Az anyag megszületése
Sokan azt gondolják, hogy a nulladik pillanatban, amikor az Univerzum megszületett, egyszerre született meg a tér, az idő és az anyag is. A valóság azonban az, hogy az anyag csak egy bizonyos idő elteltével kezdett kialakulni, addig a Világegyetem csak sugárzások tüzes pokla volt.
Az Univerzum életének első 10-43 másodpercéről egyelőre semmi ismeretünk nincs, mivel egyrészt még nem tudtunk laboratóriumi körülmények között ilyen állapotot előállítani, másrészt ekkor a Világegyetem tulajdonságai a kritikus Planck-értékeken belül helyezkedtek, így a megjósolhatatlan kvantummechanikai bizonytalanságok is nagy szerepet kaptak az újszülött Világegyetemben. Annyi azonban biztosnak tűnik, hogy az Univerzum hőmérséklete ekkor kb. 1032 fok lehetett!
A nagy robbanás során ún. szupernehéz X-részecskék keletkeztek. Ezek a részecskék csak a legelső pillanatokban voltak jelen, hamar elbomlottak kvarkokra és antikvarkokra. Mivel a bomlásuk kvantummechanikai jelenség volt, bizonyos értelemben a véletlen is befolyásolta. Így valamivel több kvark keletkezett, mint antikvark.
A fizika megkülönböztet anyagot és antianyagot. Minden részecskének létezik antirészecske párja. Például az elektron antirészecskéje a pozitron, amely ugyanakkora tömegű, de pozitív töltésű. Amikor egy részecske az antirészecske párjával találkozik, mindketten megsemmisülnek, annihilálódnak. Energiájuk sugárzás formájában terül szét az űrben. Ennek a jelenségnek a fordítottja a párkeltés, aminek során sugárzásból egy antirészecske és egy valódi részecske keletkezik. Ez a jelenség játszódott le a korai Univerzumban is. A sugárzástengerből folyamatosan alakultak ki kvarkok és antikvarkok, de ezek nagy része azonnal megsemmisült és visszaalakult sugárzássá, fotonokká.
A Világegyetem tehát 10-32 másodperc elteltével kb. a 10-6 másodpercig egy kvarkokból, leptonokból, fotonokból álló leves volt. Ekkorra azonban úgy lehűlt a hőmérséklet, hogy újabb kvarkok, illetve antikvarkok már nem tudtak képződni. A meglévő anyag és antianyag kölcsönösen megsemmisítette egymást. Fennmaradt azonban minden olyan kvark, amelynek nem volt antirészecske párja. Ezekből a 10-6 és 10-3 másodperc közötti időszakban nukleonok, azaz protonok és neutronok formálódtak. Kialakultak tehát az atommagok építőkövei.
Az elektronok ezután találkoztak a pozitronokkal. Nagy részük megsemmisült, de egy részük megmaradt.
Az 100. másodperc és a 3. perc között a neutronok és protonok magfúziós folyamatok során egyszerű atommagokká egyesültek. Ekkor még csak a két legkönnyebb elem, a hidrogén és a hélium atommagja létezett.
300.000 évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy a Világegyetem annyira lehűljön, hogy összeállhassanak a kósza elektronok és atommagok stabil atomokká. Ekkor indult el útjára az a sugárzás, amit ma a mikrohullámú háttérsugárzásként figyelhetünk meg.
Az anyag tehát sugárzásból lett. De honnan jött maga a sugárzás, ha a szingularitásban nem volt semmi? Ez látszólag ez ellentmond a fizika törvényeinek. Azonban a kozmológusok szinte teljesen egyetértenek abban, hogy a kezdeteket megmagyarázni csupán a fizikával nem lehet.
- Létezik valamilyen alapvető egység az anyagi világban? Milyen építőkövekből épül fel az anyag? -
Animációk a témával kapcsolatban:
| Kavargó kvarkleves a korai Univerzumban. A találkozó kvarkok és antikvarkok megsemmisítik egymást. Néhányan azonban megmenekülnek | |
| A "túlélő" kvarkok nukleonokká (protonokká és neutronokká) egyesülnek. Három kvark alkot egy nukleont. |
| A nukleonokból, protonokból neutronokból létrejönnek az első hidrogén és hélium atommagok. |
| Az újdonsült atommagok befogják a kósza elektronokat. |