STRUKE:

svemir

svemir, sveukupnost svih čestica i energija sadržanih u prostoru i vremenu. Objektivni svemir fizički je prostor u kojem je utvrđeno postojanje zvijezda i njihovih pratilaca složenih u veće strukture, skupove zvijezda, galaktike, skupove galaktika i superskupove galaktika (klastere). Utvrđeno je i postojanje nevidljive tamne tvari i za sada neobjašnjive tamne energije, koja utječe na opće ponašanje svemira.

Pretežni su sastojci svemira elementi vodik (maseni udjel gotovo 75%) i helij (oko 25%), dok ostali elementi čine 1 do 2%. Uzevši da je masa prosječne zvijezde jednaka masi Sunca (2 · 1030 kg), u galaktikama se nalazi više stotina milijardi sunaca, a broj se i samih galaktika procjenjuje na više stotina milijardi. U kozmologiji se prešutno pretpostavlja da je vidljivi svemir samo dio cijeloga svemira. Uvodi se i naziv »multisvemir« kao hipotetička složenica od sastavnica koje su nalik našemu svemiru. Nema dokaza da je svemir doista konačan ili beskonačan. Današnji teleskopi postupno prodiru u područja s mlađim galaktikama u dalekom svemiru.

Prevladavajuća teorija postanka svemira tumači njegov postanak i razvoj u okviru kozmologije velikoga praska, koja opravdava opaženo širenje svemira – razmicanje svemirskih tijela i širenje prostora. Početak prostora i tvari označen je veoma vrućim i gustim sredstvom u kojem poznate fizikalne veličine gube smisao. Svemir se širi neujednačeno. U početcima se širio ubrzano – inflatorno, tako da su ubrzo bile izjednačene početne nehomogenosti i svemir je postao rijedak i hladan. Takvu rijetkomu svemiru primjeren je model Euklidove geometrije, odn. tzv. ravan prostor. Manje nepravilnosti ostale su vidljive u obliku galaktičke koncentracije materije (galaktike, skupovi i superskupovi galaktika) i u razlikama jakosti mikrovalnoga zračenja (→ pozadinsko zračenje) što su ga 1965. otkrili A. Penzias i R. Wilson. To se zračenje naziva mikrovalnim pozadinskim zračenjem ili reliktnim zračenjem, jer je ono zapravo relikt ranoga svemira.

Širenje svemira dokazuje se Dopplerovim efektom, koji ujedno astronomima služi za određivanje udaljenosti. Ekstrapolacija širenja u prošlost dovodi do spoznaje o tom da je nekada svemir bio mnogo gušći, tj. dovodi do pojma velikoga praska, u kojem je postignut fizički singularitet – beskonačna gustoća.

Standardni model velikoga praska ne može protumačiti sadašnju malu prosječnu gustoću svemira od približno 10–27kg/m³ (problem euklidskoga svemira), ne tumači ni jednaki sastav svemira u svim smjerovima do velikih daljina (tzv. problem horizonta) i ne tumači prostorne fluktuacije (nejednolikosti) u mikrovalnom zračenju. Te probleme tumači teorija inflacije ili napuhivanja (→ guth, alan harvey), koja je izmijenila neke postavke standardnoga modela svemira. Razlog za naglo, eksponencijalno širenje početnoga svemira (inflaciju) nađen je u energiji koja se krije u prijelazu između dviju faza tvari. Naime, fazama tvari smatra se s jedne strane sredstvo u kojem su sva međudjelovanja identična, tj. gdje nema razlike između gravitacijske sile i drugih sila. Najprije se gravitacijska sila odvojila od zajedničke elektroslabe sile i jake nuklearne sile, potom se razdvojila elektroslaba sila od jake nuklearne sile, a to je stanje koje je danas zatečeno. Prema proračunima, prijelazi između tih faza dali su dovoljno energije za inflatorno širenje svemira. Inflacija je trajala oko 10–32 s, za koje je vrijeme svemir porastao 1025 puta i postao praktički prazan. Nakon inflacije pojavio se vrući svemir s česticama tvari i zračenja. Za vrijeme vruće faze svemira, i još dugo nakon toga, širenje se svemira usporilo. Temperatura je zbog širenja padala, ionizirani plin postao je neutralan, tj. mogli su nastati atomi. Tada je slijedila era rekombinacije, kada je plin postao neutralan i veoma slaba sjaja. Stoga se javilo mračno doba. Od toga je trenutka svemir postajao proziran, polje fotona odvojilo se od polja tvari.

Prijelazom od ioniziranoga plina u neutralni plin mijenja se način prijenosa zračene energije. Ionizirani je plin za zračenje neproziran, a takav je nekada bio cijeli svemir. Plin koji se sastoji od neutralnih atoma apsorbira samo na određenom nizu valnih duljina. Prema teoriji, svemir je postao proziran 380 000 do 400 000 god. nakon velikoga praska, tj. prije približno 13,7 mlrd. godina. Do nas ne može izravno stići zračenje koje je vladalo u neprozirnome plinu, već jedino ono zračenje koje je emitirano u trenutku kada je svemir postao proziran. Ne možemo vidjeti dalje.

Mikrovalovi pristižu iz vremena rekombinacije, dakle neposredno prije mračnoga doba. Svemir se ponovno rasvijetlio kada su se pojavile prve zvijezde i galaktike; riječ je o reionizaciji. Nastavlja se čovjeku dobro poznat moderni svemir. Ostatak te primarne svjetlosti ohlađen je u obliku pozadinskoga mikrovalnoga zračenja s temperaturom jednakom 2,725 K.

Nejednolikosti gustoće tvari, prema teoriji inflacije, imaju kutne dimenzije oko 1°. Ako su kutne dimenzije manje od jednoga stupnja, svemir je otvorene geometrije (širi se zauvijek), u protivnom je svemir zatvoren (skupljat će se). Kutne dimenzije od ~1° odgovaraju ravnomu svemiru. Kutne dimenzije fluktuacija nađenih u mikrovalnom zračenju iznose 1°, što znači da je svemir ravan te da mu ukupna gustoća mase mora biti jednaka kritičnoj, koja iznosi 10–26 kg/m³. U jakosti zračenja nađene su razlike koje odgovaraju razlikama temperature od nanokelvina.

Jedan dio različite jakosti mikrovalnoga zračenja prouzročen je gibanjem Sunca u odnosu na polje zračenja, s relativnom brzinom od 350 km/s u smjeru zviježđa Lava. Nadalje, mjerenjima svojstava mikrovalnoga zračenja ustanovljen je omjer količine barionske i nebarionske tvari (→ temeljne čestice). Prema tim proračunima, masa nebarionske tvari četiri je puta veća od barionske. Kako vidljiva tvar pridonosi oko 4% kritičnoj gustoći, tamna tvar treba pridonijeti oko 22%. Prema tomu, vidljiva i tamna tvar, barionska i nebarionska, pridonose ukupno 26%. Kako mikrovalno zračenje potvrđuje sve izglede da je svemir ravan, potrebno je masu tvari nadopuniti do 100% kritične vrijednosti. Kao rješenje predložena je količina mase što odgovara energiji prozvanoj tamna energija, koja treba pridonijeti oko 74% mase ukupnoj svemirskoj masi.

svemir. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 20.2.2019. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=58981>.