Suur pauk (4)

Tallinna XXX Gümnaasium
Suur Pauk
Referaat
Autor: xxx xxx
Klass: 12
Tallinn 2010

Sisukord

Sisukord 2
Sissejuhatus 3
Suur Pauk 4
Pärast Suurt Pauku 5
Suure Paugu ajajoon 5
Hubble'i seadus ehk punanihe ning Universumi paisumine 7
Kokkuvõte 8
Kasutatud kirjandus 9
Lisad 10

Sissejuhatus

Tühjus . Siis polnud olemas isegi aega. Kõik algas olematusest. Alati on inimesed juurelnud Universumi sünni üle, isegi siis, kui neil selleks vajalikke teadmisi ega tehnilisi võimalusi ei polnud. Kõik tsivilisatsioonid ja religioonid on püüdnud seda omal kombel seletada. Tänapäeva astronoomise selgitus põhineb Suure Paugu teoorial. See koosneb reast teaduslikest hüpoteesidest, mida kinnitavad vaatlused
Oma töös seletan lahti, mida see teooria endast kujutab, millised on selle tõendid ning mis toimus pärast Suurt Pauku.

Suur Pauk

Suur Pauk oli hüpoteetiline sündmus, mis toimus erinevate andmete kohaselt 13,7-15 miljardit aastat tagasi: universum hakkas kujuteldamatult tihedast olekust plahvatuslikult paisuma. Seda loetakse kosmoloogia standardmudelis universumi alguseks. Sellele sündmusele pani nime „Suur Pauk“ kuulus inglise kosmoloog Fred Hoyle.
Suure Paugu teooria käsitleb ka Universumi varajast arengut pärast Suurt Pauku. Suur Pauk ei olnud " plahvatus " olemasolevas ruumis, vaid mateeria , ruumi ja aja ühine tekkimine algsest singulaarsusest. Seetõttu siis ei saa Suurt Pauku ennast seni tuntud füüsikateooriate abil kirjeldada.
Suure Paugu teooria seletab järgmisi vaatlusandmeid:

• Galaktikate punanihe, Universumi senine paisumine
  
• Universumi mikrolainetausta spekter
  
• Tähtede vanuse piir umbes 13 miljardi aasta juures
  
• Keemiliste elementide ja nende isotoopide levik kosmoses (eriti vesiniku, deuteeriumi ja heeliumi isotoobid )
  

Pärast Suurt Pauku

Suure Paugu teooria järgi hakkas mateeriaga täidetud universum pärast Suurt Pauku paisuma, ning see paisumine jätkub. Paisumine on vaadeldav Hubble´i seose kaudu, mis ütleb, et mida kaugemal mingi galaktika meist on, seda kiiremini ta meist eemaldub.
Suure Paugu alghetkeks loetakse tavaliselt ajahetke 10-43 sekundit.
Teadaolevad füüsikateooriad ei ole Suurele Paugule lähedase aja kohta rakendatavad, ning seega puudub Suure Paugu üldtunnustatud teooria. Kui rakendada teadaolevaid füüsikaseadusi olukorrale vahetult pärast Suurt Pauku, tuleb välja, et Universum pidi paisumise esimeste sekundi murdosade jooksul läbima mitu ülilühikest faasi. Et tollastel osakestel olid väga suured kiirused ning nende omavahelised kaugused olid väga väikesed, sai nendes toimuda suurel hulgal sündmusi.
Väga elementaarsetest kaalutlustest tuleneb, et tihedus pidi alguses olema ligikaudu 1094 g·cm–3 ja temperatuur ligikaudu 1032 K. Ühendväljateooriate (supergravitatsiooni teooria) järgi olid esimesel hetkel kõik neli teadaolevat looduse põhijõudu (vastasmõju) - gravitatsioon , tugev vastasmõju ehk värvivastasmõju, elektromagnetiline vastasmõju ja nõrk vastasmõju - ühendatud üheksainsaks algjõuks.
Paisumise alguse lõpuga eraldus gravitatsioon kui omaette jõud. Kolm ülejäänud vastasmõju moodustasid ühendmudeli ehk Suure Ühenduse. Hiljem leidis aset veel kaks vastasmõjude eraldumist seoses sümmeetria rikkumistega.
Kõrge temperatuuri tõttu leidis aset osakeste ning kiirguse kujul eksisteeriva energia vastastikune muundumine relatiivsusteooria valemi E=mc² järgi. Sealjuures ei olnud aine ja kiirgus alati soojuslikus tasakaalus.

Suure Paugu ajajoon

• Universumi vanuses 10–36 s langes temperatuur umbes 1027 kelvinile. (Ühendmudeli põhjal oletatakse, et sellel temperatuuril eraldus tugev vastasmõju ühendmudeli ühtsest vastasmõjust).
  
• Ajavahemikus 10–35...10–33 s leidis aset laienemine umbes 1050 korda. (See valguse kiirust ületav Universumi paisumine ei ole relatiivsusteooriaga vastuolus, sest viimane keelab ainult valguse kiirust ületavat liikumist ruumis, mitte ruumi enda paisumist , mis valguse kiirust ületab). Selle käigus paisati igas suunas laiali mateeriat ja antimateeriat, toimusid väga keerulised ja ainulaadsed protsessid. Universumit täitis nn kuum ürggaas. Termodünaamika seadustele vastavalt paisuv universum jahenes ning selle tihedus vähenes.
  
• Pärast 10–33 s langes temperatuur 1025 kelvinile. Selle tulemusel moodustusid tänapäeva kõrgemat järku algosakesed : kvargid , antikvargid , elektronid ja footonid . Nendest said meile tuttava mateeria ja elu ehituskivid.
  
• Pärast 10–15 s tõusis temperatuur mõningate teadlaste arvates lühikeseks ajaks nii kõrgele , et kiirgusest sai veel kord tekkida raskeid osakesi. Et aga temperatuur üsna ruttu jälle langes, lagunesid ka need osakesed jälle.
  
• Pärast 10–12 s oli universum jahtunud 1016 kelvinile. Elektronõrk vastasmõju lagunes nõrgaks ja elektromagnetiliseks vastasmõjuks. (Sellega oli algse vastasmõju lagunemine neljaks tuntud fundamentaalseks vastasmõjuks lõpule jõudnud).
  
• Pärast 10–6 s oli temperatuur 1013 K. Kvargid ei saanud enam vabade osakestena eksisteerida, vaid ühinesid hadroniteks. Temperatuuri langedes raskemad hadronid lagunesid ning lõpuks jäid üle prootonid ja neutronid ning nende antiosakesed.
  
• Pärast 10–4 s oli temperatuur langenud 1012 kelvinile. Enamik prootoneid ja neutroneid annihileerus kokkupõrgetel oma antiosakestega; järele jäi vaid väga väike osa, säilis 1 osake miljardist. Need prootonid ja neutronid moodustavadki suurema osa tänapäeval tuntud ainest - barüonainest. Tihedus langes 1013 g·cm–3-le, mis oli ikka veel tohutu suur.
  
• Pärast 10 sekundit, temperatuuridel alla 109 K, ühinesid prootonid ja neutronid tuumasünteesis esimesteks aatomituumadeks, milleks oli heeliumi tuumad . Lisaks tekkisid veel vesiniku tuumad Seda protsessi nimetatakse ürgseks tuumasünteesiks.
  
• 5 minuti pärast oli aine niipalju hõrenenud, et tuumasüntees vaibus. Järelejäänud vabad neutronid ei olnud stabiilsed ning järgmiste minutite jooksul lagunesid nad prootoniteks ja elektronideks.
  
• Seni moodustas elektromagnetkiirgus põhiosa kosmose energiatihedusest. Ent paisumisega seotud temperatuuri alanemisel see aina vähenes. Aine energiatihedus kahanes seisumassi tõttu tunduvalt aeglasemalt. Umbes 200 000 aasta pärast ületas aine osatähtsus Universumi koguenergias kiirguse oma.
  
• Kiirgus oli pidevas vastastikuses toimes vabade laengutega. Universum oli seetõttu läbipaistmatu.
  
• Algfaasis oli kiirgus pidevas vastastikuses toimes vabade laengutega. Universum oli seetõttu läbipaistmatu. Umbes 300 000 aasta pärast oli temperatuur langenud umbes 3600 kelvinile. Selle väärtuse juures moodustasid aatomituumad ja elektronid stabiilseid aatomeid Footonite vastastikune toime neutraalsete aatomitega muutus väikeseks, nii et valgus sai nüüd hakata üha enam takistamatult levima. Universum muutus läbipaistvaks.
  
• 300 miljoni aasta pärast tekkisid paljud galaktikad . Tegu oli galaktikatega, mille keskmes oli must auk, kuhu paiskus suur hulk ainet, mis tõi kaasa tohutu hulga kiirguse väljumise.
  
• Gaasipilved olid nüüd nii tihedaks muutunud, et moodustusid tähed ja kerasparved. Tähtedes moodustusid nüüd tuumasünteesi teel kõik raskemad keemilised elemendid kuni rauani.
  
• Raskemad tähed plahvatasid juba mõne miljoni aasta pärast supernoovadena. Plahvatustega sattusid tähtedevahelisse ruumi rauast raskemad elemendid.
  
• 9 miljardit aastat pärast Suurt Pauku kollabeerus meie Galaktika serval gaasist ja tolmust koosnev pilv, mis sisaldas supernoova plahvatusest järele jäänud materjali. Sellest tekkis meie Päikesesüsteem oma planeetidega .
  

Hubble'i seadus ehk punanihe ning Universumi paisumine

Kui Hubble hakkas süstematiseerima galaktikaid, avastas ta, et galaktikad liiguvad teineteisest eemale kiirusega, mis on võrdeline nende kaugusega. Mida kaugemal galaktikad paiknevad, seda kiiremini kihutavad need eemale (vt. Lisa 1).
1929. aastal jõudis ta Hubble'i seaduse ehk punanihke seaduse sõnastamiseni. See kujutab endast empiirilist seadust, mille järgi galaktikate eemaldumiskiirus v on võrdeline nende kaugusega r: v=Hr, kus H on Hubble'i konstant.
Jäädvustades tähevalguse värvilist kujutist, saavad astronoomid teada, kui kiiresti täht liigub. Kui täht liigub vaatlejast eemale, siis on tähelt lähtuvad valguslained väljaveninud. See põhjustab kujutise nihkumist spektri punase otsa poole. Selle niinimetatud punanihke suuruse järgi saab kindlaks teha tähe liikumise kiiruse. Kaugemal olevatel galaktikatel on suurem punanihe. (vt. Lisa 2)

Kokkuvõte

Suur Pauk oli hüpoteetiline sündmus, mis toimus erinevate andmete kohaselt 13,7-15 miljardit aastat tagasi: universum hakkas kujuteldamatult tihedast olekust plahvatuslikult paisuma. Suur Pauk ei olnud "plahvatus" olemasolevas ruumis, vaid mateeria, ruumi ja aja ühine tekkimine algsest singulaarsusest. Seetõttu siis ei saa Suurt Pauku ennast seni tuntud füüsikateooriate abil kirjeldada.
Suure paugu teooria kinnitusteks saame lugeda galaktikate punanihet, millele annab kinnitust Hubble’i seadus, universumi mikrolainetausta spektrit, tähtede vanuse piiri umbes 13 miljardi aasta juures ja keemiliste elementide ja nende isotoopide levikut kosmoses.
Kohe pärast Suurt Pauku oli Universum kuum mateeria ja energia segu. Algas paisumine. Mõne miljardi sekundi jooksul langes temperatuur mitme miljardi kraadi võrra. Pidevad rõhu- ja temperatuurimuutused põhjustasid elementaarosakeste muutusi. Universum muutus ebastabiilseks ning paisus kiiresti. Miljondik sekund pärast Suurt Pauku tekkisid esimesed meile teadaolevast ainest koosnevad „elementaartelliskivid“. Veidi hiljem tekkisid esimesed aatomituumad – heeliumi tuumad.
Universumi jahtudes ja rõhu alanedes ületas aine osatähtsus energias peagi kiirguse oma. Mitmesaja tuhande aasta pärast moodustasid aatomituumad ja elektronid stabiilseid aatomeid ning seetõttu Footonite vastastikune toime neutraalsete aatomitega muutus väikeseks, nii et valgus sai nüüd hakata üha enam takistamatult levima. Universum muutus läbipaistvaks.
Aja jooksul tekkisid Mustade Aukude ümber galaktikad ning neis omakorda tihedad gaasikerad – tähed, milles hakati sünteesima rakseid elemente. 9 miljardit aastat pärast Suurt Pauku kollabeerus meie Galaktika serval gaasist ja tolmust koosnev pilv, mis sisaldas supernoova plahvatusest järele jäänud materjali. Sellest tekkis meie Päikesesüsteem oma planeetidega.

Kasutatud kirjandus

• „Noorte avastusretk“ Gallimard-Larousse (lk 4-5)
  
• http://et.wikipedia.org/wiki/Suur_Pauk
  
• http://en.wikipedia.org/wiki/Big_bang
  
• http://www.maamuna.ee/ru/artiklid/astronoomia/suur-pauk
  
• http://74.125.77.132/search?q=cache:nQgoKPUd1MkJ:fyysika.matefus.pri.ee/galaktikad.ppt+suur+pauk&cd=77&hl=et&ct=clnk&gl=ee&client=firefox-a
  
• http://74.125.77.132/search?q=cache:1zBurwGxg2QJ:www.physic.ut.ee/kfk/FMP_06_Kosmoloogia.doc+suur+pauk&cd=83&hl=et&ct=clnk&gl=ee&client=firefox-a
  
• http://wapedia.mobi/et/Edwin_Powell_Hubble
  
• http://wapedia.mobi/et/Hubble%27i_seadus
  
• http://wapedia.mobi/et/Suur_Pauk
  

Pildid:

• http://wapedia.mobi/thumb/070414626/et/fixed/470/352/20-18.jpg?format=jpg
  
• http://www.astronomynotes.com/galaxy/hubblaw-anim.gif
  

Lisad

Lisa 1. Hubble'i seadus
Lisa 2. Kaugemal olevatel galaktikatel on suurem punanihe.
11