Universum Föreläsning 2A

Big bang Den stora smällen I dag ansluter sig i stort sett alla forskare till teorin om Big bang. Det finns bevis som talar för Big bang Att universum expanderar kan bevisas med hjälp av rödförskjutning. Bakgrundsstrålningen, det kosmiska brus som kan höras överallt i universum på en viss våglängd. Mängden lätta grundämnen stämmer med beräkningar av universums ålder.

Vad hände Big bang uppstod Då hela universum var tätt sammanpackad i en mycket liten volym. Stort som ett sandkorn. Om det fanns någon volym över huvud taget. Tillståndet kan beskrivas som supertätt och superhett

Precis efter den stora smällen var det så varmt att endast protonerna och neutronernas byggstenar kunde existera Det fanns bara kvarkar och leptoner (elektroner) En miljondels sekund senare har universum svalnat till 10 miljoner grader vilket gjorde att kvarkarna kunde bilda protoner och neutroner. En proton är ju en vätekärna, så väte hade bildats

Vad hände 3 minuter senare har temperaturen sjunkit till 1 miljongrader vilket gjorde det möjligt för heliumkärnor att bildas. Efter en kvart har alla universums heliumkärnor bildats. Det har även bildats små kärnor av lithium och beryllium. Även borkärnor har bildats. Det finns även fria elektroner.

Först 700 000 år senare har universum svalnat så pass mycket att atomkärnorna kunde suga åt sig de fria elektronerna. Men universum är mörkt. Det finns inga stjärnor, inget ljus. Först 400 miljoner år senare tänds den första stjärnan.

Inflationsteorin Universum uppstod ur en energisoppa Universum var supertätt och superhett Det är inte helt korrekt att påstå att universum uppstod ur en enda lite punkt. Eftersom universum var hoppackat i ett mycket litet område så uppstod den stora smällen överallt och samtidigt. Universum uppstod i alla punkter samtidigt.

Inflationsteorin Samtidigt expanderar universum oändligt snabbt Från det extremt lilla hoppackade universum till nästan dess nuvarande storlek på bråkdelen av en sekund

Vad fanns innan Big bang Många forskar väljer att besvara denna fråga med en motfråga: var fanns du innan du föddes? De menar att frågan är omöjlig att besvara eftersom vi inte kan veta. Andra menar att det har med vakuum att göra.

Innan Big bang Den antika beskrivningen av vakuum är att det är ett område där det inte finns några partiklar. Det är tomt. En mer modern beskrivning av vakuum är att det är tomt om man betraktar vakuum under en längre tid. Däremellan kan det ske saker.

Vakuum Man talar om energifluktuationer. Små små förändringar av energibalansen. Energi kan tillfälligt uppstå men lika snabbt försvinna. Einsteins formel E= mc2 säger att energi kan omvandlas till materia men även att materia kan uppstå ur energi. Så skulle dessa energifluktuationer kunna skapa materia?

Vakuum Uppstod Big bang i en energisoppa? Om sådana energifluktuationer kunde skapa Big bang är det då möjligt att flera Big bang kan ske? Det finns teorier om parallella universa. Det finns även teorier om multipla universa. Det ska understrykas att detta handlar om teorier. Och så länge de inte kan bevisas så är det teorier!

Lätta och tunga grundämnen I Big bang skapades kvarkar som sen byggde upp atomkärnor, väte kärnor. Lätta atomkärnor bildades. Var kommer de tyngre atomkärnorna ifrån? De skapas i supernovor.

Stjärnor I en stjärna finns framförallt två krafter. Den inåtriktade gravitationen av den samlade materiens sammanlagda gravitation Det finns även en utåtriktad kraft. Energin som skapas i fusionen när lätta vätekärnor slås samman till heliumkärnor. Den utåtiktade kraften, solvinden, kastar ut partiklar och elektromagnetisk strålning.

Balans Så länge det finns bränsle, vätekärnor. Finns en balans mellan in- och utåt riktade krafter. Vår sol som är relativt liten kommer att svälla upp till en röd jätte när bränslet tar slut. Den sväller upp så pass mycket att den omsluter de inre planeterna. Allt liv på jorden förintas. Detta beräknas ske om 4,5 miljarder år.

Balansen upphör När balansen mellan ut och inåtriktade krafter upphör tar gravitationen överhand och krymper solen till en liten vit dvärg. Detta sker i mindre stjärnor. Vad händer i större stjärnor, sådana som har 2-3 gånger så stor massa som vår sol?

Supernovor I mycket stora stjärnor kan balansen få ett abrupt slut. När bränslet tar slut förmår inte gravitationen att hålla ihop stjärnan. Stjärnan kollapsar helt. De utåt riktade krafterna tar över och kastar ut materian i ett ofantligt ljussken. Kvar blir en neutronstjärna, väldigt liten men enormt tätt packad materia.

Tunga grundämnen I en supernovaexplosion bildas stora mängder neutroner. Neutronerna tränger sig lätt in i större atomkärnor t.ex. järn. Dessa atomer med överskott av neutroner blir instabila och sönderfaller till t.ex. kobolt. De tunga grundämnena som finns i din kropp härstammar alla från supernovor. Alla består vi av stjärnstoft…

De tyngsta grundämnena De tyngsta grundämnena, guld eller uran, är så svåra att framställa att det finns teorier om att de kan ha uppstått ur en ännu häftigare reaktion. T.ex. då två neutronstjärnor kolliderar.