Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

ΣΥΛΛΟΓΟΣ ΑΠΟΦΟΙΤΩΝ ΖΩΣΙΜΑΙΑΣ ΣΧΟΛΗΣ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ
Δημιουργία Σύμπαντος
 

Παναγιώτης Κόκκας, Απόφοιτος Ζωσιμαίας Σχολής, Επίκουρος Καθηγητής Τμήματος Φυσικής, Ερευνητής του C.E.R.N.



Προσεγγίζοντας την Δημιουργία του Σύμπαντος με την Φυσική των Στοιχειωδών Σωματίων.

Εισαγωγή

Ο άνθρωπος εμφανίστηκε στη Γη πριν από 2 εκατομμύρια χρόνια περίπου. Δεν γνωρίζουμε πότε άρχισε να συνειδητοποιεί την ύπαρξή του. Προικισμένος όμως με την νοημοσύνη σύντομα έθεσε στο εαυτό του τα εξής ερωτήματα: “Ποιος είμαι;” ή “Πως βρέθηκα εδώ;” ή “Πως έγιναν όλα αυτά που βλέπω γύρω μου;” ή “Τι είναι όλα αυτά τα άστρα που βλέπω το βράδυ;”.
Η κοσμολογία είναι η επιστήμη η οποία μελετά την δημιουργία και την εξέλιξη του σύμπαντος και δίνει απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα. Η αρχή της κοσμολογίας τοποθετείται στην αρχαία Ελλάδα. Πρώτος ο Θαλής έδωσε μια απλοϊκή εξήγηση του σύμπαντος χωρίς να εμπλέκει την παρουσία Θεών. Ο Θαλής πίστευε πως η Γη ήταν επίπεδη και πλέει σε νερό και πως τα άστρα δεν ήταν τίποτε άλλο παρά οι ατμοί εξάτμισης του νερού.
Ήταν όμως ο Αριστοτέλης αυτός ο οποίος εισήγαγε ένα πιο αληθοφανές μοντέλο για την εικόνα του σύμπαντος. Ο Αριστοτέλης θεώρησε την Γη σφαιρική και την τοποθέτησε στο κέντρο ενός σφαιρικού σύμπαντος όπου το Φεγγάρι, ο Ήλιος και οι πέντε γνωστοί τότε πλανήτες περιφέρονταν γύρω της. Επίσης τοποθέτησε εξωτερικά μια σφαίρα η οποία περιείχε τα υπόλοιπα άστρα. Το μοντέλο του Αριστοτέλη αναπτύχθηκε περισσότερο από τον Εύδοξο γύρω στο 370 πΧ και καθιερώθηκε από τον Πτολεμαίο γύρω στον δεύτερο μετά Χριστό αιώνα.
Το μοντέλο του Αριστοτέλη άντεξε περίπου 1400 χρόνια έως ότου ο Κοπέρνικος στις αρχές του 16ου αιώνα χρησιμοποιώντας τις παρατηρήσεις του Τύχωνα Μπράχε και του Γαλιλαίου απέρριψε το Γαιοκεντρικό σύστημα του Αριστοτέλη και του Πτολεμαίου και εισήγαγε ένα Ηλιοκεντρικό σύστημα. Κατά το σύστημα αυτό ο Ήλιος τοποθετήθηκε στο κέντρο του σύμπαντος με τους πλανήτες να περιφέρονται γύρω του σε ελλειπτικές τροχιές. Παράλληλα με την ανακάλυψη του τηλεσκοπίου από τον Γαλιλαίο το 1611 άρχισε η συστηματική εξερεύνηση της ουράνιας σφαίρας. Τον 18ο αιώνα η εικόνα του σύμπαντος άλλαξε πάλι όταν ο αστρονόμος Γουϊλιαμ Χέρσελ (William Herschel) με τις παρατηρήσεις του συνειδητοποίησε πως ο Ήλιος δεν είναι το κέντρο του σύμπαντος παρά ένα από τα 200 δισεκατομμύρια άστρα τα οποία απαρτίζουν τον γαλαξία μας.
Στις αρχές του εικοστού αιώνα η πρωτοποριακή επιστημονική εργασία ενός ανθρώπου του Έντγουϊν Χάμπλ (Edwin Hubble) άλλαξε πάλι σημαντικά την εικόνα. Ο Χάμπλ παρατήρησε πως ο γαλαξίας μας δεν είναι ο μόνος, αλλά ένας ανάμεσα στα πολλά δισεκατομμύρια γαλαξιών που περιλαμβάνει το σύμπαν. Η πιο εκπληκτική ανακάλυψη όμως του Χάμπλ ήταν πως οι διάφοροι γαλαξίες απομακρύνονται μεταξύ τους. Με πιο απλά λόγια το σύμπαν διαστέλλεται συνεχώς, όπως ένα μπαλόνι το οποίο φουσκώνουμε.
Το 1927 ο Βέλγος αστρονόμος Τζορτζ Λεμέτρ (George Lemaitre) προσπαθώντας να εξηγήσει τις παρατηρήσεις του Χάμπλ εισήγαγε την θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης. Κατά την θεωρία αυτή το σύμπαν δημιουργήθηκε πριν πολλά δισεκατομμύρια χρόνια όταν μέσα από μια τρομακτική έκρηξη ξεπήδησε η ύλη την οποία παρατηρούμε σήμερα γύρω μας.
Τα τελευταία χρόνια οι αστρονόμοι χρησιμοποιώντας πολύ πιο εξελιγμένα τηλεσκόπια από αυτά του Έντγουϊν Χάμπλ, κατόρθωσαν να μετρήσουν την ταχύτητα με την οποία διαστέλλεται το σύμπαν και από αυτή να υπολογίσουν την ηλικία του σύμπαντος την οποία τοποθετούν στα 15 δισεκατομμύρια περίπου χρόνια. Επί πλέον έχουν την δυνατότητα να φωτογραφίσουν πολύ μακρινούς από εμάς γαλαξίες οι οποίοι υπήρχαν στο σύμπαν πριν και από 12 περίπου δισεκατομμύρια χρόνια.
Το ερώτημα όμως που τίθεται εδώ είναι πόσο μπορούμε να προσεγγίσουμε την στιγμή της δημιουργίας του σύμπαντος, δηλαδή την στιγμή της Μεγάλης Έκρηξης. Εδώ εισέρχεται ένας άλλος κλάδος της Φυσικής Επιστήμης ο οποίος ονομάζεται Φυσική των Στοιχειωδών Σωματίων ή αλλιώς Φυσική Υψηλών Ενεργειών.
Η Φυσική των Στοιχειωδών Σωματίων είναι ένας κλάδος ο οποίος αναπτύχθηκε ιδιαίτερα στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα. Στόχος του είναι αφΆ ενός η ανακάλυψη των δομικών λίθων από τα οποία αποτελείται η ύλη και αφΆ ετέρου η μελέτη των δυνάμεων που δρουν μεταξύ τους. Βασικό συστατικό στην ανάπτυξη αυτού του κλάδου αποτελούν ειδικά κατασκευασμένες μηχανές οι οποίες ονομάζονται Επιταχυντές Σωματίων.
Οι Επιταχυντές Σωματίων επιταχύνουν σωματίδια (όπως πρωτόνια ή ηλεκτρόνια) σε πολύ υψηλές ενέργειες. Στη συνέχεια ρίχνοντάς αυτά τα σωμάτια σε στόχους ή το ένα πάνω στο άλλο, οι φυσικοί έχουν την δυνατότητα να εξετάζουν τους δομικούς λίθους από τους οποίους αποτελείται η ύλη και να αποκαλύπτουν τα μυστικά των δυνάμεων που δρουν μεταξύ τους.

Τα στοιχειώδη σωμάτια και οι αλληλεπιδράσεις των.

Στον παρακάτω πίνακα (σ.σ. δείτε την 1η φωτογραφία στο τέλος του άρθρου) των στοιχειωδών σωματίων συνοψίζουμε την γνώση που έχουμε σήμερα σχετικά με τους δομικούς λίθους του κόσμου που παρατηρούμε γύρω μας. Υπάρχουν τρεις γενιές στοιχειωδών σωματίων.
Η ύλη λοιπόν αποτελείται από λεπτόνια και κουάρκ. Τα λεπτόνια και τα κουάρκ απαρτίζουν οτιδήποτε παρατηρούμε στον κόσμο γύρω μας. Για παράδειγμα ένα πρωτόνιο αποτελείται από δύο άνω και ένα κάτω κουάρκ, ενώ ένα νετρόνιο από ένα άνω και δύο κάτω κουάρκ. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια απαρτίζουν τους πυρήνες και μαζί με τα ηλεκτρόνια τα άτομα της ύλης. Τα άτομα συνδεόμενα μεταξύ τους δημιουργούν τα διάφορα μόρια ενώ πολλά μόρια μαζί δημιουργούν οποιοδήποτε αντικείμενο βλέπουμε γύρω μας. Σημειώνουμε εδώ πως τα στοιχειώδη σωμάτια της πρώτης γενιάς αρκούν να κατασκευάσουν την συνηθισμένη ύλη την οποία βλέπουμε στον κόσμο γύρω μας.
Τα στοιχειώδη σωμάτια της δεύτερης και της τρίτης γενιάς επικρατούσαν στις πρώτες στιγμές μετά την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang) και την δημιουργία του κόσμου μας. Σήμερα έχουμε την δυνατότητα να παραγάγουμε αυτά τα σωμάτια κάτω από τρομερά μεγάλες ενέργειες οι οποίες επιτυγχάνονται μέσω των επιταχυντών των στοιχειωδών σωματίων. Καταλαβαίνουμε πως με αυτόν τον τρόπο σήμερα εξομοιώνουμε στο εργαστήριο τις συνθήκες που επικρατούσαν στο σύμπαν τις πρώτες στιγμές της δημιουργίας του. Η μελέτη της συμπεριφοράς των σωματίων αυτών είναι εξαιρετικά χρήσιμη στην κατανόηση των φυσικών νόμων κατά την στιγμή της δημιουργίας του κόσμου μας. Με ποιο απλά λόγια μελετώντας τα στοιχειώδη αυτά σωμάτια “αγγίζουμε” της στιγμή της δημιουργίας.
Ο παραπάνω πίνακας των στοιχειωδών σωματίων περιέχει τους δομικούς λίθους από τους οποίους αποτελείται η ύλη όλου του Σύμπαντος. Δεν μας λεει όμως, πώς αλληλεπιδρούν μεταξύ τους για να συγκροτήσουν αυτό το Σύμπαν. Είναι ακριβώς σα να είχαμε τα γράμματα της αλφαβήτου αλλά όχι τις λέξεις και τους κανόνες που δημιουργούν προτάσεις με νόημα.        Σίγουρα στην καθημερινή ζωή μας, αντιλαμβανόμαστε ένα σχετικά μεγάλο αριθμό διαφορετικών δυνάμεων: ηλεκτρικές, βαρυτικές, μαγνητικές, τριβής κ.α. Πιστεύουμε όμως ότι όλο αυτό το πλήθος των διαφορετικών αλληλεπιδράσεων που συναντάμε στην ύλη, μπορεί να καταταχθεί σε τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις οι οποίες είναι:

  • Βαρυτική
  • Ηλεκτρομαγνητική
  • Ισχυρή πυρηνική και
  • Ασθενής πυρηνική


Οι δυο πρώτες ήταν γνωστές (τουλάχιστον σε κάποια μορφή τους) από τα αρχαία χρόνια και τις αντιλαμβανόμαστε στην καθημερινή μας ζωή. Οι άλλες δυο, παρόλο που δεν τις "αισθανόμαστε" άμεσα, παίζουν επίσης ένα πολύ σοβαρό ρόλο στην ίδια μας την ύπαρξη. Ας δούμε όμως, μια-μια τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις.
Η Βαρυτική αλληλεπίδραση είναι υπεύθυνη για τη συγκρότηση των γαλαξιών, για την περιφορά της Γης και των άλλων πλανητών γύρω από τον Ήλιο. Η επαναφορά μας στο έδαφος, όταν πηδάμε, οφείλεται στη βαρύτητα. Είναι η δύναμη που ασκείται μεταξύ όλων των σωμάτων και είναι πάντοτε ελκτική.
Η Ηλεκτρομαγνητική είναι υπεύθυνη για το "τίναγμα" που αισθανόμαστε όταν, περπατώντας πάνω σ' ένα χαλί, ακουμπάμε ένα σιδερένιο αντικείμενο. Είναι υπεύθυνη για τη λειτουργία όλων των ηλεκτρικών μηχανών. Αλλά είναι ακόμα υπεύθυνη για τη συγκρότηση των ατόμων: τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου συγκρατούμενα από την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Ασκείται μεταξύ όλων των σωμάτων που έχουν ηλεκτρικό φορτίο. Διακρίνουμε δυο ειδών φορτία: το θετικό και το αρνητικό. Τα ομόσημα φορτία (θετικό - θετικό ή αρνητικό - αρνητικό) απωθούνται ενώ τα ετερόσημα (θετικό - αρνητικό) έλκονται.
Η Ισχυρή πυρηνική αλληλεπίδραση είναι η πρώτη από τις αλληλεπιδράσεις που δεν εμφανίζονται άμεσα στη καθημερινή μας ζωή. Η ισχυρή αλληλεπίδραση όμως είναι υπεύθυνη για την συγκρότηση των πυρήνων των ατόμων. Αυτή συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια ώστε να σχηματίσουν τον πυρήνα. Μην ξεχνάτε ότι οι δυνάμεις μεταξύ των ομόσημα (θετικά) φορτισμένων πρωτονίων είναι απωστικές. Τα σωματίδια που "αισθάνονται" την ισχυρή αλληλεπίδραση, όπως το πρωτόνιο και το νετρόνιο, λέγονται αδρόνια. Γνωρίζοντας τώρα ότι τα αδρόνια έχουν εσωτερική δομή, η θεμελιώδης αλληλεπίδραση είναι μεταξύ των κουάρκ που συγκροτούν τα αδρόνια. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των κουάρκ περιγράφεται από την κβαντική χρωμοδυναμική. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αδρονίων είναι, ακριβώς, εκφάνσεις αυτής της αλληλεπίδρασης.
Η ασθενής πυρηνική αλληλεπίδραση είναι η δεύτερη αλληλεπίδραση που δεν είναι άμεσα αντιληπτή. Παρ' όλα αυτά η σημασία της είναι σημαντική. Απλά αναφέρουμε εδώ, ως παράδειγμα, ότι μια από τις βασικές πυρηνικές αντιδράσεις που γίνονται στον ήλιο και τον κάνουν να μας φωτίζει, οφείλεται ακριβώς σ' αυτήν την αλληλεπίδραση. Όσα σωματίδια αισθάνονται την ασθενή αλλά όχι την ισχυρή αλληλεπίδραση τα ονομάζουμε λεπτόνια.
Ας βάλουμε τώρα σε μια σειρά τις τέσσερις αλληλεπιδράσεις ανάλογα με την ισχύ τους. Ας πάρουμε την πιο ισχυρή από αυτές, την Ισχυρή Πυρηνική Αλληλεπίδραση και ας συγκρίνουμε τις υπόλοιπες ως προς αυτήν. Η Ηλεκτρομαγνητική είναι περίπου 100 (για την ακρίβεια 137) φορές μικρότερη, ενώ η Ασθενής Πυρηνική Δύναμη είναι 100 000 φορές πιο ασθενής από την Ισχυρή. Για τη Βαρυτική Αλληλεπίδραση, πραγματικά η ισχύς της είναι τραγικά μικρή: είναι 1038 (η μονάδα ακολουθούμενη από 38 μηδενικά!) φορές πιο ασθενής από την Ισχυρή. Γι' αυτό ακριβώς η βαρυτική αλληλεπίδραση δεν παίζει κανένα ρόλο στα πειράματα που γίνονται με στοιχειώδη σωματίδια. Την "σκεπάζουν" κυριολεκτικά οι άλλες αλληλεπιδράσεις. Το αποτέλεσμα είναι να μην μπορούμε να έχουμε από αυτά τα πειράματα στοιχεία για τη βαρυτική αλληλεπίδραση. Μόνο σε πειράματα όπου επεισέρχονται τεράστιες μάζες (αστέρων ή γαλαξιών) έχουμε τη δυνατότητα να δούμε τα αποτελέσματα αυτής της αλληλεπίδρασης
Το πάντρεμα των δυο μεγάλων επιτεύξεων του 20 αιώνα, της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και της Κβαντομηχανικής μας οδηγεί στην έννοια του φορέα (διαδότη) της αλληλεπίδρασης. Πράγματι, η Θεωρία της Σχετικότητας απαγορεύει την μετάδοση πληροφορίας με ταχύτητα μεγαλύτερη αυτής του φωτός ( περίπου 300 000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο). Αυτό σημαίνει, για παράδειγμα, ότι αν έχουμε ένα φορτισμένο σωματίδιο και έξαφνα εμφανιστεί ένα δεύτερο, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ τους δεν αναπτύσσεται ακαριαία. Ακριβώς, το σωματίδιο-φορέας αναλαμβάνει αυτή τη δουλειά. Για κάθε αλληλεπίδραση υπάρχει ένας ή περισσότεροι φορείς, των οποίων η ανταλλαγή κάνει τα σωματίδια να "αισθάνονται" την αλληλεπίδραση. Για την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση ο φορέας είναι το φωτόνιο. Η θεωρία που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ φορτισμένων σωματιδίων με την ανταλλαγή φωτονίων ονομάζεται Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (Quantum Electrodynamics, QED) και αποτελεί έναν από τους θριάμβους του ανθρώπινου πνεύματος. Περιγράφει με εκπληκτική ακρίβεια τις ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις των στοιχειωδών Σωματιδίων. Πατέρες της Κβαντικής Ηλεκτροδυναμικής θεωρούνται οι Φαϊνμαν (R. Feynman), Σβίνγκερ (J. Schwinger) και Τομονάγκα (S. Tomonaga).
Φορείς έχουν και οι άλλες αλληλεπιδράσεις. Η συνεπής περιγραφή της ασθενούς αλληλεπίδρασης απαιτεί την ύπαρξη τριών φορέων: Z0, W- και W+ (ο πρώτος ηλεκτρικά ουδέτερος ενώ οι άλλοι δυο αρνητικά και θετικά φορτισμένοι αντίστοιχα). Η ισχυρή αλληλεπίδραση, στο επίπεδο των κουάρκ, απαιτεί οκτώ φορείς που ονομάζουμε γκλουόνια (gluons) τα οποία ανταλλάσσονται μεταξύ των κουάρκ. Τέλος η βαρυτική αλληλεπίδραση, παρόλο που δεν έχουμε μια συνεπή θεωρία περιγραφής της ανάλογη με τις άλλες αλληλεπιδράσεις, πιστεύουμε ότι έχει τον δικό της φορέα: το βαρυτόνιο.
Η έννοια της Ενοποίησης μπορεί να θεωρηθεί ως μια έμμονη ιδέα, όχι μόνο των Φυσικών, αλλά και πολλών άλλων ερευνητικών τομέων, ενώ ταυτόχρονα οι ρίζες της είναι πολύ παλιές. Με απλά λόγια θα λέγαμε ότι η ενοποίηση προσπαθεί να περιγράψει "όσο το δυνατόν πιο πολλά χρησιμοποιώντας όσο το δυνατόν πιο λίγα". Η τετράδα του Αριστοτέλη φωτιά, νερό, αέρας και γη αποτελούσε μια πρώτη ενοποίηση περιγραφής της ύλης. Η πρώτη σοβαρή ενοποίηση έγινε δυστυχώς πολύ αργότερα: μόλις τον 17ο αιώνα ο Νεύτωνας (I.Newton) ενοποίησε την ουράνια με την επίγεια μηχανική. Την επόμενη ενοποίηση την πραγματοποίησε ο Μάξουελ (J.C. Maxwell) τον 19ο αιώνα που περιέγραψε με τις τέσσερις περίφημες εξισώσεις του όλα τα γνωστά έως τότε (και όσα εμφανίστηκαν στο μέλλον!) φαινόμενα του ηλεκτρισμού και του μαγνητισμού και καθιέρωσε αυτό που σήμερα αποκαλούμε ηλεκτρομαγνητισμό. Στις αρχές του 20ου αιώνα ο Αϊνστάιν (A. Einstein) ενοποίησε το χώρο και το χρόνο με την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας, ενώ η τελευταία ενοποίηση παρουσιάστηκε στα 1967 και περιλαμβάνει την ηλεκτρομαγνητική και την ασθενή αλληλεπίδραση ως διαφορετικές όψεις μιας ενιαίας δύναμης: της ηλεκτρασθενούς. Μετά από πολλές θετικές πειραματικές ενδείξεις, το 1982 ανακαλύφθηκε στο Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων, CERN (στη Γενεύη), το σωματίδιο Z0, ο φορέας της ασθενούς αλληλεπίδρασης, με όλες τις ιδιότητες που προέβλεπε η νέα θεωρία. Οι δημιουργοί της Θεωρίας: Γκλάσοου (S. Glashow), Σαλάμ (A. Salam) και Ουάϊνμπεργκ (S. Weinberg) είχαν ήδη τιμηθεί με το βραβείο Νομπέλ, ενώ τους ακολούθησαν για την ανακάλυψη του Z0 οι Ρούμπια (C. Rubbia) και Βαν ντερ Μερ (S. van der Meer)

Από τη Μεγάλη Έκρηξη έως σήμερα.


Συνδυάζοντας σήμερα τις γνώσεις που έχουμε αποκτήσει από την Φυσική των Στοιχειωδών Σωματίων και την Αστρονομία-Αστροφυσική μπορούμε να ανασυνθέσουμε το πάζλ της δημιουργίας του κόσμου μας.
Όλα ξεκίνησαν περίπου πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια όταν έλαβε χώρα μια τρομακτική έκρηξη γνωστή σήμερα ως η Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang). Κατά την στιγμή εκείνη από ένα σημείο ξεχύθηκε με βίαιο τρόπο μία εξαιρετικά πυκνή μορφή ύλης, δημιουργώντας παράλληλα τον χώρο και τον χρόνο μέσα στον οποίο ζούμε και ο οποίος ακόμη διαστέλλεται.
Όσο και εάν φαίνεται παράξενο η ζωή και η εξέλιξη του σύμπαντος στο οποίο ζούμε καθορίσθηκε κατά το πρώτο δευτερόλεπτο αμέσως μετά την Μεγάλη Έκρηξη. Τα πρώτα σημαντικά στάδια στην εξέλιξη του σύμπαντος είναι τα ακόλουθα:

* 10-43 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: η δράση ξεκινά. Κατά την χρονική αυτή στιγμή το σύμπαν έχει διάμετρο μόλις 10-32 εκατοστά και θερμοκρασία 1032 βαθμούς Κελσίου! Οι τέσσερις δυνάμεις στη φύση (η Βαρυτική, η Ηλεκτρομαγνητική, η Ασθενής και η Ισχυρή Πυρηνική δύναμη) είναι ενοποιημένες. Το σύμπαν αποτελείται από ένα εξωτικό μίγμα σωματίων και αντισωματίων. Είναι η στιγμή κατά την οποία το σύμπαν περνά την πρώτη σημαντική “αλλαγή φάσης” κατά την οποία η Βαρυτική δύναμη διαχωρίζεται από τις υπόλοιπες τρεις δυνάμεις στη φύση.
Για την καλύτερη κατανόηση των αριθμητικών μεγεθών που αναφέρονται στο παρόν κείμενο διευκρινίζεται ότι ο χρόνος των 10-43 δευτερολέπτων είναι 10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 μικρότερος από το ένα δευτερόλεπτο, η διάμετρος του σύμπαντος των 10-32 εκατοστών είναι 1.000.000.000.000.000.000.000.000 μικρότερη από έναν πόντο (εκατοστό του μέτρου) και η θερμοκρασία των 1032 βαθμούς Κελσίου είναι ίση με 1.000.000.000.000.000.000.000.000 οC.
* 10-35 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: ξεκινά η διόγκωση (inflation). Είναι η στιγμή κατά την οποία η Ισχυρή Πυρηνική δύναμη προσπαθεί να διαχωριστεί από την Ηλεκτρομαγνητική, και την Ασθενή Πυρηνική. Η φυσαλίδα η οποία περιέχει το σύμπαν διογκώνεται με τρομακτική ταχύτητα και αποκτά το μέγεθος μιας μπάλας του τένις. Κατά την διάρκεια αυτής της ταχύτατης διόγκωσης το σύμπαν “δανείζεται” ενέργεια από το κενό δημιουργώντας περισσότερα σωμάτια. Η Ισχυρή Πυρηνική δύναμη διαχωρίζεται τελικά από τις υπόλοιπες. Είναι η δεύτερη σημαντική “αλλαγή φάσης” στην ιστορία του σύμπαντος.
* 10-32 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: η διόγκωση σταματά. Είναι η στιγμή κατά την οποία η ταχύτατη διόγκωση του σύμπαντος σταματά και το σύμπαν ξαναγυρνά στην κανονική του διαστολή. Υπάρχουν δύο είδη σωματίων στο σύμπαν: τα κουάρκ τα οποία αλληλεπιδρούν κάτω από την Ισχυρή αλληλεπίδραση και τα λεπτόνια τα οποία αλληλεπιδρούν κάτω από την Ηλεκτρασθενή δύναμη (δηλαδή την ενοποιημένη Ηλεκτρομαγνητική και Ασθενή Πυρηνική αλληλεπίδραση).
* 10-11 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: η Ηλεκτρασθενής δύναμη διαχωρίζεται. Η θερμοκρασία του σύμπαντος πέφτει κάτω από 1015 βαθμούς Κελσίου (1.000.000.000.000.000 οC).. Η Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση διαχωρίζεται από την Ασθενή Πυρηνική. Είναι η τρίτη σημαντική “αλλαγή φάσης” στην ιστορία του σύμπαντος. Οι φορείς της Ασθενούς Πυρηνικής δύναμης είναι τα σωματίδια W και Z τα οποία ανακαλύφθηκαν στο CERN το 1983. Ο φορέας της Ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης είναι το φωτόνιο.
* 10-6 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: η εξαϋλωση των κουάρκς. Όσο η θερμοκρασία στο σύμπαν είναι πάνω από 1013 βαθμούς Κελσίου τα κουάρκς και τα αντικουάρκς δημιουργούνται με υλοποίηση ενέργειας. Στη συνέχεια αλληλεπιδρούν με άλλα υπάρχοντα σωματίδια. Όταν όμως ένα κουάρκ συναντά ένα αντικουάρκ τότε αυτά εξαϋλώνονται. Κατά την διάρκεια αυτή της περιόδου έχουμε συνεχή παραγωγή και εξαΰλωση κουάρκς και αντικουάρκς. Όταν όμως η θερμοκρασία στο σύμπαν πέσει κάτω από τους 1013 βαθμούς Κελσίου η παραγωγή των κουάρκς σταματά και όλα δείχνουν πως η ύλη γενικότερα τείνει να εξαφανιστεί από την συνεχή εξαΰλωση κουάρκς και αντικουάρκς.
* 10-4 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: παραβίαση της συμμετρίας CP και η δημιουργία των πρωτονίων και των νετρονίων. Αυτή τη χρονική στιγμή και ενώ όλα δείχνουν ότι οδηγούμαστε σε ένα σύμπαν χωρίς ύλη, τελικά τα κουάρκς (ύλη) υπερισχύουν των αντικουάρκς (αντι-ύλη). Αυτό συμβαίνει γιατί στη φύση παρουσιάζεται μια μικρή παραβίαση της θεμελιώδους συμμετρίας CP (Συζυγίας Φορτίου – Αντιστροφής στο Χώρο). Η παραβίαση της συμμετρίας CP έχει παρατηρηθεί σήμερα πειραματικά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα εναπομείναντα κουάρκς να συνενωθούν μεταξύ τους να και να δημιουργήσουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια, την ύλη δηλαδή από την οποία αποτελούμαστε. Κατά την χρονική αυτή στιγμή το σύμπαν έχει το μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος.
* 1 δευτερόλεπτο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη: τα σωματίδια νετρίνα διαφεύγουν. Τα νετρίνα τα οποία έχουν δημιουργηθεί μέχρι τώρα σε τεράστιους αριθμούς αλληλεπιδρούν συνεχώς με άλλα σωμάτια μέσω των Ασθενών Πυρηνικών αλληλεπιδράσεων. Στο τέλος του πρώτου δευτερολέπτου η Ασθενής Πυρηνική αλληλεπίδραση, λόγω της συνεχούς αύξησης του μεγέθους του σύμπαντος, γίνεται τόσο ασθενής ώστε τα νετρίνα σταματούν να αλληλεπιδρούν και έκτοτε περιφέρονται ελεύθερα στο σύμπαν σε τεράστιους αριθμούς.
* Στα 100 δευτερόλεπτα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη αρχίζει η δημιουργία των πρώτων στοιχείων. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αρχίζουν να συνενώνονται και να δημιουργούν πυρήνες του στοιχείου Ηλίου (He). Για τα υπόλοιπα 100.000 χρόνια δεν συμβαίνει τίποτε το ιδιαίτερο. Πυρήνες του στοιχείου Υδρογόνου, του στοιχείου Ηλίου και ίχνη πυρήνων μερικών άλλων ελαφριών στοιχείων αναμεμιγμένοι με ηλεκτρόνια και φωτόνια ψύχονται συνεχώς μέχρι την θερμοκρασία ενός φούρνου.
* Στα 300.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη το σύμπαν γίνεται διάφανο. Τα ελεύθερα έως τότε ηλεκτρόνια συλλαμβάνονται από τους πυρήνες και τα πρώτα άτομα δημιουργούνται. Τα φωτόνια δεν έχουν πλέον την κατάλληλη ενέργεια να σπάσουν τα άτομα και δεν απορροφούνται πλέον από την ύλη. Το σύμπαν για πρώτη φορά γίνεται διάφανο και γεμάτο φως.
* Στα 1.000.000 χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη εμφανίζονται οι πρώτοι γαλαξίες και το σύμπαν αρχίζει να παίρνει σιγά-σιγά την σημερινή του μορφή.
* Περίπου πριν από 12 δισεκατομμύρια χρόνια σε μια μικρή γωνιά του σύμπαντος ένα νεφέλωμα ύλης (από υδρογόνο και ήλιο) προϊόν της Μεγάλης Έκρηξης αρχίζει να καταρρέει βαρυτικά και να σχηματίζει ένα γαλαξία – τον δικό μας γαλαξία – ανάμεσα σε δισεκατομμύρια άλλους γαλαξίες. Στον γαλαξία αυτό γεννιούνται τα πρώτα άστρα τα οποία σύντομα πεθαίνουν εμπλουτίζοντας τον γαλαξία μας με βαρύτερα στοιχεία όπως οξυγόνο, άζωτο, άνθρακα, σίδηρο κτλ.
* Περίπου πριν από 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια σε μια μικρή γωνιά του γαλαξία μας ένα άστρο πεθαίνει δημιουργώντας μια τεράστια έκρηξη γνωστή ως σούπερ-νόβα. Η έκρηξη αυτή συμπιέζει ένα νεφέλωμα μεσοαστρικής ύλης το οποίο αρχίζει να καταρρέει βαρυτικά σχηματίζοντας στο κέντρο του ένα άστρο και γύρω του 9 πλανήτες. Το άστρο αυτό είναι ένα από τα 200 δισεκατομμύρια άστρα που απαρτίζουν τον γαλαξία μας. Είναι ο Ήλιος μας ενώ ο τρίτος πλανήτης είναι η Γη μας.
* Περίπου πριν από 3.5 δισεκατομμύρια χρόνια εμφανίζονται στη Γη μας οι πρώτοι μικροοργανισμοί ενώ τα πρώτα φυτά πριν από 600 εκατομμύρια χρόνια. Πριν από 460 εκατομμύρια χρόνια εμφανίζονται τα πρώτα ψάρια ενώ πριν από 400 εκατομμύρια χρόνια τα πρώτα αμφίβια. Οι πρώτοι δεινόσαυροι εμφανίστηκαν πριν από 240 εκατομμύρια χρόνια ενώ τα πρώτα θηλαστικά πριν από 58 εκατομμύρια χρόνια. Τέλος ο άνθρωπος εμφανίστηκε πριν από 2 εκατομμύρια χρόνια ένα πολύ μικρό συνολικά διάστημα στην ιστορία του σύμπαντος.
* Από την εποχή του Θαλή και του Αριστοτέλη έχουν περάσει περίπου 2500 χρόνια. Πολλά πράγματα έχουν αλλάξει στις αντιλήψεις μας σχετικά με το σύμπαν. Στα επόμενα χρόνια ο άνθρωπος δημιουργώντας μεγαλύτερους Επιταχυντές και τελειότερα Τηλεσκόπια θα δίνει περισσότερες και καλύτερα επιστημονικά τεκμηριωμένες απαντήσεις στα ερωτήματα που αφορούν την δημιουργία και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Βιβλιογραφία:

1. “The First Tree Minutes”, Steven Weinberg, Basic Books, Inc., Publishers, NY.
2. “A Brief History of Time”, Stephen Hawking, Bantam Books.
3. “The Big Bang”, Joseph Silk, W.H. Freeman and Company, NY.
4. “The Search for Infinity”, G. Fraser, Reed Consumer Books Limited.
5. “Modern Astrophysics”, B.W.Carrol and D.A.Ostlie, Addison-Weslay.

Διαδικτυακοί Τόποι:

1. http://www.cern.ch Το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Φυσικής Σωματιδίων, CERN.
2. http://www.nasa.com Η Αμερικανική NASA.

Σημείωμα σύνταξης:
Οι φωτογραφίες είναι δημιούργημα του Λάζαρου Σακελλαρίου.

Φωτογραφίες: