Ktoś mógłby zapytać, dlaczego właściwie warto zawracać sobie głowę pytaniami o sprawy dotyczące budowy wszechświata. Odpowiem takim sceptycznie nastawionym osobom, że sprawy związane z budową wszechświata dotyczą nas w większym stopniu aniżeli sądzimy.
Materia w gigantycznym uścisku
A dlaczego? W dużym uproszczeniu można powiedzieć, że wszelka materia występująca w nim powstała w jednej chwili, w określonym czasie. To znaczy mniej więcej tyle, że np. atomy, z których składam się ja, ty drogi czytelniku, te które tkwiły w ciele Juliusza Cezara, te które były częścią cegieł wielkiego muru chińskiego, czy w końcu te atomy z odległych gwiazd i galaktyk – wszystkie one 18 miliardów lat temu były z sobą zjednoczone w gigantycznym uścisku. Wszystkie one, jako formy przedatomowe, jednocześnie tkwiły w jednym określonym punkcie mniejszym niż czubek szpilki, by po chwili, w akcie Boskiego stworzenia, dać zaczyn temu, co dziś obserwujemy ponad naszymi głowami na nocnym niebie. A stało się to możliwe, ponieważ od chwili stworzenia nie powstał już nigdy żaden nowy atom ani też żaden nie został unicestwiony.
Sztuka Genesis
Wielki wybuch nastąpił jakieś 15-18 miliardów lat temu. Wówczas w teatrze Boskiego stworzenia wystawiono sztukę genesis. Aktorami występującymi weń były czas i przestrzeń, za dekoracje posłużyły niezmierzone oceany materii wypełniające z wolna pustkę. Na widowni w pierwszym rzędzie alegorycznego teatru zasiadł Stwórca jako reżyser i jedyny widz tego spektaklu. Sztuka od 18 miliardów lat nie schodzi z afisza prawdopodobnie przez pewien czas jeszcze tam pozostanie. „Samo stworzenie jest zarówno zależne od Boga jak i oddzielne od Boga. Bóg nie jest częścią stworzenia i stworzenie nie jest częścią Boga. Stworzenie nie jest rozszerzeniem Bożej natury. Stworzenie jest oddzielne od Boga. A Bóg stworzył wszechświat z niczego. Nie oznacza to, że istniała lub istnieje substancja zwana „nic”, której Bóg użył do stworzenia wszechświata. Znaczy to raczej, że Bóg spowodował istnienie wszechświata przez wysiłek swej woli. Nie wiemy jak to zostało zrobione, tylko Bóg to wie.” Te słowa wypowiedziane przez św. Augusta znakomicie obrazują to, w jakim niezwykłym dziele boskich rąk bierzemy udział.
Eksplozja dynamitu?
To może wydawać się niedorzeczne, ale dzięki wynikom badań nad pojedynczymi atomami udało się wyprowadzić analogię do losów wszechświata od bilionowych części sekundy jego istnienia, tj. T=0-43 potęgi s., poprzez kolejne jego fazy do dnia dzisiejszego. Proces stworzenia wszechświata zasadniczo obejmował dwie fazy składowe. Pierwsza obejmowała okres od T=0 i trwałą 3 minut, 46 sekund; druga faza obejmowała dłuższy czas, bo trwający 18 miliardów lat. Ale najbardziej zdumiewające jest to, że w pierwszych trzech minutach od Wielkiego Wybuchu w strukturze wszechświata zaszło wiele więcej znaczących zmian niż w pozostałych 18 miliardach lat.
Oczywiście mówiąc o Wielkim Wybuchu mogłaby się nam nasuwać na myśl analogia do eksplozji dynamitu w ciemnym pokoju. Ale jest to analogia błędna. Wielkiego Wybuchu nie należy wyobrażać sobie jako eksplozji z błyskiem światła i hukiem pędzącego powietrza. Nie istniały, bowiem fale akustyczne ani świetlne, nie było również czasu ani przestrzeni (powstały właśnie w momencie Wielkiego Wybuchu), a zatem wraz z rozszerzaniem się wszechświata rozszerzała się czasoprzestrzeń (tj. trzy wymiary fizyczne i czwarty czasowy).
Wszechświat zdominowany przez promieniowanie
Im bardziej będziemy się cofać w przeszłość do chwili T=0 (chwila stworzenia) tym trafimy na bardziej ekstremalne warunki początkowe. Obecnie w naturalnych warunkach materia ma największą gęstość w jądrach atomów. Dzięki temu stykające się cząstki mogą tworzyć pierwiastki chemiczne. Podobnie też działo się w pierwszych kilku minutach po Wielkim Wybuchu, co zadecydowało o późniejszych proporcjach wodoru i helu, jako podstawowego budulca materii w 98% z nich się składającej, w całym wszechświecie. Pewne zaczyny pierwiastków, w postaci cząstek elementarnych (protony, neutrony, neutrina, elektrony), powstawały w procesie reakcji jądrowych od T=0,0001 s, w temperaturze 1010 oC (bilion stopni Celsjusza), gdy gęstość materii wynosiła 1014 (100000000000000) gramów na centymetr sześcienny. To warunki, w których prawa fizyki klasycznej zawodzą. W okresie od 10-4 sekundy do około 0.1 sekundy wszechświat był zdominowany przez promieniowanie.
Ognista kula materii
W tamtej chwili gęstość materii we wszechświecie była cztery miliardy razy większa niż gęstość wody na Ziemi. Po czasie 0.1 s. temperatura spadła do 3010 o C, a gęstość materii była już tylko 30 milionów razy większa od gęstości wody. Ognista kula materii ewoluowała w ułamku sekundy, w takim tempie, że cząstki o czasie życia kilka minut były niemalże wieczne. Po tym okresie protony i neutrony oddzieliły się od promieniowania.
Po okresie około 3 minut 46 sekund jednorodna zupa promieniowania zmieniła się w mieszankę złożoną w 75% z wodoru i 25% z helu. Od T=0.01 s. 3 minuty i 2 sekundy po wielkim wybuchu wszechświat ostygł do temperatury 1000 000 000 oC. W temperaturze 900 000 000 stopni Celsjusza tj. 3 minuty 46 sekund od momentu zero rozpoczął się proces nukleosyntezy (reakcji jądrowej). Nukleosynteza doprowadziła do zamiany około 22% masy pierwotnego wodoru w hel. Po upływie 34 minut 40 sekund prawie wszystkie elektrony i pozytony uległy unicestwieniu i wszechświat wydawał się prawie tak pusty jak obecnie. Znikła prawie cała materia we wszechświecie. Wczesny wszechświat był jeszcze zbyt gorący, aby mógł powstać atom.
Następne 700 000 lat
Następnym etapem była era promieniowania trwająca 700 000 lat, podczas, której nie zachodziły istotne dla nas zmiany. Temperatura wszechświata musiała spaść do 4000 stopni Celsjusza, aby mogły powstać pierwsze atomy wodoru. Po milionie lat od wielkiego początku we wszechświecie dominowała materia i grawitacja. Wczesny wszechświat rozszerzał się szybko, bardzo szybko. Następnie tempo ekspansji wszechświata osłabło na skutek działalności sił grawitacyjnych. W ciągu ostatnich 10 miliardów lat przez większość czasu materia we wszechświecie istniała głównie w postaci gwiazd i galaktyk, a zmiany w wielkiej skali polegały na systematycznym oddalaniu się gromad galaktyk i chłodzeniu promieniowania tła kosmicznego. Poszczególne obiekty, z których składa się wszechświat, ciągle zmieniają się wskutek zachodzących w nim procesów fizycznych i chemicznych. Z materii międzygwiazdowej znajdującej się w galaktykach rodzą się gwiazdy, które następnie, w zależności od ich początkowej masy ewoluują szybciej lub wolniej, a czasami bardzo gwałtownie.
Prawdopodobnie wokół wielu gwiazd powstają planety, w których również zachodzą różne procesy prowadzące do ich zmian w czasie. Galaktyki – ogromne skupiska gwiazd i materii międzygwiazdowej także ewoluują i to nie tylko wskutek zmian w obiektach, z których się składają. Dochodzi do zderzeń galaktyk i ich łączenia się.
Stwórca i jego Wszechświat
Wszechświat jako całość również ulega ciągłym zmianom, podobnie jak poszczególne obiekty, z których się składa. Możemy więc mówić o ewolucji wszechświata jako całości. Zasadne były, więc pytania: kiedy powstał?, jak to się stało? jaka jest jego dotychczasowa historia i przyszłość? Ale te pytania nam nie mogą wystarczyć, jeśli chcemy uzyskać odpowiedź na pytanie, dlaczego nie jesteśmy sami w tej wszechogarniającej pustce wszechświata. Musimy zadać podstawowe pytanie: czemu wszechświat trudzi się własnym istnieniem? Czy wszechświat potrzebuje Stwórcy? Jeśli tak to, jaki wywiera On wpływ na losy swojego dziecka? Naukowcy zbyt zajęci byli zadawaniem pytań o, to jak jest zbudowany, zapominając o ważniejszej sprawie – o tym dlaczego istnieje. Ale odpowiedź na to pytanie wykracza daleko poza łamy fizyki klasycznej. Już dawno udzieliła jej metafizyka w tekstach objawionych. Więc nie trzeba jej szukać nader gorliwie.
* Jest to druga i ostatnia część „Stworzenia świata”. Pierwszą opublikowaliśmy w tym miejscu.