziurę.
Wszechświat przechodzący przez czarną dziurę tworzy nowy wszechświat po drugiej stronie czarnej dziury.
W starożytnej filozofii greckiej kosmologia oznaczała naukę o przyrodzie. Dziś termin "kosmologia" używany jest w dwóch znaczeniach: jako dział filozofii lub jako nauka przyrodnicza. Dlatego czasami mówi się o kosmologii filozoficznej, rozumianej jako filozoficzna refleksja nad wszechświatem, oraz o kosmologii fizycznej, czyli o fizyce badającej wszechświat.
Podstawowe założenia kosmologii fizycznej są następujące:
1. Zasada kopernikowska, która stwierdza, że każde miejsce we wszechświecie jest równouprawnione, a położenie Ziemi nie jest wyjątkowe.
2. Siły grawitacyjne określają globalną dynamikę wszechświata. Doskonałą klasyczną teorią grawitacji jest sformułowana przez Einsteina ogólna teoria względności.
Z jednorodności i izotropowości wszechświata wynika, że w dużej skali siły grawitacyjne w każdym punkcie wszechświata są takie same i w każdym jego punkcie krzywizna przestrzeni jest taka sama. Ogólna teoria względności redukuje zjawisko grawitacji do ruchu bezwładnego w zakrzywionej czasoprzestrzeni.
Model ewolucji wszechświata
Zgodnie z prawami fizyki klasycznej dzieje wszechświata przypominają gigantyczną eksplozję ze stanu początkowej osobliwości. Teoria Wielkiego Wybuchu to model teoretyczny oparty na fakcie, że Wszechświat się rozszerza, wobec tego kiedyś musiał być bardzo mały a jego gęstość bardzo duża. Można wyodrębnić następujące podstawowe stadia (ery) ewolucji wszechświata:
W pewnym stopniu temperaturę wszechświata możemy uważać za wielkość fizyczną będącą miarą średniej energii kinetycznej cząstek. Im większa jest średnia prędkość cząstek, tym wyższa jest temperatura wszechświata. We współczesnych akceleratorach naukowcy potrafią doprowadzać do zderzeń cząstek o energiach kinetycznych odpowiadających temperaturze około 1015 K (trylion kelwinów). Teoria wielkiego wybuchu przewiduje, że taka temperatura panowała we wszechświecie w czasie jednej stumiliardowej części sekundy (10-11 s) po chwili początkowej osobliwości, którą w kosmologii przyjęto oznaczać jako chwilę zerową i zapisuje się jako czas t = 0. W jeszcze wcześniejszym czasie, 0 < t < 10-11 s, we wszechświecie panowały warunki, których nie potrafimy obecnie wytworzyć w naszych ziemskich laboratoriach. Z tego powodu kosmologia młodszego niż t = 10-11 s wszechświata opiera się na ekstrapolacji znanych teorii fizycznych lub ich hipotetycznych uogólnień na zakresy temperatur i energii niedostępne na razie dla badań eksperymentalnych.
Podstawowe założenia kosmologii fizycznej są następujące:
1. Zasada kopernikowska, która stwierdza, że każde miejsce we wszechświecie jest równouprawnione, a położenie Ziemi nie jest wyjątkowe.
2. Siły grawitacyjne określają globalną dynamikę wszechświata. Doskonałą klasyczną teorią grawitacji jest sformułowana przez Einsteina ogólna teoria względności.
Z jednorodności i izotropowości wszechświata wynika, że w dużej skali siły grawitacyjne w każdym punkcie wszechświata są takie same i w każdym jego punkcie krzywizna przestrzeni jest taka sama. Ogólna teoria względności redukuje zjawisko grawitacji do ruchu bezwładnego w zakrzywionej czasoprzestrzeni.
Model ewolucji wszechświata
Zgodnie z prawami fizyki klasycznej dzieje wszechświata przypominają gigantyczną eksplozję ze stanu początkowej osobliwości. Teoria Wielkiego Wybuchu to model teoretyczny oparty na fakcie, że Wszechświat się rozszerza, wobec tego kiedyś musiał być bardzo mały a jego gęstość bardzo duża. Można wyodrębnić następujące podstawowe stadia (ery) ewolucji wszechświata:
| Ery kosmologiczne | |||
| Era | Początek ery | Gęstość g/cm3 | Temperatura [K] |
| Era plancka | 10-44 s | 1093 | 1033 |
| Era inflacji | 10-35 s | 10? | 10? |
| Era hadronowa (plazmy kwarkowo - gluonowej) | 10-23 s | 10? | 10? |
| Era leptonowa | 10-4 s | 1014 | 1012 |
| Era promieniowania | 10 s | 104 | 1010 |
| Era materii | 105 lat | 10-21 | 30 000 |
W pewnym stopniu temperaturę wszechświata możemy uważać za wielkość fizyczną będącą miarą średniej energii kinetycznej cząstek. Im większa jest średnia prędkość cząstek, tym wyższa jest temperatura wszechświata. We współczesnych akceleratorach naukowcy potrafią doprowadzać do zderzeń cząstek o energiach kinetycznych odpowiadających temperaturze około 1015 K (trylion kelwinów). Teoria wielkiego wybuchu przewiduje, że taka temperatura panowała we wszechświecie w czasie jednej stumiliardowej części sekundy (10-11 s) po chwili początkowej osobliwości, którą w kosmologii przyjęto oznaczać jako chwilę zerową i zapisuje się jako czas t = 0. W jeszcze wcześniejszym czasie, 0 < t < 10-11 s, we wszechświecie panowały warunki, których nie potrafimy obecnie wytworzyć w naszych ziemskich laboratoriach. Z tego powodu kosmologia młodszego niż t = 10-11 s wszechświata opiera się na ekstrapolacji znanych teorii fizycznych lub ich hipotetycznych uogólnień na zakresy temperatur i energii niedostępne na razie dla badań eksperymentalnych.
EWOLUCJA WSZECHŚWIATA
Opracowanie przez Einsteina ogólnej teorii względności fundamentalnie przyczyniło się do tworzenia modeli wszechświata i do powstania kosmologii fizycznej.
Opracowanie tekstu: Agnieszka Zawada