1.6. Saznajte više o modelu velikog praska

Mira Terzić; Tatjana Ivošević; Mladen Franko; Dragana Milićević

1. ZEMLJA I NJENO POREKLO

1.6. Saznajte više o modelu velikog praska

Jedna zanimljivost o poreklu imena teorije Velikog praska:

Ime „Veliki prasak“ potiče od engleskog astronoma Freda Hojla (Fred Hoyle). Zanimljivo je da se on zalagao za drugi model nastanka svemira, tzv. stacionarni model. Međutim, u toku jedne radio-emisije na BBC-ju marta 1949. godine spontano je upotrebio izraz „Big Bang idea“ („ideja Velikog praska“) kako bi javno ismevao teoriju, a učinio je da baš taj izraz postane naziv modela, te je danas čitava teorija teorija poznata pod imenom Veliki prasak.

Ko još ne zna za „Veliki prasak“?

Šta je teorija Velikog praska?

Teorija Velikog praska objašnjava poreklo svemira, nastanak zvezda i galaksija koje vidimo danas.

Kako se došlo do teorije Velikog praska?

Mnogo je znanja tokom razvoja ljudske misli sakupljeno da bi se došlo do teorije Velikog praska. Za razumevanje svemira umnogome su doprineli Ajnštajnovi radovi:

Specijalna teorija relativnosti (1905.) — prostor i vreme se razumeju kao relativni

Opšta teorija relativnosti(1915.) — prostor se razume kao dinamična kategorije

Samu teoriju Velikog praska u periodu između 1922. i 1927. godine formulisala su dva naučnika i to nezavisno jedan od drugog: belgijski kosmolog Žorž Lemetr (Georges Lemaitre) i ruski kosmolog Aleksandar Fridman (Alexander Friedmann). Matematičko objašnjenje ove teorije je dao rusko-američki fizičar Džordž Gamov (George Gamow).

Širenje svemira otkrio je američki astronom Edvin Habl (Edwin Hubble, 1929.). Ovim otkrićem postaje jasno da je svemir nekada davno u prošlosti morao biti mnogo manji.

Razvoj teleskopa i mnoga precizna merenja pomoću satelita omogućila su naučnicima da stvore sliku ranog svemira i mapiraju početno stanje posle Velikog praska.

Zbog čega je model Velikog praska opšte prihvaćen?

Model Velikog praska je opšte prihvaćena teorija zbog sledećih činjenica:

1. Daje objašnjenje za uočeno širenje svemira. Svemirski teleskop Habl (Hubble) zabeležio je da se galaksije u svemiru udaljavaju jedna od druge.

2. Objašnjava kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje koje prožima svemir. Rani svemir bi trebalo da bude veoma vruć. Kosmičko mikrotalasno pozadinsko zračenje je ostatak toplote iz Velikog praska.

3. Objašnjava zastupljenost lakih elemenata H, He, D i Li. Teorija predviđa da su jezgra ovih elemenata nastala iz protona i neutrona u prvih nekoliko minuta posle Velikog praska.

VAŽNO: Treba imati na umu da je nauka dinamična! Čovek uvek ima nove ideje, uči nove stvari i pronalazi nove dokaze. Čovekovo poimanje naučnih koncepata evoluira zajedno sa njegovim znanjem. Ukoliko se utvrde novi dokazi koji bi podržali drugu teoriju, teorija Velikog praska će biti odbačena ili pak modifikovana.

Na čemu je zasnovana teorija Velikog praska?

Model Velikog praska počiva na dve teorijske osnove:

1. Na Ajnštajnovoj opštoj teoriji relativnosti.

2. Na kosmološkom principu koji pretpostavlja da svemir izgleda svuda i u svakom pravcu jednako.

Matematički rečeno, kosmološki princip tvrdi da je svemir homogen (jednak u svakoj tački) i izotropan (isti je u kom god pravcu se pogleda).

Kako se zna da je bilo Velikog praska?

Znamo da se galaksije udaljavaju od nas zbog uticaja zvanoga „crveni pomak“ (engl. red-shift).

Šta je crveni pomak?

Crveni pomak opisuje povećanje talasne dužine svetlosti ka crvenom delu spektra. Izraz crveni pomak koriste astronomi da bi opisali koliko je neki objekt daleko.

Da bi bolje shvatili šta je crveni pomak, najpre par reči o promeni frekvencije zvuka:

Stojite na ulici i čujete zvuk kola koja stoje na nekoj udaljenosti od vas. Zvuk putuje kroz vazduh do vašeg uha i on se ne menja. Frekvencija zvuka koju čujete je ista kao i frekvencija izvora zvuka (kola) kad izvor zvuka miruje.

Iznenada kola počinju da se kreću, približavaju vam se. Zvuk kola se menja.

Doplerov efekt kod zvučnih talasa
_{Charly Whisky Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0 DEED)}

Kako se menja?

Povećava se primljena frekvencija zvuka dok kola ne dođu do vas i stoga čujete više tonove. Kad kola prođu pored vas i nastave da se udaljavaju, frekvencija primljenog zvuka se smanjuje i čujete niži ton zvuka.

Dakle, pri kretanju izvora zvuka detektor prima veću ili manju frekvenciju ovisno o relativnom krtanju izvora ili detektora. Ova pojava je poznata pod nazivom Doplerov efekat.

Doplerov efekat:

Da li Doplerov efekat postoji i kod svetlosti?

Talasna dužina je rastojanje između dve čestice koje osciluju na isti način. Ona je .obrnuto proporcionalna frekvenciji elektromagnetnog talasa.

$\lambda=\dfrac{c}{\nu}$ .

$\lambda}$ — talasna dužina

$\nu}$ — frekvencija

$c$ — brzina svetlosti

Slično zvuku, svetlost putuje kao talas, samo mnogo brže. Doplerov efekat postoji kada se izvor svetlosti (elektromagnetni talasi) kreće. Umesto promene u primljenoj frekvenciji zvuka, menja se primljena frekvencija svetlosti tj „boja“ svetlosti (talasna dužina) u zavisnosti od toga da li se svetlosni objekt pomera ka nama ili od nas.

Kad se svetlosni izvor kreće prema detektoru, povećava se primljena frekvencija talasa, a to znači da se primaju kraće talasne dužine.

Simulacija Doplerovog pomaka svetlosti koju emituje žuta lopta (zeleno kada se približava, a narandžasta kada se udaljava).
_{Anynobody/Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)}

Kada se svetlosni objekt kreće ka nama, svetlosni talasi se sabijaju u kraće talasne dužine. Tada kažemo da svetlost ima plavi pomak.

Ukoliko se svetlosni objekt kreće od nas, njegovi talasi se istežu u duže talasne dužine i tada kažemo da svetlost ima crveni pomak.

Da li postoji razlika?

Svetlosni talasi iz pokretnog izvora doživljavaju Doplerov efekat slično, ali ne i identično zvučnim talasima. Glavna razlika je što za prostiranje svetlosti ne treba da postoji sredina, kao što je to slučaj kod zvučnih talasa. Doplerov efekat kod svetlosti možemo da posmatramo samo u slučaju kada se izvor i posmatrač kreću relativno jedan u odnosu na drugi, a ne u odnosu na sredinu kao kod zvučnih talasa.

Doplerov efekat kod svetlosti sastoji se u tome da prijemnik registruje različite frekvencije svetlosti od one koju emituje izvor.

Doplerov efekat kod svetlosti se koristi u astronomiji.

Kako je to moguće?

Moguće je zbog činjenice da spektar zvezde koja zrači nije neprekidan. Zvezde pokazuju apsorpcione linije! Te apsorpcione linije povezane su sa energijama neophodnim za pobudu elektrona različitih hemijskih elemenata.

Atom jednog hemijskog elementa može da „upija“ (apsorbuje) svetlost samo tačno određenih talasnih dužina. To je svojevrstan „bar-kod“ atoma. Isto je i sa molekulima.

Ako u laboratoriji pogledamo spektroskopom spektar koji dolazi iz toplog gasa, videćemo linije koje su tipične za taj gas. To su talasne dužine na kojima gas apsorbuje.

Apsorcione linije vodonika
_{Siki/Wikimedia Commons (Public Domain)}

U spektarima zvezda ili galaksija takođe vidimo tamne linije. To su apsorpcione linije koje odgovaraju elementima u njihovom sastavu i čije su nam talasne dužine precizno poznate na osnovu laboratorijskih merenja izvedenih na Zemlji.

Fraunhofer je 1814. godine snimio 576 tamnih linija koje su nazvane Fraunhoferove linije. Do danas je u spektru Sunca otkriveno 30 000 Fraunhoferovih linija, koje odgovaraju laboratorijski dobijenim aspektrima 72 elementa.

Optički spektar Sunca sa tamnim apsorpcionim linijama (Fraunkoferove linije)
_{Wikimedia Commons (Public Domain)}

Da li se apsorpcione linije zvezda i galaksija nalaze na istom mestu kao i one koje su dobijene u laboratoriji?

Postoje razlike u apsorpcionim spektrima elemenata snimljenih na Zemlji i spektrima zvezda ili galaksije u svemiru. Ta razlika nastaje zbog crvenog pomaka — pomeranja spektra prema većim talasnim dužinama.

Ilustracija crvenog pomaka. Grafički prikaz pokazuje sve veći pomak crvene boje kako se zvezda (ili galaksija) udaljava od posmatrača sve većom brzinom.
_{Prilagođeno od wikiedukator (CC BY-SA 4.0 DED)}

Zapažate li pomeranje spaktralnih linija – crveni pomak?

Kako crveni pomak može definisati udaljenost zvezda i galaksija?

Merenjem pomaka spektralnih linija astronomi mogu da utvrde da li nam se objekt približava (plavi pomak) ili se udaljava od nas (crveni pomak).

Merenja su pokazala da većina nebeskih tela ima crveni pomak, dok je plavi pomak zabeležen kod manjeg broja nebeskih objekata.

Galaksije i crveni pomak:

Kako znamo da se Svemir širi?

Jednostavno! U spektrima dalekih galaksija opaža se crveni pomak, a to nam govori da se galaksije udaljavaju od nas.

Hablov zakon

$v=H_0\,^.d$

$v$ — brzina galaksija,

$d$ — rastojanje do galaksije,

$H_0$ — Hubblova konstanta,

$H_0=74.6^.10^{-12}\,\,\text{god}^{-1}$

ili oko

$H_0=70\,\,\text{(km/s)/Mpc}$ **

Otkriće crvenog pomaka pripisuje se američkom astronomu Edvinu Hablu (Edwin Hubble, 1929.). Pomak je otkriven iz merenja spektara dalekih galaksija. On je primetio da su tamne linije svetlosti većine galaksija pomerene ka crvenom delu spektara.

Svemir se širi tako što se galaksije udaljavaju jedna od druge. Ovaj fenomen je primećen pri poređenju udaljenosti pojedinih galaksija sa njihovim crvenim pomakom. Međusobno udaljavanje nebeskih tela američki astronom Edvin Habl je opisao jednačinom danas poznatom pod imenom Hablov zakon*. On prikazuje vezu između rastojanja i brzine galaksije.

Vrednost ove veličine se menja tokom vremena, razvojem svemira.

*Uprkos činjenici da je ovaj odnos dve godine ranije otkrio belgijski sveštenik, matematičar i astronom Žorž Lemetr (Georges Lemaître) (rad je objavio u časopisu koji je bio malo poznat) ovaj odnos je ipak poznat pod imenom Hablov zakon.

**Hablova konstanta (jedinica za vreme) i govori kako se brzo širi Svemir. Najčešće navodi u (km/s)/Mpc, što daje brzinu u km/s za galaksiju koja je udaljena 1 Mpc (3,09×10¹⁹ km).

Da li je teorija Velikog praska jedina teorija o nastanku svemira?

Ne, nije! Postoje i drugi kosmološki modeli kao što je stacionarni model, pulsirajući model itd. Međutim, teorija Velikog praska je opšte prihvaćena teorija, kojom se opisuje nastanak i evolucija svemira.

Crveni pomak:

Od Velikog praska do nas:

License

Icon for the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License

UPOZNAJMO SVET I NAČINIMO GA BOLJIM ZA ŽIVOT Copyright © 2024 by University of Nova Gorica Press is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License, except where otherwise noted.

License

Share This Book