Universo

La fizika universo estas difinita kiel la tuta spaco kaj tempo (kolektive nomata spactempo) kaj ilia enhavo.^[1] La universo ofte estas difinita kiel "la tuto de ekzisto", aŭ ĉio, kio ekzistas, ĉio, kio ekzistis, kaj ĉio, kio ekzistos.^[7] Fakte, iuj filozofoj kaj sciencistoj subtenas la inkluzivon de ideoj kaj abstraktaj konceptoj—kiel matematiko kaj logiko—en la difino de la universo.^[8][9] La vorto universo ankaŭ povas rilati al konceptoj kiel la kosmo, la mondo, kaj naturo.^[10][11]

La observebla universo estas globforma regiono de la universo konsistanta el la tuta materio kiu povas esti observita de la Tero aŭ ĝiaj spacbazitaj teleskopoj kaj esploraj enketoj nuntempe, ĉar la elektromagneta radiado de tiuj objektoj havis tempon atingi la Sunsistemon kaj la Teron ekde la komenco de la kosmologia ekspansio.

La termino universo deriviĝas de la latina universus (tuta), kunmetita el unus (unu) kaj versus ([al]-turnita, participo de vertere, turni). La latina vorto estis multe uzata de Cicerono kaj postaj latinaj verkistoj, tamen ĝenerale kiel adjektivo signifanta "universala", ekzemple en la esprimo ius universum (universala juro, kontraste al ius civitatis = ŝtata juro).

La reganta modelo por la evoluo de la universo estas la teorio de la praeksplodo.^[12][13] La modelo de praeksplodo deklaras ke la plej frua stato de la universo estis ekstreme varma kaj densa, kaj ke la universo poste disetendiĝis kaj malvarmiĝis. La modelo estas bazita sur ĝenerala relativeco kaj sur simpligado de supozoj kiel ekzemple la homogeneco kaj izotropeco de spaco. Versio de la modelo kun kosmologia konstanto (lambdo) kaj malvarma malluma materio, konata kiel la lambdo-CDM-modelo, estas la plej simpla modelo kiu disponigas sufiĉe bonan raporton pri diversaj observaĵoj pri la universo. La modelo de praeksplodo respondecas pri observaĵoj kiel ekzemple la korelacio de distanco kaj ruĝenŝoviĝo de galaksioj, la rilatumo de la nombro da hidrogena al heliumatomoj, kaj la mikroonda radiadofono.

La dekomenca varmo, densa stato estas nomita "Planck-epoko", mallonga periodo etende el tempo nulo ĝis unu unuo de Tempo de Planck de proksimume 10⁻⁴³ sekundoj. Dum la Planck-epoko, ĉiaj tipoj de materio kaj ĉiaj tipoj de energio estis koncentritaj en densa stato, kaj oni kredas, ke gravito — nuntempe pro multo la plej malforta el la kvar konataj fortoj — estis tiom forta kiom la aliaj fundamentaj fortoj, kaj eble ĉiuj fortoj unuiĝis. Oni ne bone komprenas la fizikon kiu kontrolas tiun tre fruan periodon (inklude kvantuman graviton en la Planck-epoko), kaj tial oni ne povas diri, ke se eble tio okazis antaŭ la tempo nulo. Ekde la Planck-epoko, spaco estis etendiĝante ĝis la nuntempa skalo, kun tre mallonga sed intensa periodo de kosma inflacio supozeble okazinta en la unuaj 10⁻³² sekundoj.^[14] Tio estis ia tipo de ekspansio diferenca el tiuj kiujn oni povas vidi ĉirkaŭe nuntempe. Objektoj en spaco fizike ne moviĝas; anstataŭe la mezuro kiu difinas spacon mem ŝanĝiĝis. Kvankam la objektoj en spactempo ne povas moviĝi pli rapide ol la lumrapido, tiu limigo ne aplikiĝas al la mezuro kiu regas spactempon mem. Tiu dekomenca periodo de inflacio klarigus kial spaco ŝajnas esti ebena, kaj multe pli granda ol la lumo povas veturi ekde la starto de la universo.

En la unua ono de sekundo de la ekzistado de la universo, la kvar fundamentaj fortoj apartiĝis. Dum la universo plue malvarmiĝis el sia neimagebla varmostato, formiĝis variaj tipoj de subatomaj partikloj en mallongaj periodoj de tempo konataj kiel "kvark-epoko", "hadron-epoko", kaj "lepton-epoko". Kune, tiuj epokoj daŭris malpli ol 10 sekundoj de tempo post la Praeksplodo. Tiuj elementaj partikloj asociaj stabile en eĉ pli longdaŭraj kombinoj, inklude stabilajn protonojn kaj neŭtronojn, kiuj tiam formis pli kompleksajn atomajn nukleojn pere de nuklea fuzio. Tiu procezo, konata kiel "praeksploda nukleosintezo", daŭris nur ĉirkaŭ 17 minutoj kaj finis ĉirkaŭ 20 minutojn post la Praeksplodo, kaj tial okazis nur la plej rapidaj kaj plej simplaj reakcioj. Ĉirkaŭ 25% de protonoj kaj ĉiuj neŭtronoj en la universo, laŭ sia amaso, estis konvertitaj en heliumo, kun malgrandaj kvantoj de deŭterio (iu formo de hidrogeno) kaj eretoj de litio. Aliaj elementoj formiĝis nur en tre malgrandaj kvantoj. La alia 75% de protonoj restis netuŝita, kiel nukleoj de hidrogeno.^{[15][16]:27–42}

Post la fino de la nukleosintezo, la universo eniris en periodo konata kiel "foton-epoko". Dum tiu periodo, la universo estis ankoraŭ tro varma por ke la materio formu neŭtralajn atomojn, kaj tial ĝi enhavis varman, densan, nebulecan plasmon de negative ŝarĝitaj elektronoj, neŭtralajn neŭtrinojn kaj pozitivajn nukleojn. Post ĉirkaŭ 377 000 jaroj, la universo malvarmiĝis sufiĉe por ke elektronoj kaj nukleoj povu formi la unuajn stabilajn atomojn. Tio estas konata kiel rekombinigo pro historiaj tialoj; fakte elektronoj kaj nukleoj kombiniĝis por la unua fojo. Malkiel plasmo, neŭtralaj atomoj estas travideblaj de multaj ondolongoj de lumo, kaj tial por la unua fojo ankaŭ la tuta universo iĝis travidebla. La fotonoj elsenditaj kiam tiuj atomoj formiĝis povas ankoraŭ esti vidataj nuntempe; ili formas la kosman mikroondan fonradiadon.^[16]:15–27

Dum la universo etendiĝas, la energia denseco de la elektromagneta radiado malpliiĝas pli rapide ol tiu de la materio ĉar la energio de fotono malpliiĝas kun sia ondolongo. Je ĉirkaŭ 47 000 jaroj, la energia denseco de la materio iĝis pli granda ol tiu de fotonoj kaj de neŭtrinoj, kaj ekdominis la grandskalan konduton de la universo. Tio markis la finon de la radi-dominata epoko kaj la starton de la materi-dominata epoko.^[17]:390

En la plej fruaj etapoj de universo, etaj fluktuoj ene de la universa denseco kondukis al laŭgrada formado de koncentroj de malluma materio. Ordinara materio, altirita al tiuj pro gravito, formis grandajn gasnubojn kaj finfine ankaŭ stelojn kaj galaksiojn, en kiuj la malluma materio estis plej densa, kaj vakuis kie ĝi estis malplej densa. Post ĉirkaŭ 100–300 milionoj da jaroj,^[17]:333 formiĝis la unuaj steloj, konataj kiel steloj de 3a Populacio. Tiuj estis probable tre amasaj, lumhavaj, nemetalecaj kaj mallongdaŭraj. Ili estis responsaj pri la laŭgrada reionigo de la universo inter ĉirkaŭ 200–500 milionoj da jaroj kaj mil milionoj da jaroj, kaj ankaŭ pri la semado en la universo de elementoj pli pezaj ol heliumo, pere de la stela nukleosintezo.^[18] La universo enhavas ankaŭ misteran energion — eble skalara kampo — nomita malluma energio, kies denseco ne ŝanĝiĝas laŭlonge de la tempo. Post ĉirkaŭ 9.8 mil milionoj da jaroj, la universo etendiĝis sufiĉe tiel ke la denseco de la materio estis malpli densa ol la denseco de la malluma energio, kio markis la starton de la nuntempa epoko dominata de malluma energio.^[19] En tiu epoko, la ekspansio de la universo estas akcela pro la malluma energio.

La science taksita aĝo de la universo estas 13,73 (± 0,12) miliardoj da jaroj. La diametro de la universo observebla estas almenaŭ 93 miliardoj da lumjaroj au 8,80 × 10²⁶ metroj. Vaste akceptata bazteorio pri la estiĝo de la universo estas la teorio de Praeksplodo kun po-ioma plivastigo de la universo, kontraste al la teorio de statika universo. Laŭ la teorio de Praeksplodo la universo havus komencan ekzistadon dum tre mallonga tempo nomata tempo de Planck (10⁻³⁵ sekundo), en stato ekstrema rilate al temperaturo kaj denseco.

La teorio de Praeksplodo supozas, ke la universio ekestis el diskrevanta singularejo kaj daŭre ekspansias de tiu tempo. La teorio do ne klarigas, kial okazis la Praeksplodo kaj kio estis antaŭ ĝi, sed laŭ ĝi tempo, spaco kaj materio ekestis nur per kaj en la Praeksplodo. Do estas sensence paroli pri "tempo antaŭ la praeksplodo".

Dum 10⁻⁴³ sekundoj post la Praeksplodo la fizikaj kondiĉoj en la universo estis tiom ekstremaj, ke la nunaj fizikaj leĝoj kredeble ne estis aplikeblaj; ili nur ekestis dum la tempo de Planck. Do la teorio ne povas pretendi scii, kio okazis dum tiu tempo. Oni kalkulis, ke tuj post tiu tempo la universo havis sufiĉe unuecan temperaturon de ĉirkaŭ 1,4 · 10³² K, la temperaturon de Planck. Nur 380.000 jarojn poste^[20] elektronoj kaj protonoj kombiniĝis al la unuaj elektre neŭtralaj atomoj (hidrogeno), tiel ke elektromagneta radiado povis disvastiĝi; ĝi ankoraŭ estas mezurebla kiel kosma fona radiado.

Ĝis la 20-a jarcento multaj kredis, ke la universo estas eterna, statika kaj space senfina, do ĉiam ekzistis en la nuna formo. Tio tamen ne povas esti, ĉar en tia universo la nokta ĉielo devus esti tagece luma, ĉar ĉiudirekte estus iu stelo (eĉ se tre fora). Krome ne ekzistas konata mekanismo por eterne produkti la energion necesan por lumantaj steloj.

Ne estas certe, ĉu la universo eterne ekspansios aŭ iam komencos kunfali por perei en granda maleksplodo. Tio dependas de la kvanto de materio en la universo. La fiziko hipotezas, ke aldone al la konata materio ekzistas malluma energio, kiu malhelpas la kunfalon. Eble la universo senfine ekspansios kaj dume konsumos la energion enhavatan en siaj moviĝo, radiado kaj materio; tiam ĝi finiĝos en sceno de "granda malvarmo".

Ĉar la praeksploda situacio estis komplete simetria, oni povus supozi, ke la praeksplodinta universo estas globoforma. Sed ekzistas ankaŭ hipotezoj pri universo hipertora aŭ elipsoida.

La surtere mezurebla geometrio estas nedistingeble simila al eŭklida geometrio, kun plata spaco. En tia universo lumradio povus iri eterne kaj ĉiam pli malproksimiĝi de sia origino. Imageblas ankaŭ universoj kun kurba geometrio (ekzemple sfereca aŭ hiperboleca), en kiu lumradio povus reveni al sia origino. Simpla modelo supozas materion "malvarman" kaj "malluman" (CDM, de la angla cold dark matter); el ĝi rezultas eŭklida spaco, same kiel el la pli rafinita lambda-CDM-modelo, kiu konsideras la astronomiajn datenojn pri rapidiĝanta ekspansio de la universo.

Mezuradoj faritaj de la satelito WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ekde 2001 subtenas la teorion lambda-CDM kaj la teorion pri elipsoida universo kaj probabligas, ke ĝia radiuso estas almenaŭ 78 miliardoj da lumjaroj. La mezuraj rezultoj ne kontraŭdiras la hipotezon de plata spaco.

Gravaj bazoj por la kalkulado de hipotezaj modeloj pri la evoluo de la universo estas la teorio pri ĝenerala relativeco (Ejnŝtejno) kaj la kvantuma fiziko. Ĉar ambaŭ neglektas sin reciproke, iliaj rezultoj kredeble estas neperfektaj; fizikistoj ankoraŭ serĉas unuecan teorion, kiu konsideras ambaŭ. Tia "kvantum-gravita" teorio foje estas nomata "mondformulo" aŭ angle TOE (theory of everything = teorio pri ĉio); ĝi eble donos unuecan klarigon de la kvar fundamentaj fortoj de fiziko (gravito, traktata de la teorio pri relativeco, elektromagneta forto, malforta nuklea interago, forta nuklea interago).

En kosmologio, la Ekspansio de la universo estas la nomo de la fenomeno, kiu vidas grandskalajn objektojn konsistigantajn la Universon (galaksioj, galaksiaroj, ktp.) malproksimiĝi unu de la alia. Tiu ĉi reciproka disiĝo, kiun oni povus kompreni kiel movo de la galaksioj en la spaco, estas efektive interpretata per ŝveliĝo, dilatiĝo de la spaco mem, la ĉielaj objektoj per tio estas forigitaj unu de la alia. Sur pli malgranda skalo, la vastiĝo ne influas la grandecon de la galaksioj mem, kie "interna" gravito havas superregan efikon. La ekspansio de la Universo estas la teoria solvo trovita de Aleksandr Fridman por klarigi la fakton ke la Universo ne jam kolapsis sub la efiko de gravitado. Ĝi ebligas malhavi la kosmologian konstanton, artifikon enkondukitan de Albert Einstein, firme ligita al la ideo de statika universo.

El la observa vidpunkto, la ekspansio rezultigas pliiĝon de la ondolongo de la lumo elsendita de la galaksioj: jen la ruĝenŝoviĝo-fenomeno. Tiu movo ne estas homologa kun la Doppler-efiko, kiu ŝuldiĝas al la movado tra spaco de la observita objekto; ĉi tio temas pri la ekspansio de spaco mem. Oni parolas pri kosmologia spektra ŝanĝo.

Galaksiamasoj estas la plej grandaj strukturoj en la kosmo, konsistante el aroj de galaksioj. Oni parolas ankaŭ pri galaksiamasego.

Nebulozo estas astronomia objekto, kiu konsistas el polvo, gaso aŭ jono disvastigita en granda aero (malkiel stelo kiu videblas kiel punkto). Ili troviĝas en la malproksima kosmo (ekster la sunsistemo), sed ekde Tero ili foje videblas sen speciala aparato, ĉar iliaj partikloj absorbas la lumon kiuj venas de la malantaŭaj steloj de la Lakta vojo. Nebulozoj tiam aspektas kiel nigra makulo sur stelplena fono.

En kosmologio, la malluma energio estas hipoteza formo de energio kiu trairas ĉiun spacon kaj havas fortan negativan premon. Laŭ la relativeca teorio, la efiko de tia negativa premo estas simila al puŝanta forto en opozicio kun gravito al larĝaj skaloj.

Malluma materio estas materio neobservebla per kutimaj esplorrimedoj, do restanta nevidebla en la Universo, kvankam ĝia influo manifestacias gravite. Dum la 1970-aj jaroj, oni rimarkis, ke la tuta videbla maso de la galaksioj, steloj kaj gasoj, ne povis ĝuste klarigi sian rotacirapidecon. Tio estigis la ideon de malluma materio.

Materio estas kategorio signifanta objektan realon, kies ekzistadon ni konas per la sensoj, kaj el kio konsistas la Universo, senliman aron da la objektoj kaj sistemoj ekzistantaj en la mondo. Filozofie, materio estas eterna kaj senlima. Ĝia neforprenebla atributo estas movo. Materion karakterizas memevoluo, transformo de unu stato al alia. Ĝeneralaj objektaj formoj de la ekzistado de materio estas spaco kaj tempo.

Hadrono estas familio de kompundaj (t.e. nefundamentaj) elementaj partikloj, kiuj partoprenas en fortaj interagoj kaj konsistas je kvarkoj. Ekzistas du bazaj grupoj de hadronoj:

• Barionoj - konsistas je tri kvarkoj de diferaj kolorŝargoj, kiuj kune donas t.n. blankan aŭ senkoloran kombinaĵon. Al barionoj apartenas nuklonoj (t.e. protonoj kaj neŭtronoj, el kiuj konsistas nukleo) kaj hiperonoj (multepezaj kaj nestabilaj partikloj, kiuj observeblas nur en partiklaj akceliloj).
• Mezonoj - konsistas je unu kvarko kaj unu kontraŭkvarko. Al mezonoj apartenas pionoj (π-mezonoj), kaonoj (K-mezonoj) kaj multaj pli pezaj partikloj.

Leptono estas subatoma partiklo kun pozitiva duonentjera (valoro +1/2) spino (fermiono), kiu ne havas iun internan strukturon kaj ne partoprenas en fortaj interagoj. La terminon enkondukis Leon Rosenfeld en 1948 pro la fakto, ke ĉiuj konataj tiatempe leptonoj havis ege malpli grandajn masojn ol kompundaj "pezaj" partikloj kiel barionoj. Nuntempe tiu ĉi termino ne plu estas vera, ĉar ekzemple taŭono estas preskaŭ duoble pli peza ol tiaj barionoj kiel protono aŭ neŭtrono.

La homoj multe interesiĝadis pri legendoj kaj mitoj pri la kreado de universo. Diversaj popoloj ĝin klarigis diversmaniere.

• Laŭ kredoj de antikvaj grekoj, komence ekzistis nur senlima kaj malhela kaoso, kiu naskis la tutan universon, inter ili senmortajn diojn. Unue aperis tero-diino - Gaja. Gaja naskis ĉion kio kreskas kaj vivas sur la tero. Sub la tero, ĝuste en tiu profundo, en kiu distanco foras de ni Urano - alta ĉielo, aperis Tartaro - eterna obskuro, Eroso - viviga amo, Erebo - malhelo kaj Niktu - malhela nokto. Erebo kaj Niktu naskis lumon - Etero kaj hela tago - Hemera. Lumo disvastigis tra la Tero kaj aperis tago kaj nokto.
• Japanoj kredis ke universo estis kreita de ĝemelaj dioj Izanaki kaj Izanami. Ili longtempe kun pacienco miksis stelpintan bastonon en kota lago. La koto iom po iom densiĝis kaj poparte komencis disfali flanken. Malgrandaj faskoj iĝis insuloj kaj grandaj - materikoj. Poste la tero kovriĝis de herboj, arboj kaj floroj.
• Sumeroj kredis ke universo An-ki estis kreita jene: komence estis nur oceano. En ĝi embriiĝis ĉielarko kaj glata tero. Ĉielarkon alpropriĝis An, dio de ĉieloj, kaj la teron - Enlil, dio de la tero. Inter ili kreiĝis atmosfero kun ĉielaj astroj: suno, luno, planedoj kaj astroj. Subtera mondo fariĝis propraĵo de Ereŝkigal.
• Hindoj tiel imagis la kreadon de universo: komence de senmova obskuro kreiĝis akvo. Ankoraŭ ne ekzistis suno, luno kaj astroj. Akvo naskis fajron. Fajra varmo naskis oran ovon, kiu dum unujarlonga tempo naĝadis en la maro. Poste ĝi dispartiĝis en du partoj kaj supra parto iĝis ĉielo, malsupra - tero. De la ovo eliris supera dio de hindoj - Brahma. Brahma dislokigis aeron inter ĉielo kaj tero, limigis teron de akvo kaj kreis tempon. Tiel kreiĝis universo.
• Nordamerikaj indianoj pensis, ke universon kreis saĝa korvo. Komence ĉie estis senlima akva spaco kaj disĵetitaj ŝtonoj. Korvo kolektadis ŝtonojn per sia beko kaj ĵetadis ilin en la akvon. Tiel kreiĝis Tero. La korvo kovris ĝin per arboj, floroj kaj herboj, ĵetis fiŝojn en la akvon, birdojn kaj animalojn sur la Teron. Kaj laste, de argilo faris la unuajn viron kaj virinon.
• Laŭ mitoj de centramerikaj aztekoj, blankvizaĝa dio Kecalkoatl kreis universon.
• Laŭ mito de sameoj, universo estis kreita dum batalo de bono kaj malbono. Supera dio, bonkora kaj malavara Jubmel volis ke en la tero fluu laktaj riveroj, en lagoj anstataŭ akvo estu lakto, ĉiu herbo havu bongustan beron, sed malbonkora Perkel kontraŭstaris al lia volo. Pro tio la universo estas tia, kian ni havas hodiaŭ. Perkel faris ĉenon kaj kaptis Jubmel, sed bonkora dio sin liberigis kaj nun Perkel estis kaptita. Batalo inter bono kaj malbono daŭras ĝis hodiaŭ, ĉar ankaŭ Perkel liberiĝis.
• Laŭ la Biblio (Genezo 1) Dio kreis la mondon (escepte de homoj) en ses tagoj, kaj inter judoj kaj kristanoj ekzistas iuj, kiuj kredas tion laŭlitere. Aliflanke papo Johano Paŭlo la 2-a en 1981 deklaris, ke la teorio pri Praeksplodo kongruas kun la kristana fido; ke la Praeksplodo estis la momento de la kreado de la Universo fare de Dio. Jam en 1951^[21] la katolika eklezio deklaris, ke la modelo de ekspansianta universo kongruas kun la kristana fido, ĉar ĝi havis komencon; kontraŭe, statika universo (Aristotelo) eterne ekzistinta kontraŭas kristanismon.

Kosmologio - Scienco pri la ĝeneralaj leĝoj regantaj la universon, pri ĝiaj fizikaj kaj filozofiaj principoj.

Kosmogonio - Teorio, doktrino pri la origino kaj formiĝo de la universo.

• Bartel, Leendert van der Waerden (1987). "The Heliocentric System in Greek, Persian and Hindu Astronomy". Annals of the New York Academy of Sciences. 500 (1): 525–45. Bibcode:1987NYASA.500..525V. doi:10.1111/j.1749-6632.1987.tb37224.x.
• Landau L, Lifshitz E (1975). The Classical Theory of Fields (Course of Theoretical Physics). 2 (reviziita 4a anglalingva eld.). New York: Pergamon Press. pp. 358–97. ISBN 978-0-08-018176-9.
• Liddell, H. G. & Scott, R. (1968). A Greek-English Lexicon. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-864214-5.
• Misner, C.W., Thorne, Kip, Wheeler, J.A. (1973). Gravitation. San Francisco: W. H. Freeman. pp. 703–816. ISBN 978-0-7167-0344-0.
• Raine, D. J.; Thomas, E. G. (2001). An Introduction to the Science of Cosmology. Institute of Physics Publishing.
• Rindler, W. (1977). Essential Relativity: Special, General, and Cosmological. New York: Springer Verlag. pp. 193–244. ISBN 978-0-387-10090-6.
• Rees, Martin, eld. (2012). Smithsonian Universe (2a eld.). London: Dorling Kindersley. ISBN 978-0-7566-9841-6.

[S]: Vikiarbo > Universo
[M]: Materio ~ Kampo (fiziko) kaj Energio ~ Kosmo ~ Tero ~ Naturo ~ Abstrakta Mondo

• NASA/IPAC Extragalactic Database (NED) / (NED-Distances).
• Estas ĉirkaŭ 10⁸² atomoj en la observebla universo – LiveScience, Julio 2021.
• Kial ni neniam konos ĉion pri nia universo – Forbes, Majo 2019.

• En tiu ĉi artikolo estas uzita traduko de teksto el la artikolo Universe en la angla Vikipedio.