Co nazywamy Wielkim Wybuchem?

Obejrzyj grafikę interaktywną o ewolucji wczesnego Wszechświata.

RqngdvnVd6Juo
Ilustracja interaktywna 1. Era Plancka Nic nie wiemy o tym okresie., 2. Inflacja Gwałtowne przyspieszenie ekspansji Wszechświata, który w ułamku sekundy powiększa się 1050 razy., 3. Plazma kwarkowo-gluonowa Temperatura 1027K jest zbyt wysoka, aby mogły istnieć protony i neutrony. Ich składniki - kwarki tworzą wraz z gluonami "zupę"., 4. Powstanie hadronów Temperatura 1015K pozwala już na łączenie się kwarków w protony, neutrony i inne cięższe hadrony.**, 5. Nukleosynteza Temperatura zmniejsza się od 1010K do 108K, co umożliwia łączenie się protonów i neutronów i powstawanie najlżejszych jąder: deuteru i helu., 6. Materia w postaci plazmy, nieprzezroczysta dla promieniowania Fotony oddziałują z wolnymi elektronami i jądrami atomowymi, wymieniając z nimi energię i zmieniając wciąż kierunek ruchu., 7. Pierwsze atomy Temperatura około 3000K. Protony i jądra helu przyłączają elektrony w procesie rekombinacji. Tworzą się atomy i materia staje się przezroczysta dla promieniowania elektromagnetycznego., 8. Promieniowanie tła Wszechświat wypełnia promieniowanie tła, którego temperatura do chwili obecnej zmniejszyła się tysiąc razy od 3000K do 3K, a długość fali promieniowania zwiększyła się tysiąc razy i obecnie promieniowanie to jest w zakresie mikrofalowym.
Źródło: Politechnika Warszawska, Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.

Opis grafiki interaktywnej
Ilustracja przedstawia rysunek, na którym widoczne są kolejne etapy tworzenia się wszechświata po Wielkim Wybuchu. Do każdego z etapów przyporządkowana jest cyfra po kliknięciu której pojawiają się szczegółowe informacje. Z lewej strony, w postaci czerwonego nieregularnego kształtu widoczny jest Wielki Wybuch. Przyporządkowano do niego cyfrę jeden. Po kliknięciu cyfry jeden widoczna jest informacja, iż pierwsze chwile po Wielkim Wybuchu opisane zostały, jako Era Plancka. Naukowcy nie wiedzą nic na temat tego etapu tworzenia się wszechświata. Z prawej części czerwonego kształtu obrazującego Wielki Wybuch wychodzi promień w  prawą stronę. Opisano go, jako inflacja i przypisano do niego cyfrą dwa. Po kliknięciu cyfry dwa pojawia się informacja, że w trakcie inflacji nastąpiło gwałtowne przyspieszenie ekspansji wszechświata, w którym powiększył się jego rozmiar dziesięć do potęgi pięćdziesiątej razy. Kolejne etapy ewolucji wszechświata przedstawione są jako części ściętego stożka, rozchodzące go się w prawą stronę. Kolejny etap ewolucji wszechświata podpisany jest jako plazma kwakowo‑gluonowa. Do tego etapu przyporządkowano cyfrę trzy. W  tej części stożka widoczna jest kula złożona z mniejszych, zielonych, czerwonych oraz niebieskich kulek symbolizujących kwarki. Wokół kuli rozchodzą się promieniście czerwone fale. Etap ten trwał do dziesięć do potęgi minus dziewiątej sekundy po wielkim wybuchu. Podczas tego etapu tworzenia się wszechświata temperatura wynosiła dziesięć do potęgi dwudziestej siódmej Kelwina. Temperatura ta jest zbyt wysoka, by mogły istnieć nukleony takie jak protony i neutrony. Ich składniki, czyli kwarki, tworzą coś na pozór zupy materii. Kolejna era tworzenia się wszechświata podpisana została jako powstanie hadronów. Trwała ona do czasu dziesięć do potęgi minus czwartej sekundy po wielkim wybuchu. Przyporządkowano do niej cyfrę cztery. W tej części stożka widoczny jest czerwony owalny kształt, wewnątrz którego widać trójkąty równoboczne, w których wierzchołkach znajdują się kwarki. Kwarki widoczne są w postaci niebieskich, zielonych i czerwonych kulek. Wokół czerwonego, owalnego kształtu widoczne są promieniście rozchodzące się czerwone fale. Na tym etapie tworzenia się wszechświata temperatura wynosiła dziesięć do potęgi piętnastej Kelvina. Temperatura ta pozwala na łączenie się kwarków w protony, neutrony i inne ciężkie hadrony. Następnym etapem tworzenia się wszechświata jest nukleosynteza. Zakończyła się ona około trzech minut po wielkim wybuchu. Do tego etapu przyporządkowano cyfrę pięć. W tej części stożka widoczna jest część owalnego błękitnego kształtu, wewnątrz którego widoczne są nukleony. Nukleony widoczne są w postaci pomarańczowych i fioletowych kulek. Część nukleonów łączy się w jądra najlżejszych pierwiastków, takich jak deuter i hel. Po kliknięciu cyfry pięć pojawia się informacja, że łączenie się nukleonów jest możliwe, ponieważ temperatura wszechświata zmalała do przedziału pomiędzy dziesięć do potęgi ósmej do dziesięć do potęgi dziesiątej Kelvina. Poza nukteonami, wewnątrz niebieskiego, owalnego kształtu widoczne są czerwone falki symbolizująca energię. Część niebieskiego owalnego kształtu zawierającego nukleony wykracza poza erę nukleosyntezy. Dalsze etapy tworzenia się wszechświata, jaki znamy w  chwili obecnej trwały do trzystu osiemdziesięciu tysięcy lat od Wielkiego Wybuchu. Czas ten podzielony został na trzy sekcje. Pierwszą z nich podpisano jako materiał w postaci plazmy nieprzezroczysta dla promieniowania. Na tym etapie fotony oddziałują z  wolnymi elektronami i jądrami atomowymi, wymieniając z nimi energię i wciąż zmieniając swój kierunek ruchu. Do tego etapu przyporządkowano cyfrę sześć. Następny etap tworzenia się wszechświata to powstanie pierwszych atomów. Do tego etapu formowania się wszechświata przyporządkowano cyfrę siedem. W tej części stożka widoczny jest niebieski obszar w kształcie łuku, wygiętego w prawą stronę. Na tle tego kształtu widać jądra lekkich pierwiastków takich jak hel, widoczne w postaci zbitych czterech kulek symbolizujących nukleony. Dwa nukleony są pomarańczowe a dwa fioletowe. Wokół jąder helu widoczne są eliptyczne orbity narysowane czarnymi i ciągłymi liniami. Do tego etapu tworzenia się wszechświata przyporządkowano cyfrę siedem. Po kliknięciu cyfry siedem pojawia się informacja, że temperatura wszechświata spadła do trzech tysięcy Kelvinów. W tej temperaturze do jąder helu przyłączają się elektrony w procesie rekombinacji. Tworzą one pełne atomy i materia staje się przezroczysta dla promieniowania elektromagnetycznego. W dalszej części stożka widoczne są rozchodzące się promieniście czerwone fale. Symbolizują one powstanie promieniowania tła. Powstanie jąder pierwiastków cięższych nastąpiło w dalszym etapie tworzenia się wszechświata.

Polecenie 1

Wyjaśnij, dlaczego nukleosynteza pierwotna, czyli powstawanie pierwszych jąder atomowych, zakończyła się po trzech minutach i nie powstały jądra cięższe od helu.

R1SYJji6c8g5x
Ćwiczenie 1
Ćwiczenie alternatywne. Zaznacz odpowiedź poprawną: Na którym etapie tworzenia się wszechświata powstały nukleony? Możliwe odpowiedzi: 1. podczas inflacji, 2. w czasie powstawania hadronów, 3. podczas nukleosyntezy, 4. podczas powstawania pierwszych atomów