Фотонная плазма и наша эпоха
Фотонная плазма и наша эпоха
В 1-ые 100 секунд расширение в расширяющейся плазме происходил очередной вид процессов. Дело в том, что по прошествии 10 секунд от сингулярного состояния температура во Вселенной свалилась до нескольких млрд градусов. Ранее во Вселенной было много электронов и позитронов, рождавшихся при энергичных столкновениях частиц. Сейчас энергия столкновения уже недостаточна для их рождения. Электроны и позитроны, сталкиваясь вместе, аннигилируют, превращаясь в фотоны. Вся энергия, которая содержалась в электронах и позитронах, перебегает в фотоны реликтового излучения.
Проходят минутки, температура продолжает падать с расширением. Завершилась аннигиляция электронов и позитронов, затухли ядерные реакции в веществе.
Это были последние активные процессы, происходившие в жаркой ранешней Вселенной. В ней стало очень холодно (холоднее млрд градусов!), и бурные процессы стали невозможны.
Завершился буйный фейерверк жизни юный Вселенной, и наступил долгий период спокойствия. Он длился около 300 тыщ лет.
Напомним, что в этот период расширяющаяся плазма все таки очень горяча и стопроцентно ионизована. Она непрозрачна для реликтового излучения, которое по массе превосходит непрозрачную плазму. В этой консистенции плазмы и света имеются маленькие колебания, которые можно именовать “фотонным звуком”, потому что упругой силой, их вызывающей, является давление света.
Вот и все увлекательное, что было в эту “тихую” эру.
Так длилось до тех пор, когда температура свалилась приблизительно до 4 тыщ градусов. Эта температура уже довольно мала, и ионизованная плазма начинает преобразовываться в нейтральный газ. Казалось бы, событие это не настолько уж принципиальное, но оно явилось поворотным в предстоящей судьбе Вселенной.
Ранее момента ионизованный газ был совсем непрозрачен для реликтового излучения. После перевоплощения газа (а это в главном водород) в нейтральный, он фактически совсем прозрачен для подавляющей части фотонов реликтового излучения. Отныне реликтовое излучение отделилось от вещества. Вся Вселенная для него прозрачна. Фотоны распространяются через вещество, которое становилось все более разреженным из-за расширения и все более прохладным, фактически пе поглощаясь.
Ну и почему же это так принципиально? — может спросить читатель. Дело в том, что только сейчас из этого остывшего нейтрального газа могут формироваться небесные тела.
За эпохой фотонной плазмы наступает эпоха формирования структуры Вселенной.
Можно считать, что началом современной эры в истории Вселенной был процесс образования отдельных циклопических по размерам комков в начальном, практически однородном веществе, комков, из которых потом появились галактики и их скопления. Образование комков происходило под действием сил гравитации, и весь процесс получил заглавие “гравитационной неустойчивости”.
Еще у И. Ньютона были выражения о том, что однородное вещество должно собраться в комок либо в отдельные комки под воздействием обоюдного тяготения частичек. И. Ньютон писал: “Если б все вещество нашего Солнца и планет и все вещество Вселенной было умеренно рассеяно по всему небу и любая частичка обладала бы прирожденным тяготением ко всему остальному и если б все место, по которому было рассеяно это вещество, было бы все же конечным, то все вещество на внешней стороне этого места благодаря собственному тяготению стремилось бы ко всему веществу, находящемуся снутри места, и как следствие свалилось бы в середину полного места и образовало бы там одну огромную сферическую массу. Но если б вещество было умеренно рассеяно по нескончаемому месту, оно никогда не собралось бы в одну массу; часть его могла бы собраться в одну массу, а часть — в другую, так что образовалось бы нескончаемое число огромных масс, разбросанных на огромных расстояниях друг от друга по всему этому нескончаемому месту.
Так могли образоваться Солнце и недвижные звезды”. Означает, однородное вещество стремится под действием тяготения распасться на отдельные комки. Это “рвение” имело место с самого начала расширения однородного вещества Вселенной. Но оно почему-либо не распалось! Вправду, если б таковой процесс произошел в самом начале расширения Вселенной, то ничего схожего на галактики и звезды при всем этом не появилось бы. Ведь вещество было страшенно плотным. Возникшие в нем комки должны были быть еще плотнее. Такового во Вселенной мы не смотрим. Во всяком случае, не смотрим в огромных количествах. Галактики владеют умеренной средней плотностью. Означает, они появились в эру сравнимо близкую к нам, когда расширяющееся вещество Вселенной стало довольно разреженным. Только тогда проявилась гравитационная неустойчивость. Ранее что-то мешало “сработать” этому механизму. Это “что-то” было давлением реликтового излучения.
Давление реликтовых фотонов громадно. Если кое-где случаем появлялся сгусток плазмы совместно с фотонами реликтового излучения, то силы тяготения, естественно, стремились усилить этот сгусток, в полном согласовании с описанием И. Ньютона. Но этим силам противостояли массивные силы давления фотонов, для которых плазма была непрозрачной. Они распихивали сгусток, и гравитационная неустойчивость не могла проявиться.
Только после перевоплощения жаркой плазмы в нейтральный газ стало вероятным проявление гравитационной неустойчивости. Газ сейчас прозрачен для реликтового излучения. Появившийся комок газа в процессе сжатия силами тяготения не испытывает сопротивления давления фотонов, они свободно выходят из зарождающегося сгустка. Только силы газового давления могут оказывать сопротивление. Но это давление еще слабее фотонного, и если сгусток довольно велик по размеру, то силы газового давления не могут побороть тяготение. Проявляется гравитационная неустойчивость.
До того как познакомиться с тем, как непосредственно проявляется гравитационная неустойчивость, нам придется обратиться к очередной загадке, вставшей на пути исследователей.
Новиков И.Д.