Стандартный сценарий Огромного взрыва
Стандартный сценарий Огромного взрыва
Нас заинтересовывают действия, которые произошли, по различным оценкам, 13 — 20 миллиардов. годов назад (13 миллиардов. лет в согласовании с теорией «закрытого мира», а 20 миллиардов. лет по теории «Открытого мира»). Все это время наша Вселенная, согласно теории Огромного взрыва, повсевременно расширялась. В пролом же плотность вещества должна было быть большой. Согласно теории А. Фридмана следует, что плотность могла быть нескончаемо большой, хотя некие ученые именуют некоторый вероятный предел значения плотности вещества, приблизительно равный 10 97 кг/м 3.
Другим принципиальным параметром является температура. Вопрос о том, холодной» либо «горячей» была материя в ту эру, длительное время оставался спорным. Решающие подтверждения, что Вселенная была жаркой, удалось получить посреди 60-х годов. В текущее время большая часть космологов считает, что материя сначала расширения Вселенной была не только лишь сверхплотной, да и очень жаркой, а теория рассматривающая физические процессы сначала расширения Вселенной получила заглавие «теории жаркой Вселенной».
Согласно этой теории, ранешняя Вселенная представляла собой огромный ускоритель «элементарных» частиц. Началом работы Вселенского ускорителя был Большой взрыв. Этот термин нередко используют современные космологи. Наблюдаемый разлет галактик и их скоплений — следствие Огромного взрыва. Академик Я. Б. Зельдович именовал этот взрыв астрономическим, тем, выделив его отличие от хим взрыва.
У обоих взрывов есть общие черты, к примеру, в обоих случаях вещество после взрыва охлаждается при расширении, падает и его плотность. Но есть и значимый отличия. Главное заключается в том, что хим взрыв обоснован разностью давлений во взрывающемся веществе и давлением в окружающей среде (воздухе). Эта разность давлений делает силу, сообщающую скорость частичкам заряда взрывчатого вещества. В астрономическом взрыве схожей разности давлений нет. Астрономический взрыв не начался из какого-то определенного центра, распространяясь на все огромные области, а произошел сходу во всем существовавшем тогда пространстве. Представить для себя это очень тяжело, тем паче что «все пространство» сначала взрыва могло быть как конечным (теория замкнутого мира), так и нескончаемым (теория открытого мира).
В теории космологии приято эволюцию вселенной делить на 4 эпохи:
а) адронная эпоха (исходная фаза, характеризующаяся высочайшей температурой и плотностью вещества, состоящего из простых частиц — «адронов»);
б) лептонная эпоха (последующая фаза, характеризующаяся понижением энергии частиц и температуры вещества, состоящего из простых частиц «лептонов». Адроны распадаются в мюоны и мюонное нейтрино — появляется «нейтринное море»;
в) фотонная эпоха либо эпоха излучения (характеризуется понижением температуры до 10 К, аннигиляцией электронов и позитронов, давление излучения стопроцентно отделяет вещество от антивещества);
г) звездная эпоха (длительная эпоха вещества, эра доминирования частиц, длится со времени окончания Огромного взрыва (приблизительно 300 000 годов назад) до наших дней.
В нулевой момент времени Вселенная появилась из сингулярности, другими словами из точки с нулевым объемом и нескончаемо высочайшими плотностью и температурой. Пытаясь разъяснить происхождение Вселенной, сторонники Огромного взрыва сталкиваются с суровой неувязкой, так как начальное состояние Вселенной в разработанной ими модели не поддается математическому описанию. В их описаниях Вселенная сначала представляла собой точку места нескончаемо малого объема, имевшую нескончаемо огромную плотность и температуру. Такое состояние вещества в принципе не может быть описано математически. На языке науки это явление получило заглавие «сингулярности».
В течение первой миллионной толики секунды, когда температура существенно превосходила 10 12 К (по неким оценкам до 10 14 К), а плотность была невообразимо велика, происходили несусветно стремительно сменяющие себя экзотичные взаимодействия, труднодоступные осознанию в рамках современной физики. Мы можем только размышлять, каковы были эти 1-ые мгновения, к примеру, может быть, что четыре фундаментальные силы природы были слиты воедино. Есть основания считать, что к концу первой миллионной толики секунды уже существовал первичный «бульон» богатых энергией («горячих») частиц излучения (фотонов) и частиц вещества. Другими словами материя Вселенной представляла собой электронно-позитронные пары (еи е+); мюонами и антимюонами (м — и м +); нейтрино и антинейтрино, как электрическими (v e, v e), так и мюонными (v m, v m) и тау-нейтрино (v t, v t); нуклонами (протонами и нейтронами) и электрическим излучением. Эта самовзаимодействующая масса находилась в состоянии так именуемого термического равновесия.
В те 1-ые мгновения все имевшиеся частички должны были безпрерывно появляться (парами — частичка и античастица) и аннигилировать. Это обоюдное перевоплощение частиц в излучение и назад длилось до тез пор, пока плотность энергии фотонов превосходила значение пороговой энергии образования частиц. Когда возраст Вселенной достигнул одной сотой толики секунды, ее температура свалилась приблизительно до 10 11 К, став ниже порогового значения, при котором могут рождаться протоны и нейтроны, некие из этих частиц избежали аннигиляции — по другому в современной нам Вселенной не было бы вещества. Через 1 секунду после Огромного взрыва температура понизилась до 10 10 К, и нейтрино закончили вести взаимодействие с веществом. Вселенная стала фактически «прозрачной» для нейтрино. Электроны и позитроны еще продолжали аннигилировать и появляться опять, но приблизительно через 10 секунд уровень плотности энергии излучения свалился ниже и их порога, и большущее число электронов и позитронов перевоплотился в излучение чертовского процесса обоюдной аннигиляции. По окончанию этого процесса, но, осталось определенное количество электронов, достаточное, чтоб, объединившись с протонами и нейтронами, дать начало тому количеству вещества, которое мы смотрим сейчас во Вселенной.
Существует два главных взора на процесс формирования галактик. 1-ый заключается в том, что в хоть какой момент времени в расширяющейся консистенции вещества и излучения могли существовать случаем распределенные области с плотностью выше средней. В итоге сил тяготения эти области поначалу отделились в виде очень протяженных сгустков вещества. В этих сгустках начался процесс фрагментации, приведший к образованию туч наименьших размеров, которые позже перевоплотился в скопления и отдельные галактики, наблюдаемые сейчас. Дальше в этих наименьших (по галактическим размерам) сгустках под действием сил тяготения в случайных неоднородностях плотности началось формирование звезд. Другая точка зрения дает другой сценарий: сначала из флуктуаций плотности в расширяющемся первичном шаре сформировались бессчетные (малые) галактики, которые со временем слились в скопления, в сверхскопления и, может быть, в более большие иерархические структуры.
Основным в споре этих 2-ух взглядов является ответ на вопрос, имел ли процесс Огромного взрыва вихревой (турбулентный) нрав либо протекал более гладко. Признаков турбулентности в крупномасштабной структуре нынешней Вселенной не наблюдается. Вселенная смотрится умопомрачительно сглаженной в больших масштабах, невзирая на некие отличия, в целом дальние галактики и их скопления галактики распределены по всему небу умеренно, а степень изотропности фонового излучения также достаточно высока. Все это принуждает признать, что Большой взрыв был безвихревым, упорядоченным процессом расширения.
В 1978 г., пытаясь отыскать обоснование для наблюдаемого соотношения фотонов и барионов (10 8: 1) М. Рис высказал предположение, что фоновое излучение может быть результатом «эпидемии» образования мощных звезд, начавшейся сходу после отделения излучения от вещества и до того, как возраст Вселенной достигнул 1 миллиардов. лет. Длительность жизни этих звезд не могла превосходить 10 млн. лет, многим из их было предначертано пройти стадию сверхновых и выкинуть в место томные хим элементы, которые отчасти собрались в частицы твердого вещества, образовав облака межзвездной пыли. Эта пыль, подогретая излучением догалактических звезд, могла, в свою очередь, испускать инфракрасное излучение, которое в силу его красноватого смещения, вызванного расширением Вселенной, наблюдается на данный момент как микроволновое фоновое излучение.
Эта точка зрения не получила широкого признания, но в 1979 г. Д. П. Вуди и П. Л. Ричардс из Калифорнийского института выпустили результаты наблюдений, указывающие на некие отличия черт микроволнового фонового излучения от кривой излучения полностью темного тела. В том же году М. Роуэн-Робинсон, Дж. Негропонте и Дж. Силк (Институт царицы Марии, Лондон) указали, что отличия обнаруженные Вуди и Ричардсом, может быть объяснено излучением пылевых туч, образовавшихся прямо за «эпидемией» массового формирования звезд, что соответствует теории М. Риса. Если эта новенькая теория соответствует правде, то это значит, что подавляющее количество всей массы Вселенной содержится в невидимых остатках звезд первичного, догалактического, поколения и в текущее время может находиться в мощных черных гало, окружающих калоритные галактики, которые мы смотрим сейчас.