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.
