Varð allt efnið í alheiminum til samstundis í Miklahvelli?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Varð allt efnið í alheiminum til samstundis í Miklahvelli?
Efnisheimurinn á því formi sem hann er í dag varð ekki allur til í Miklahvelli (e. Big Bang). Hins vegar mynduðust grunneindir efnisins sem lágu til grundvallar myndun efnisheimsins, eins og við þekkjum hann í dag, á fyrstu sekúndubrotum eftir Miklahvell. Þessar grunneindir kallast öreindir. Hér á eftir verður þetta rakið stuttlega en áhugasömum er einnig bent á ítarlegri svör sem er að finna á Vísindavefnum.^[1][2]

Myndun öreinda efnisins á fyrstu sekúndubrotum eftir Miklahvell

Á fyrstu sekúndubrotum frá Miklahvelli (mynd 1) er talið að grunneindir efnisins, öreindirnar (mynd 2) hafi orðið til eitthvað þessu líkt: Á frumstigi Miklahvells (frumþensla; mynd 1) samanstóð heimurinn af orkusviðum og orkuríkum formum þeirra, massalausum eindum. Vegna samverkandi áhrifa, eða nánar tiltekið víxlverkunar massalausra einda við eitt af þessum sviðum, svonefnt Higgs-svið^[3], mynduðust öreindir með massa (sex kvarkar og sex létteindir). Þær eru uppistaðan í efnisheiminum eins og við þekkjum hann í dag.

Þannig er ein af létteindunum neikvætt hlaðin rafeind, sem síðar varð hluti af atómum (frumeindum) efnisheimsins og kvarkar (upp og niður; mynd 2) mynduðu síðar grunneiningar atómkjarna, jákvætt hlaðnar róteindir og óhlaðnar nifteindir. Því má með sanni segja að grunnurinn að myndun efnisheimsins, eins og við þekkjum hann í dag, hafi verið lagður í upphafi Miklahvells.

Myndun efnisheimsins eftir myndun öreinda

Mynd 1 sýnir þróun efnisheimsins (hins greinanlega eða „sýnilega“ alheims) frá Miklahvelli fram til okkar daga, gróflega skipt í tímaskeið háð hita og orku einda og agna. Þróunin frá myndun öreinda (sbr. ofar) var í grófum dráttum þessi:

Fyrst sameinuðust öreindir og mynduðu grunneiningar atómkjarna (kjarneindir), jákvætt hlaðnar róteindir (sem er jafnframt kjarni vetnisatómsins, H) og óhlaðnar nifteindir. Því næst átti sér stað myndun léttustu atómkjarnanna, einkum helíns (He) og litíns (Li) við samruna kjarneindanna. Við aukna kólnun, sem samsvaraði minnkandi orku einda/agna, náðu atómkjarnarnir að „fanga“ rafeindir og mynda fyrst tilsvarandi jónir og síðar tilsvarandi atóm. Í framhaldi af því hófust efniseindirnar að þéttast vegna aðdráttarkrafta og þyngdarkrafta sem loks leiddi til myndunar stjarna, sólkerfa og vetrarbrauta.

Atómkjarnar þyngri en vetni urðu þá að stórum hluta til ýmist við kjarnasamruna í iðrum stjarna (einkum kjarnar járns (Fe) og léttari kjarnar) eða í hamförum sem fylgdu sundrun eða sprengingu stjarna (einkum þyngstu atómkjarnarnir). Loks mynduðust sameindir og efnakerfi við samruna atóma við tiltölulega kaldar aðstæður, til dæmis í geimskýjum eða á reikistjörnum (plánetum). Mestu munar um fyrstu stig þróunar efnisheimsins hvað efnasamsetningu hans varðar, en léttustu átómin, sem einkum urðu til þá vega samtals um 98% heildarefnismassans (vetni (H), 75% og helín (He), 23%).

Ítarefni:

• Ágúst Kvaran. (2025). Hvernig urðu atómin í alheimi til? (Sótt 6.02.2025).
• Ágúst Kvaran. (2025). Hvernig skýrir skammtafræðin atóm og frumefni? (Sótt 6.02.2025).

Tilvísanir:

1. ^ Ottó Elíasson. (2013, 1. febrúar). Hvernig verða frumeindir til? Vísindavefurinn.
2. ^ Ágúst Kvaran. (2024, 13. desember). Hvernig varð allt efnið í alheiminum til? Vísindavefurinn.
3. ^ Michael Cooke. DOE Explains...the Higgs Boson. U.S. Department of Engergy.

Myndir:

• Yfirlitsmynd: NASA og WMAP.
• Mynd 1: Evolution of the Early Universe. LibreTexts Physics. Birt undir CC BY 4.0 leyfi. Íslensk þýðing ÁK. (Sótt 11.12.2024).
• Mynd 2: Erich Mueller (2014). Elementary Particle Physics. Applications of Quantum. Mechanics og Standard Model of Elementary Particles.svg. Wikimedia Commons.

...