Теория Большого Взрыва (Стандартная модель)

By vera |

В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель "горячей Вселенной" или Большого Взрыва. Основоположником теории является американский физик русского происхождения Георгий Антонович (Джордж) Гамов (1904 - 1968 г.г.). Физик- теоретик и астрофизик, в 1946 году он, активно включаясь в работу в области космологии, предлагает модель "горячей Вселенной", уточняя теорию Большого Взрыва. Ее основанием стало представление о расширяющейся Вселенной, данные о современном распространении элементов и оценки возраста Вселенной, который тогда считался примерно равным возрасту Земли. Гамов с сотрудниками разработали теорию образования химических элементов путем последовательного нейтронного захвата (нуклеосинтез). В рамках этой теории было предсказано существование фонового микроволнового (реликтового) излучения. В начале гипотеза не привлекла особого внимания физиков. Серьезную конкуренцию ей создавала распространенная в то время теория "холодной Вселенной" и "стационарной Вселенной". Но в 1965 году американский астрофизик Арно Аллан Пензиас и его соотечественник физик Роберт Вудро Вильсон открыли реликтовое излучение ( Нобелевская премия 1978 года). И тогда стало бесспорным, что начало Вселенной было горячим.

Теория Большого Взрыва была достаточно противоречива и имела множество "белых пятен". Ведь она оперирует с такими понятиями, с которыми физики до сих пор обращаются очень осторожно и неуверенно. Впрочем, это не помешало взять ее за основу, а по мере развития астрофизики устранять неточности, нестыковки и узкие места. Так появляются теории инфляции, струн и множественности вселенных. Гипотез много, в их числе и экзотические. Но любая из них нуждается в доказательствах. Только новые факты могут склонить чашу весов в сторону какой- либо из них. Новые факты и новые открытия - ведь эксперимент в космологии практически неосуществим. Впрочем, вернемся к Стандартной модели. Итак, что же она говорит? Что было в начале ? С чего все началось?

Космологическая сингулярность.

Очень странное, неописанное,толком, состояние. Гамов назвал этот период Августинской эпохой. Святой Августин считал, что время есть свойство Вселенной и появляется вместе с ней. Парадокс отсутствия времени - ведь время начнет отсчет с момента Большого Взрыва. Размеры всей Вселенной стянуты в точку. Все эти миллионы световых лет расстояний свернуты в нуль. Тогда масса всего имеющегося вещества должна составлять колоссальные цифры, стремясь в бесконечность. Взаимодействия - гравитационное, электромагнитное, сильное (внутриядерное) и слабое ( распад частиц) сплетены в один клубок и никак не проявляются. Да и где проявляться, вещество какое- то странное - точка. Что это за сверхтяжелая точка? Как это возможно? В условиях Земли невозможно. Нужны активные работы теоретиков в этом аспекте.

Большой Взрыв.

Что взорвалось? Пресловутая сверхтяжелая точка? Почему? И как? Нет пока ответа. Но время потекло, пошел отсчет.

Планковское время.

Оно наступило спустя невероятный интервал времени - десять в минус сорок третьей степени секунды после взрыва неизвестно чего по непонятной причине. Гравитационное взаимодействие отделяется от остальных фундаментальных взаимодействий. Наблюдаемая ранняя Вселенная с хорошей точностью однородна, изотропна и является геометрически плоской. Это факт и объяснения этому начинают появляться. Согласно Фридмановским моделям, если отношение средней плотности Вселенной к критической плотности ( 5,5 атома водорода на кубический метр) равно единице, пространство будет плоским. А соотношение именно таково. Но барионная (обычная) материя дает в плотность всего 4,54%, остальные - 22,6% темная материя и 73% темная энергия. Это требует дополнительных поясняющих теорий.

Эпоха великого объединения.

С момента взрыва прошло всего- навсего от десяти в минус сорок третьей до десяти в минус тридцать пятой секунды. Невероятными категориями оперирует космологическая наука! Идет расширение и охлаждение Вселенной, и разные типы взаимодействий начинают разделяться. Описание теории объединения отложено на будущее.

Эпоха инфляции.

Современное дополнение - инфляция (раздувание) Вселенной. Пространство заполнено излучением. Начинают образовываться карки, электроны и нейтрино. На ранних стадиях кварки и гипероны, забирающие энергию фотонов, быстро распадаются. Охлаждение вещества замедлено, по сравнению с расчетным. Возможно, существовало несколько циклов нагревания и охлаждения Вселенной. Продолжается этот процесс в период с десяти в минус тридцать пятой до десяти в минус тридцать второй степени секунды от взрыва.

Эпоха электрослабых взаимодействий.

На вселенских часах время - от десяти в минус тридцать второй до десяти в минус двенадцатой степени секунды. Из- за все еще высокой температуры, электромагнитное и слабое взаимодействие все еще едины. Высокие энергии образуют некоторые "экзотические" частицы: W- бозон, Z- бозон, бозон Хиггса. Нарушается суперсимметрия (CP).

Эпоха кварков.

От десяти в минус двенадцатой до десяти в минус шестой степени секунды с момента взрыва. Разделяются окончательно взаимодействия и отныне фундаментальные силы существуют в их современном виде. Вселенная находится в состоянии кварков - кварк- глюонная плазма. Их объединение пока невозможно.

Эпоха адронов.

Кварк- глюонная плазма охлаждается и кварки объединяются в адроны - к примеру, образуя протоны и нейтроны. Начинают свободно пронизывать пространство нейтрино. Время - одна секунда ( ! ) с момента рождения Вселенной.

Эпоха лептонов.

Продолжительность - от первой до третьей секунды. Адроны успешно аннигилировали в прошлую эпоху. Во вселенной преобладающей массой стали пары лептон - антилептон. Но к концу периода их синтез останавливается и, аннигилировав, они сохраняются в небольшом количестве. Вселенная достаточно остыла для образования нуклонов - первичного нуклеосинтеза. Процесс продолжался три минуты, образуя первичный состав звездного вещества: 25% гелия-4, 1%дейтерия, следы элементов до бора, остальное - водород. Вещество начинает доминировать над излучением.

Эпоха первичной рекомбинации.

Дальше время потянулось не спеша, медленно и величаво, как и полагается четвертому измерению. От третьей секунды после взрыва и еще долгих 379000 лет Вселенная расширяется и охлаждается, пока не достигает температуры, при которой возможно образование атомов. Из плазмы, непрозрачной для большей части излучения, материя становится газообразной. Тепловой отголосок тех времен до нас доходит в виде реликтового излучения.

Темные века.

До 150 миллионов лет со дня Большого Взрыва ранняя Вселенная пребывала во мраке - пространство, заполненное водородом, гелием и реликтовым излучением - излучением водорода на волне 21 см.

Период реионизации.

Образуются первые звезды, квазары, галактики, скопления и сверхскопления галактик. Временной интервал - до одного миллиарда лет. Вселенная, наконец, предстала во всей звездной красоте.

Эра вещества.

Продолжается от 1 млрд до 8,9 млрд лет от времени взрыва. Во Вселенной активно образуются межзвездные облака. И среди них одно - давшее жизнь Солнечной системе.

Формирование твердых пород.

От 8,9 млрд лет и до 9,1млрд лет идет процесс образования планет в Солнечной системе и затвердевания пород. С этого момента Вселенная приобретает современный вид.

По современным оценкам возраст нашей Вселенной составляет 13,7 млрд лет. Как видим, вот уже примерно 4,6 млрд лет мир пребывает в привычном нам виде. Что дальше? Для достоверного прогноза необходимо иметь исходные данные и понимать сущность происходящих событий. К сожалению, ни первого, ни второго у нас нет. Пока что мы имеем некоторые факты и пытаемся трактовать их с большей или меньшей достоверностью. К Стандартной модели есть много вопросов, бесспорно. Но это лучшее из того, что имеется. А уточнения и дополнения - ну что же, будем надеяться, что теоретики- физики, космогонисты и астрофизики смогут если не рассеять туман, то хотя бы сделать его не таким плотным.

Литература:

WWW.element.ru

WWW.spacemystery.ru

WWW.vsellennaya.ru


Нет комментариев


Оставить комментарий