Кратка историја на универзумот: првите мигови

Универзумот е сѐ што постои. Уште од најраните времиња кога човекот ги има развиено когнитивните способности, кои патем го одвојуваат од сите останати суштества, тој се обидува да го проучи универзумот. Прашањето за настанокот, еволуцијата и местото на човекот во универзумот е едно од централните двигатели на човековиот развој.

Во текот на нашата историја, нашето знаење за универзумот, како и методите со коишто го проучуваме, имаат направено огромен напредок – од митовите на древните цивилизации, преку грчките филозофи до модерните ригорозни научни теории потврдени со прецизни мерења со помош на најнапредните технологии.

Така, можеме да речеме дека денес нашето знаење за универзумот – неговиот настанок, еволуција и судбина – е навистина детално. Детално, но сепак некомплетно: добро знаеме каде нашите теории потфрлуваат и кои се мистериите што остануваат да се откријат (но, секако, не ја исклучуваме и можноста да постојат појави за коишто воопшто не сме свесни).

Во оваа статија ќе се обидеме да претставиме еден краток преглед на нашето најактуелно знаење за универзумот – како тој настанал, од што е тој составен, како структурите (галаксиите и Млечниот пат во којшто ние живееме) се формирале и еволуирале низ космичката историја и која е неговата судбина.

Овој прв дел е посветен на најраните мигови на космичката историја коишто се недостапни за директно набљудување: првите 400 000 години од настанокот.

Почетокот на универзумот

Општо прифатена теорија е дека универзумот настанал со т.н. „Големиот прасок“ пред околу 13.8 милијарди години. Целиот универзум (просторот, времето, сета енергија и материја која ја содржи) бил сконцентриран во една точка од којашто почнува да се шири. Оваа теорија на Големиот прасок е воспоставена врз основа на мноштво астрономски набљудувања, а едно од најпрвите е откритието на Едвин Хабл (1929), дека галаксиите се одалечуваат една од друга со брзина пропорционална на растојанието (колкудве точки во универзумот се подалеку една од друга, толку побрзо се одалечуваат, како да се две точки на површината од балон кој се надувува). Импликациите на Хабловото откритие е дека просторот (во којшто се наоѓаат галаксиите и сета материја) се шири и дека штом галаксиите се одалечуваат една од друга, тогаш мора во одреден момент во минатото тие да биле во иста точка наречена „сингуларност“.

Оваа сингуларност е со бескрајна густина (бидејќи го содржи целиот универзум). Во најраните моменти по настанувањето на Големиот прасок после кој универзумот почнува да се шири, тој се наоѓа во состојба на екстремни густини и температури [1]. Во овие најрани моменти на екстремни услови и мали димензии на универзумот, улога играат ефекти од квантната механика. Ефектите од квантната механика создаваат екстремно мали флуктуации во густината на енергијата; тоа значи дека универзумот не е подеднакво густ низ целиот простор туку постојат места коишто се малку погусти од останатите. Овие екстремно мали флуктуации во густината ќе одекнат низ космичката еволуција и ќе ги создадат сите структури во универзумот (како што се галаксиите, ѕвездите, планетите, па и ние луѓето). Вкупната материја во универзумот е всушност составена од две компоненти: обична материја од којашто се создадени сите атоми и т.н. „темна материја“ за којашто единствено можеме да ги забележеме нејзините гравитациони ефекти, но не можеме директно да ја видиме.

По Големиот прасок универзумот продолжува да се шири и притоа да се лади. Со намалувањето на густината и температурата се создаваат условите за формирање на првите елементи како што се водород и хелиум. Оваа ера на нуклеосинтеза се случува неколку секунди по Големиот прасок и трае дваесетина минути. Во овие дваесетина минути формирани се најлесните елементи (водород, хелиум, литиум, берилиум) во соодносите коишто и денес можат да се набљудуваат. Во овие моменти големината на универзумот изнесува околу 300 светлосни години [2] во радиус, а неговата густина е околу една третина од густината на воздухот на Земјата денес. Поради големите густини и температури сета материја е јонизирана – тоа значи дека електроните се раскинати од атомските јадра и универзумот е составен од јадра, електрони и фотони. Условите кои владеат се слични на внатрешноста на Сонцето и универзумот е „непроѕирен за светлината“ [3]. Оваа епоха во којашто фотоните не можат да патуваат низ универзумот трае околу 380 000 години и како последица невозможно е да се набљудува универзумот порано од 380 000 години по Големиот прасок.

380 000 години по Големиот прасок, радиусот на универзумот изнесува 42 милиони светлосни години со густина од 500 милиони атоми во кубен метар. Во оваа епоха условите дозволуваат рекомбинација на електроните со јадрата во неутрални атоми при што емитираат уште повеќе фотони и универзумот станува проѕирен за светлината. Фотоните коишто се емитирани 380 000 години после големиот прасок се најраниот момент од универзумот којшто можеме да го набљудуваме и се нарекуваат „реликтни фотони на космичкото позадинско зрачење (КПЗ)“. Оваа рекомбинација се случува во целиот универзум наеднаш, па така, денес овие фотони доаѓаат од сите страни на небото подеднакво и потекнуваат директно од оваа епоха.

Космичкото позадинско зрачење носи мноштво на информации за состојбата и составот на раниот универзумот и претставува едно од најбогатите и најплодните набљудувања за проучување на универзумот. КПЗ e зрачење во микробрановиот дел од електромагнетниот спектар коешто доаѓа од сите правци на небото и како такво може да се детектира со радио антени. Измереното зрачење може да се претвори во температура која директно ни кажува за состојбата на КПЗ. Ова реликтно зрачење од раниот универзум за првпат е детектирано од страна на Вилсон и Пензиас (1964), а последователни вселенски мисии како COBE (1989), WMAP (2001) и Планк (2009), го имаат измерено ова зрачење до најмали детали. Знаењето за универзумот коешто е стекнато со овие мисии е непроценливо и заслужува да биде тема во некоја следна статија.

Космичкото позадинско зрачење го прикажува универзумот во состојба на исклучитечна хомогеност – целиот универзум е со речиси иста густина (практично, може да се измери речиси константна температура на КПЗ низ целото небо). Меѓутоа, постојат флуктуации во густината коишто се извонредно мали – разликата во густината помеѓу одредени региони е само околу еден спрема 100 000. Овие флуктуации потекнуваат од квантно механичките флуктуации на самиот почеток на универзумот.

Фактот дека сепак постојат овие флуктуаци во густината е судбоносен за универзумот и животот во него – за нијанса повисоките густини во одредени региони значи дека под дејство на гравитацијата се повеќе и повеќе материја ќе се концентрира во овие региони и со текот на времето овде ќе се создадат првите галаксии и ѕвезди [4].

Космичкото позадинско зрачење е најраната состојба на универзумот којашто можеме да ја набљудуваме. Меѓутоа сета физика којашто се случила во најраните моменти на универзумот е впишана во КПЗ како и во денешната состојба. Убавината на добрата научна теорија е тоа што врз основа на достапни набљудувања и експерименти способни сме да направиме извонредно прецизни предвидувања и објаснувања за нешта коишто (сè уште) не можеме директно да ги тестираме и набљудуваме. Всушност ова е она што ја прави космологијата посебна наука. Речиси сите познати закони на физиката се воспоставени и тестирани во лабораторија денес. Космологијата се обидува со помош на овие закони на физиката да го објасни универзумот рано во минатото и далеку во иднината под целосно различни услови. Притоа не е воопшто очигледна оправданоста да сметаме дека истите закони важат во целосно различни космички времиња, региони и услови. Успехот на физиката и космологијата е тоа што сите досегашни експерименти потврдуваат дека истите закони важат и го објаснуваат универзумот од почетокот па сè до денес.