Strona głównaPytania → Czy ilość materii we Wszechświecie...

Czy ilość materii we Wszechświecie jest stała?

Pytanie

Pyta Grzegorz

Czy ilość materii we Wszechświecie jest stała? Czy „się” tworzy i czy „znika”?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Oprócz promieniowania i ciemnej energii, Wszechświat wypełniony jest materią, którą możemy podzielić na dwa rodzaje: ciemną materię oraz materię barionową. Główny wkład do masy tej ostatniej dają bariony (protony i jądra atomowe), ale zaliczamy do niej również elektrony.

Na obecnym etapie rozwoju Wszechświata ilość barionów pozostaje w bardzo dobrym przybliżeniu stała. Występują co prawda procesy kreacji i anihilacji par barion-antybarion (np. przy oddziaływaniu wysokoenergetycznego promieniowania kosmicznego z atmosferą Ziemi), a także połykanie materii przez czarne dziury, ale procesy te mają bardzo mały wpływ na całkowitą ilość materii barionowej we Wszechświecie.

W przypadku ciemnej materii (obserwowanej tylko poprzez oddziaływania grawitacyjnie), możemy jedynie powiedzieć, że obserwacje są niesprzeczne z hipotezą, że jej ilość (tj. ilość cząstek) jest stała na obecnym etapie rozwoju Wszechświata.

Na bardzo wczesnych etapach rozwoju Wszechświata sytuacja wyglądała inaczej. Hipoteza kosmicznej inflacji zakłada, że w pierwszych ułamkach sekundy po Wielkim Wybuchu nastąpił okres gwałtownego rozszerzania się Wszechświata, podczas którego wypełniony był on praktycznie wyłącznie ciemną energią. Gęstość ciemnej energii pozostawała w przybliżeniu stała, a objętość gwałtownie rosła, więc zasada zachowania energii nie była spełniona. Pod koniec inflacji uzyskana energia została zużyta na produkcję ogromnej ilości cząstek i antycząstek. Większość z nich anihilowała, i zamieniła się w promieniowanie, które dziś daje niewielki wkład do całkowitej gęstości energii, gdyż długość fali każdego z fotonów rośnie wraz z rozszerzaniem się Wszechświata. Powstała jednak niewielka asymetria między ilością barionów i antybarionów. Dzięki temu po anihilacji pozostały praktycznie wyłącznie bariony, a antybarionów w ilościach makroskopowych nie obserwujemy.