ПОЧАТКОВИЙ СТАН ВСЕСВІТУ.

Первісна щільність сингулярного стану речовини Всесвіту становила тисяча дев'яносто три г / см3, а її початковий розмір - 10 ~ 33 см.

ЕТАП ВЕЛИКОГО ВИБУХУ.

В результаті Великого вибуху 13,7 млрд років тому утворилася не тільки матерія, але і сам простір-час. Виділяють Планка момент - час 10 ~ 43 с після Великого вибуху, до якого існувала суперсиметрія - об'єднання всіх фізичних взаємодій. Після нього відділяється гравітаційна взаємодія, через 10 36 з розділяються сильне і електрослабкої взаємодії, а ще через 10 10 з електрослабкої об'єднання розділяється на електромагнітне і слабке взаємодії, і починається ера адронів.

Ера адронів (народження і анігіляція адронів і лептонів). Її тривалість - 10 10 -10 4 с, температура - 10 15 -10 12 ° К, щільність - 10 14 г / см 3 . В умовах надвисоких температур енергії у-кваптов (фотонів) вистачало на породження пар: частка - античастинка. Існували нуклони, мюони, електрони і нейтрино різних типів, а також античастинки. В термодинамічній рівновазі з речовиною знаходилося електромагнітне випромінювання - фотони. В силу величезної щільності речовини Всесвіт була непрозора для фотонів.

Існувала симетрія між речовиною і випромінюванням, обумовлена їх взаємоперетворення, а також симетрія між речовиною і антиречовиною. Надалі матеріальний світ деяким, поки невідомим способом, виявився ізольованим від антівещсственного. Якби цього не сталося, все речовина перетворилося б в випромінювання.

В кінці ери анігілюють нуклони і антінуклонов. Нуклонів було на одну мільярдну частину більше, і вони склали необхідний матеріал для ядер майбутніх атомів.

Ера лептонів (народження і анігіляція лептонів). Її тривалість - 10 с, температура - 10 10 ° К, щільність - 10 4 г / см 3 . Лептони аннигилировали в парах «частинка-античастинка»: мюон-антимюонів, електрон позитрон, при цьому відбувалося утворення нейтрино. Взаємодія фотонів призводило до утворення пари електрон-позитрон, яка, в свою чергу, перетворювалася в фотони: е ~ + е + <Ґе 2у.

Після анігіляції важких частинок їх енергія перейшла до більш легким частинкам. Енергія, що звільняється після анігіляції легких частинок, підвищувала температуру випромінювання. В кінці ери за рахунок злиття протонів і нейтронів формуються ядра гелію. При падінні температури до 10 10 ° К падає і енергія фотонів, якої стає недостатньо для утворення пари «електрон-позитрон».

Фотонна ера ( ера радіації) - переважання випромінювання над речовиною. Тривалість - 10 с - 10 4 років. Фотони складають основну частку маси-енергії Всесвіту. До кінця ери температура падає з 10 10

до 3000 ° К, щільність - з 10 4 г / см 3 до 10 -21 г / см 3 . Лептони за рахунок анігіляції перетворювалися в випромінювання: лептони + антілептони -> у-кванти. Всесвіт практично повністю складається з фотонів і нейтрино, а щільність фотонів на багато порядків перевершує щільність частинок, які мали масою.

Приблизно через 10 тис. Років після Великого вибуху сумарна енергія речовини починає перевершувати сумарну енергію випромінювання. На зміну радіаційної ері приходить ера речовини. При температурі 3000 ° К протони й електрони об'єднуються в атоми водню. На місце плазми приходять нейтральні атоми, припиняється взаємодія випромінювання і речовини. Одне з перших наслідків такого припинення - утворення зірок.

Всесвіт стає прозорою для випромінювання. Приблизно через 300 тис. Років після Великого вибуху виникає мікрохвильове випромінювання, яке нині називають реліктовим. Оскільки щільність речовини знижується до 10 20 г / см 3 , остільки фотони реліктового випромінювання вільно рухаються у Всесвіті.

Приблизно через 1 хв після Великого вибуху Всесвіт охолола настільки, що при зіткненні протона і нейтрона стали утворюватися ядра дейтерію, а при зіткненні двох ядер дейтерію - ядра гелію. Приблизно за 3 год до 25% речовини Всесвіту за рахунок дозоряної синтезу перетворилося на гелій.

Зоряна ера триває досі. Внаслідок поділу речовини і випромінювання утворилися неоднорідності в розподілі речовини, що призвело до утворення галактик і сверхгалактік. У зоряну еру починається процес утворення протозвезд і протогалактик. Речовина, з якого зароджувалися перші зірки, складалося в основному з водню (75%) і гелію (25%). Потім починається формування структури Метагалактики, і цей етап розвитку Всесвіту триває і в даний час (рис. 9.4).

Більш детальна характеристика етапів розвитку Всесвіту (особливо попередніх ері адронів) наведені в табл. 9.1.

Американський фізик А. Гут в 1981 р висунув інфляційну модель Всесвіту, яка розкривала стан Всесвіту до вибуху. Її розвивали російські астрофізики А. Старобинский, А. Лінде, В. Муханов і інші. Відповідно до цієї моделі Всесвіт виник з первісного вакууму, який володів величезною енергією, але знаходився в нестійкому (збудженому, або хибному) стані. У цьому вакуумі панували космічні сили відштовхування, які «роздмухували» займане ним простір, а виділилася при цьому, швидко нагрівають Всесвіт.

Величезне підвищення температури і тиску в процесі швидкого розширення порушеної вакууму призвело до вибуху сверхгорячей матерії. Після вибуху різко знижуються температура і тиск, і в подальшому розширення Всесвіту відбувалося за сценарієм стандартної моделі. Час, відведений цієї епохи, становить від 10 35 до 10 -32 с [1] .

Найбільша трудність виникає при поясненні причин еволюції Всесвіту. Виділяються дві групи концепцій: самоорганізація і креаціонізм.

Догалактіческіе етапи еволюції Всесвіту

Таблиця 9.1

Час після Великого вибуху, з

характерні температури

<° К)

характерні

відстані

(См)

Етап / Подія

<10 «

> 1 032

<10 33

Квантовий хаос. Суперсиметрія (об'єднання всіх взаємодій)

Ю-43

Ю32

Ю-зз

Плаіковскій момент. Відділення гравітаційної взаємодії

10 43 -10- 36

Тисячі тридцять два-Ю28

10-33-10-29

Велике об'єднання (електрослабкої і сильної взаємодій)

10-36

Ц) 28

Ю-29

Кінець Великого об'єднання. Поділ сильного і електрослабкої взаємодій

10 36 -10- 32

1028-Ю26

10-29-10-27

Інфляція. Виникнення асиметрії між речовиною і антиречовиною

10-ю

10 15

10-16

Кінець електрослабкої об'єднання

10-6

10 13

10-14

Кварк-адронний фазовий перехід

про

про

Про

1015-1012

10 * «- 10 13

Адронний ера. Народження і анігіляція адронів і лептонів

10-4-10

Ю12_1 () 10

10 13-10 16

Лсптонная ера. Народження і анігіляція лептонів

0,1-1

2 х 10 10

10-11

Відділення нейтрино. Всесвіт стає прозорою для нейтрино (антинейтрино)

про

ю

про

зі

- 10 9

10 16-10 9

Дозвездной синтез гелію

10 с-104 років

10ю-104

10-16-10-5

Радіаційна ера. Домінування випромінювання над речовиною

10 4 років

104

10-5

Початок ери речовини. Речовина починає домінувати над випромінюванням

300 000 років

Зх 10 3

10-4

Поділ речовини і випромінювання. Всесвіт стає прозорою для випромінювання

Джерело : Ішхані Б. С ., Капітонов І. М., Тутинь І. Л. Нуклеосинтез у Всесвіті. М.: Изд-во МГУ, 1998. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/nuclsynt/nl3.htm (дата звернення: 26.11.2015).

Етапи еволюції Всесвіту

Мал. 9.4. Етапи еволюції Всесвіту 1

Концепція самоорганізації вважає матеріальний Всесвіт єдиною реальністю. Еволюція Всесвіту розглядається як процес самоорганізації, тобто самовільного становлення все більш складних структур. Порядок породжується динамічним хаосом, а питання про мету космічної еволюції не ставиться, оскільки не має сенсу.

Концепція креаціонізму (творіння) пов'язує еволюцію Всесвіту з реалізацією програми, яка була сформульована «реальністю більш високого порядку» [2] [3] , ніж матеріальний світ (в кінцевому підсумку - Богом). Прихильники креаціонізму в якості одного з аргументів залучають антропний принцип.

Антропний принцип (АП) фіксує той факт, що конкретне існування «нашої» Всесвіту визначається чисельними значеннями фундаментальних фізичних констант. У їх числі: постійна Планка, гравітаційна стала, константи взаємодії і т.д. Зміна цих констант на мізерну величину принципово змінило б форми і способи існування Всесвіту, а це зробило б неможливим її існування як складної впорядкованої структури. Першими ідею принципу висловили радянські дослідники: фізик А. Л. Зель- манов (1913-1987) в 1955 р і історик науки Г. М. Ідліс (1928-2010) в 1957 р, Б. Картер (р. 1942) в 1973 р сформулював сильний і слабкий варіанти АП. У монографії Дж. Д. Барроу і Ф. Дж. Тіплер « Антропний космологічний принцип» (1986) визнаний пріоритет Г. М. Ідліс.

Різновиди АП:

  • слабкий : у Всесвіті можуть зустрічатися різні значення світових констант, але їх значення, різко відмінні від відомих, що не спостерігаються тому, що там, де вони є, не може бути людини-спостерігача;
  • сильний : Всесвіт повинна мати властивості, що дозволяють розвинутися розумного життя. Його варіант - Антропний принцип участі (АПУ), сформульований в 1983 р Дж. Уілер: спостерігачі необхідні для набуття Всесвіту буття.

Очевидно істотна відмінність цих формулювань:

  • • сильний АП відноситься до Всесвіту на всіх етапах її еволюції;
  • • слабкий АП стосується тільки тих її регіонів і тих періодів, коли в ній теоретично може з'явитися розумне життя.

Формулювання АП спирається на припущення, що спостерігаються в наш час закони природи не є єдиними реально існуючими (або існували), що повинні бути реальні Всесвіти з іншими законами.

Згідно сильному АП Всесвіт планувалася і розвивалася з початковим урахуванням того, що в ній з'явиться життя і її вінець - людина. Звідси поруч дослідників робиться висновок: фізична структура Всесвіту запрограмована, а кінцева мета космічної еволюції нібито полягає в появі людини у Всесвіті відповідно до задумами Творця.

З жалем доводиться констатувати, що в деяких сучасних підручниках ідея креаціонізму розглядається в рамках концепцій природознавства [4] . Однак ця ідея пов'язана зі світом надприродного і тому виходить за рамки природознавства, що вивчає природні закони світу. До того ж антропний принцип пояснює, чому поява людини стало можливим, але ні в якій мірі не може служити доказом запрограмованості такого появи.

  • [1] Іноді цю теорію характеризують як спробу пояснити «народження Вселеннойіз нічого». Див .: Концепції сучасного природознавства / під ред. В. II. Лавриненко, В. П. Ратіікова. 2-е изд. С. 124.
  • [2] Наука. Найбільші теорії. Вип. 42. Расширяющееся знання. Гамов. Великий вибух: пров. з ісп. М.: Де Агостіні, 2015. С. 103. Па рис. позначений WMAP (Wilkinson MicrowaveAnisotropy Probe) - космічний апарат НАСА (працював з жовтня 2001 по 2009 г.) для вивчення реліктового випромінювання; з його допомогою складена радіо карт неба на длінахволн від 1,4 см до 3 мм.
  • [3] Концепції сучасного природознавства / під ред. В. II. Лавриненко, В. П. Ратнікова.2-е изд. С. 125.
  • [4] Див., Наприклад: Концепції сучасного природознавства / під ред. В. Н. Лавріненкоі В. П. Ратникова. Між іншим, ідея креаціонізму з'явилася лише в другому ізданііетого підручника.
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >