To właśnie kosmologia pozwoliła 
nam na określenie czym jest 
Wszechświat. „Wszechświat to 
wszystko, co istnieje – materia, 
przestrzeń, energia i czas. 
Znajdują się w nim 

gwiazdy

,

planety

i inne obiekty kosmiczne.” Inaczej mówiąc 
Wszechświat zwany także Kosmosem jest 
przestrzenią wraz ze znajdującą się w niej 
materią, która w jakikolwiek sposób może 
oddziaływać na nas (lub my na nią) 
w przeszłości, obecnie, lub w przyszłości. 
Rozwój idei pozwala nam na stwierdzenie, 
że być może istnieje jeszcze coś poza 
obserwowalnym Wszechświatem, co 
prowadzi do podziału  definicji 
Wszechświata na dwie części: Kosmosu 
ograniczonego do tego co obserwowalne, 
lub w odniesieniu do całej przestrzeni i 
czasu, w której może istnieć wiele innych 
Wszechświatów.

Starożytni Grecy stworzyli system zakładający, że Wszechświat 

zbudowany jest z Ziemi, obieganej dookoła przez planety, Księżyc i 
Słońce, a na zewnątrz otoczonej sferą gwiazd stałych. System ten został 
nazwany systemem geocentrycznym (z greckiego „Geo” - Ziemia i 
„Centrum” - środek). Koncepcja ta ulegała licznym przekształceniom. 
Dość szybko astronomowie zorientowali się, że założenie, jakoby planety 
obiegały Ziemię po orbitach o kształcie okręgów jest sprzeczne z 
wynikami obserwacji astronomicznych. Rozwiązanie tego problemu (bez 
rezygnacji z centralnego położenia Ziemi) znalazł grecki matematyk i 
astronom - Euksodos z Knidos. Następnie pojawił się Hipparach z Rodos. 
Był zwolennikiem geocentryzmu, choć odrzucił teorię sfer 
homocentrycznych (krążących wokół Ziemi). Stworzył on teorię zwaną 
teorią epicykli i deferentów. Głosiła ona, że „Ziemia znajduje się w środku 
deferentu, a krążąca dokoła niej planeta - na obwodzie epicykla, którego 
środek porusza się ruchem jednostajnym po obwodzie deferentu, a ten z 
kolei takim samym ruchem obraca się dokoła nieruchomego globu 
ziemskiego.”

 

Ostateczny kształt tej teorii nadał grecki geograf i astronom 

Klaudiusz Ptolemeusz, żyjący w Aleksandrii w II w n.e. W modelu 
Ptolemeusza po orbitach kołowych zwanych deferentami poruszają się 
mniejsze okręgi, zwane epicyklami, a dopiero po nich poruszają się 
planety (teoria zawarta w dziele „Almagest”). Początkowo teoria ta 
przyjmowana była z oporami, później na wiele wieków zyskała 
popularność, gdyż jej zaletą była możliwość prostego i w miarę 
dokładnego wytłumaczenia zjawisk astronomicznych. Została obalona 
przez Mikołaja Kopernika.

Dalsze  obserwacje  astronomiczne  wykazały, 

że  system  geocentryczny  nie  jest  idealnie 
zgodny z rzeczywistością. Konieczne stawało się 
dodawanie  kolejnych  epicykli,  co  doprowadziło 
do  tego,  że  system  stawał  się  coraz  bardziej 
skomplikowany. 

Pierwszą 

osobą, 

która 

zaproponowała 

model 

heliocentryczny 

(z 

greckiego  „Helios”  -  Słońce)  był  żyjący  w  II  w. 
p.n.e.  Arystarch  z  Samos.  Zauważył  on,  że 
dziwne  zachowanie  planet  można  wyjaśnić 
przez  umieszczenie  w  centrum  Wszechświata 
nie Ziemi, a Słońca. Teoria ta dobrze tłumaczyła 
zjawiska  obserwowane  na  niebie,  jednak  nie 
została  przyjęta,  ponieważ  wyprzedzała  swoje 
czasy. 

Po Arystarchu z Samos model 
heliocentryczny                      został 
zapomniany na siedemnaście wieków. 
Na nowo odkrył go dopiero polski 
uczony - Mikołaj Kopernik (1473-1543). 
Stworzony przez niego system i 
przedstawiony w dziele pt. "De 
revolutionibus orbium coelestium" („O 
obrotach ciał niebieskich”) zakładał, że 
w środku Wszechświata znajduje się 
nieruchome Słońce. Dookoła niego po 
kołowych orbitach poruszają się 
planety i Ziemia. System ten 
przypomina model zaproponowany 
przez Arystarcha z Samos, lecz 
Kopernik dokładniej dopracował swój 
pomysł. Nie zrezygnował całkowicie ze 
stosowania epicykli - jego system 
zawierał ich znacznie mniej i był 
prostszy od geocentrycznego systemu 
Ptolemeusza.

Arystarch z Samos 

System heliocentryczny przywrócił astronomii prostotę, 
mimo to miał wielu przeciwników. Trzeba też pamiętać, że 
w czasach Kopernika teoria Ptolemeusza cieszyła się 
wielkim autorytetem wspieranym przez Kościół. 
Także inny uczony – Galileusz, „stwierdził obrót Słońca 
dookoła osi a więc to, co było określone i przewidziane w 
teorii M. Kopernika. Pomimo, że trybunał inkwizycyjny 
zabronił głoszenia teorii heliocentrycznej w 1615, 
Galileusz w 1623 wydał „Dialog o dwu najważniejszych 
układach świata: ptolemeuszowym i kopernikowym.”

Odrzucenie teorii epicykli stało się możliwe dopiero kiedy 
przyjęto, że tory planet nie są okręgami lecz elipsami. 
Orbity eliptyczne wprowadził niemiecki astronom i 
matematyk Johannes Kepler. Sformułował on trzy prawa, 
zwane od jego nazwiska prawami Keplera, opisujące ruch 
planet we Wszechświecie.

Planety poruszają się po 
orbitach eliptycznych, 
przy czym Słońce 
znajduje się w jednym z 
ognisk elipsy.

Jan Kepler

Dla danej planety stałą 
wielkością jest jej tzw. 
prędkość polowa (tj. pole 
powierzchni figury 
ograniczonej łukiem elipsy 
zakreślanym przez planetę w 
jednostce czasu i 
odległościami od końców łuku 
do ogniska).

Jan Kepler

Kwadraty okresów 
obiegów planet wokół 
Słońca są proporcjonalne 
do trzecich potęg ich 
średnich odległości od 
Słońca.

Jan Kepler

Model stworzony przez Kopernika i 
Keplera daje dobry opis ruchu ciał 
niebieskich. Nie mówi on jednak 
nic o przyczynie tych ruchów. 
Hipotezę, że Wszechświat stanowi 
jedność, i że zachowanie kuli 
armatniej opisują te sama prawa, 
które opisują również ruchy planet, 
jako pierwszy wysunął Isaac 
Newton (1643-1727). Uczony ten 
doszedł do wniosku, że skoro 
planety poruszają się po elipsach 
to prawdopodobnie działa na nie 
jakaś siła, zakrzywiająca ich tor. 
Newton domyślił się, że źródłem tej 
siły jest Słońce. Nazwał je siłami 
grawitacji, czyli wzajemnego 
przyciągania.

Isaac Newton (1643-
1727). 

Ocenia się, że Wszechświat powstał 
kilkanaście miliardów lat temu w wyniku 
Wielkiego Wybuchu. Teoria Wielkiego 
Wybuchu zakłada, że w przeszłości cała 
materia i energia składające się na 
Wszechświat znajdowały się w 
nieskończenie małym obszarze. Gdy 
powstał w wyniku Wielkiego Wybuchu, był 
zupełnie odmienny od dzisiejszego 
Wszechświata zawierającego planety, 
gwiazdy i galaktyki. Bardzo wczesny 
Wszechświat był ognistą kulą 
promieniowania, z której powstała później 
pierwsza generacja gwiazd

Wg modelu Wielkiego 
Wybuchu 
Wszechświat wyłonił 
się z bardzo gęstego i 
gorącego stanu (na 
dole). Od tamtej pory 
sama przestrzeń 
rozszerzała się z 
biegiem czasu, 
odsuwając od siebie 
galaktyki

Cała materia znajdująca się we Wszechświecie pogrupowana jest w struktury. 
Gwiazdy -  tworzą skupiska zwane gromadami, 

te z kolei tworzą galaktyki , podobnie jak gwiazdy, zebrane są w gromady 
galaktyk, te zaś tworzą supergromady. 

Supernowa – gwiazda odległa o 
170000 lat świetlnych.

Przykładowe galaktyki

W skład Kosmosu oprócz Słońca i Ziemi wchodzi osiem 
pozostałych planet - Merkury, Wenus, Mars, Jowisz, 
Saturn, Uran, Neptun, Pluton; księżyce planet (w tym nasz 
Księżyc), planetoidy, komety, meteory oraz pył i gaz 
międzyplanetarny. 

Czarne dziury - nikt nie wie ile jest czarnych 
dziur. Niektórzy astronomowie sądzą, że czarna 
dziura może znajdować się w centrum naszej 
Galaktyki oraz, że istnieją one w odległych 
kwazarach. Mogły by one powstawać w zwartych 
grupach gwiazd zwanych gromadami kulistymi  

Wizja artystyczna czarnej 
dziury z polem 
magnetycznym otoczona 
wirującym dyskiem 
materii.

Galaktyka Cyrkla. Na 
zdjęciu - gorący gaz 
(kolor różowy) jest 
wyrzucany ze środka 
spiralnej galaktyki.

Dysk pyłowy wokół 
czarnej dziury w 
obszarach 
centralnych 
galaktyki NGC 4261.

Czerwone olbrzymy - wszystkie gwiazdy przy końcu 
swego życia ,,puchną" i stają się czerwonymi olbrzymami 
lub gigantami. Gdy Słońce stanie się czerwonym 
olbrzymem będzie tak duże, że ,,połknie" Merkurego, 
Wenus i Ziemię. Stanie się to za prawie 5000 milionów lat.

Gwiazdy neutronowe i pulsary - po supernowej może 
pozostać maleńka, niesłychanie szybko wirująca gwiazda 
neutronowa. Niektóre zwane pulsarami wysyłają wąską 
wiązkę fal radiowych, która ,,omiata" wokół przestrzeń w 
miarę obrotów gwiazdy. Wydaje się ona gasnąć i 
ponowniae włączać jak latarnia morska, i może być 
odbierana tylko wtedy gdy jest skierowana w naszą 
stronę.

Mgławica Kraba - zdjęcie z kosmicznego 
teleskopu Hubble'a. W mgławicy tej 
znajduje się pulsar (na lewo od dwóch 
centralnie ułożonych jasnych gwiazd, 
blisko lewego dolnego rogu zdjęcia).

Pulsar NGC 6397 w 
układzie podwójnym z 
czerwonym olbrzymem.

Kwazary - kwazary mogą być bardzo młodymi 
galaktykami. Wyglądają one jak gwiazdy, ale wydają się 
być bardziej odległe, mniejsze i jaśniejsze niż większość 
galaktyk. nikt nie wie jeszcze w jaki sposób tak mały 
obiekt może wytwarzać tak wiele energii.

,,Skrzyżowanie" orbit - przez większość czasu Pluton 
jest planetą najbardziej oddalony od Słońca, lecz co jakiś 
czas znajduje się bliżej słońca niż Neptun. Choć ich drogi 
pozornie się przecinają, te dwie planety nigdy się nie 
zderza, ponieważ płaszczyzny ich orbit są od siebie 
znacznie oddalone.  

Pluton

Neptun

Na początku XX wieku uważano, że cały wszechświat zbudowany jest 
z 92 pierwiastków atomowych. Później odkryto, iż atomy zbudowane 
są z jądra i krążących wokół niego elektronów. W następnym etapie 
poznawania struktury wszechświata okazało się, że owe jądro składa 
się z jeszcze mniejszych cegiełek – protonów i neutronów. Dalsze 
odkrycia ujawniły istnienie wielu innych cząstek elementarnych i jak 
uważano wówczas nie posiadających wewnętrznej struktury takich 
jak: bariony, mezony, leptony oraz tak zwane cząstki rezonansowe. 
Już w latach sześćdziesiątych XX wieku znanych było ponad 100 
cząstek elementarnych, a w chwili obecnej znanych jest kilkaset. Fakt 
istnienia tylu cząstek elementarnych i występowania regularności 
między nimi doprowadził uczonych do hipotezy, że owe cząstki 
elementarne w istocie nimi nie są, lecz składają się z jeszcze 
mniejszych cząstek – cząstek fundamentalnych. I tak pojawił się 
model kwarków (zwany również Modelem Standardowym) jako 
składników protonu, neutronu, barionów, mezonów oraz wszystkich 
cząstek rezonansowych. Mimo ewidentnego potwierdzenia 
eksperymentalnego istnienia struktury cząstek elementarnych, ze 
względów historycznych nadal wykorzystuje się nazwę cząstki 
elementarne do określenia tej grupy cząstek.

 

Cząstki fundamentalne dzielimy na dwie podstawowe grupy (rys. 
2.2.1). Pierwszą grupę stanowią cząstki materii - na którą składają się 
leptony oraz kwarki, zaś drugą grupę stanowią nośniki oddziaływań.

Leptony – fundamentalne cząstki elementarne, fermiony o spinie 1/2 
(w jednostkach stałej Plancka), nie oddziałujące silnie, ale 
oddziałujące słabo za pośrednictwem bozonów   ,    i   . Niektóre 
leptony (np.: elektron) oddziałują elektromagnetycznie. Leptony 
grupuje się w trzy generacje scharakteryzowane odpowiadającą im 
liczbą leptonową 

Kwarki - fundamentalne cząstki elementarne 
oddziałujące silnie oraz słabo i elektromagnetycznie. Są 
fermionami o spinie 1/2 (w jednostkach stałej Plancka), 
posiadają ułamkowe ładunki elektryczne. Istnieje sześć 
rodzajów kwarków zwanych zapachami: górny - u, dolny - 
d, dziwny - s, powabny - c, piękny - b oraz prawdziwy - t. 
Podobnie jak w przypadku leptonów wyróżnia się trzy 
generacje kwarków: I generacja - u i d, II generacja - c i s i 
III generacja - t i b (rys. 2.2.4). Analogiczne generacje 
można utworzyć z odpowiednich antykwarków 
zamieniając wartości odpowiednich liczb kwantowych na 
przeciwne.

   

Cząstki elementarne, jak już wcześniej wspomniano, posiadają 

strukturę wewnętrzną. Zbudowane są z jeszcze mniejszych cząstek – 
kwarków, jednak ze względów historycznych nazywane są dalej 
cząstkami elementarnymi. Cząstki elementarne dzielimy na dwie 
rodziny: są nimi bariony i mezony. Odkryty ostatnio pentakwark 
należałby już do kolejnej trzeciej rodziny cząstek elementarnych. 
Przed pojawieniem się modelu kwarków za cząstki elementarne 
uważano również leptony oraz bozony pośredniczące

Bariony – hadrony posiadające niezerową liczbę barionową B, są 
fermionami o spinie 1/2, 3/2 (w jednostkach stałej Plancka), 
zbudowane są z trzech kwarków (antybariony z trzech 
antykwarków). Barionami są między innymi proton, neutron, 
hiperony oraz odpowiadające im antycząstki. Bariony grupuje się w 
ścieżkę ośmiokrotną, która jest schematem klasyfikacji dla cząstek 
elementarnych 

Mezony – hadrony o zerowych liczbach barionowej 
i leptonowej, są bozonami o spinie równym 0, 1 (w 
jednostkach stałej Plancka), zbudowane są z pary kwark – 
antykwark. Zazwyczaj mezony danego typu występują 
w kilku stanach ładunkowych (obojętne, ujemnie lub 
dodatnio naładowane). Mezony jednakowego typu, ale 
o przeciwnych ładunkach są wzajemnie swoimi 
antycząstkami, zaś mezony neutralne bywają swoimi 
własnymi antycząstkami.

Pentakwark – cząstka złożona z pięciu kwarków (dwóch górnych, 
dwóch dolnych i antykwarka dziwnego), mająca masę 1,54          , 
której istnienie jako pierwszy przewidział polski fizyk Michał 
Praszałowicz w 1987 roku. Pentakwarki są bardzo nietrwałe - 
rozpadają się na neutron oraz kaon po upływie             sekundy. 
Odkryty w 2003 roku pentakwark może okazać się pierwszą z całej 
rodziny pięciokwarkowych cząstek. Odkrycia dokonały dwa 
niezależne zespoły fizyków: Takashi Nakano w synchrotronie SPring-
8 w pobliżu Kobe (Japonia) oraz Kena Hicksa w akceleratorze 
laboratoriów Jeffersona w Newport News (USA).