ПОЧАТКОВА СТАДІЯ ВСЕСВІТУ

Початок Всесвіту атоми і порожнеча, все ж інше існує лише в думці.

Діоген

Проблема виникнення структурності світу і життя у Всесвіті традиційно трактується наступним чином: навколишньої Всесвіту має певними фізичними властивостями і закономірностями пізнаваними нами. Як в такому випадку відбувається еволюція Всесвіту приводить до досить складним структурам, як зароджується і еволюціонує в такому Всесвіті життя? Від відповіді на ці, багато в чому ещ не вирішені питання залежать можливість існування життя в різних областях Всесвіту і в інші часи і напрямки її пошуку.

Будь-яка фізична теорія, наприклад рівняння Максвелла в електродинаміки, ставить перед собою завдання дати повне фізичне опис тієї чи іншої системи, якщо відомий повний набір початкових даних оскільки в різних фізичних явищах початкові дані різні Але якщо звернутися до космології, яка повинна описати властивості одне єдиної системи - нашого Всесвіту, питання про початкові данни і фундаментальних постійних нерозривно пов'язаний з питанням: скільки Всесвіт саме така, якою ми її спостерігаємо. Перш ніж підійти до відповіді на це питання, розглянемо, якими представляються сучасного природознавства початкові умови нашого Всесвіту.

Найбільш важливим моментом сучасної стандартної космологічної моделі Всесвіту є питання про властивості ранньому Всесвіті. Задовільний опис властивостей ранньому Всесвіті дається в мо де Ситтера. Пізніші проміжки еволюції Всесвіту описаний в моделі Фрідмана. Перехід від одного закону до іншого означає радикальну зміну основних властивостей Всесвіту в цей момент, изменени її фазового стану.

Модель експоненціального зростання розмірів Всесвіту де Ситтера Я «ехр •?) На початковій стадії її еволюції отримала назву моделі« роздувається Всесвіту ». За цією моделлю при? -> 0 вся енергія світу був укладена в його вакуумі. Десіттеровская стадія розширення тривала приблизно 10 ~ 35 с. Весь цей час Всесвіт швидко розширювалася (див. Табл. 11.1) заповнює її вакуум як би розтягувався без зміни своїх властивостей Утворилося стан Всесвіту було вкрай нестійким, енергетично напруженим. У таких випадках достатньо виникнення найменших неоднорідностей, що грають роль випадкової затравки, щоб визват перехід в інший стан (як приклад можна привести явлени кристалізації). При переході вакууму в інший стан миттєво виділялася колосальна енергія за рахунок різниці його початкового і кінцевого станів. Приблизно за 10 ~ 32 з простір роздули в величезні розпечений куля з розмірами багато великими видимої частини Всесвіту При цьому відбулося народження з вакууму реальних частинок, з яких пр згодом сформувалося речовина нашого Всесвіту.

Останнім часом посилено обговорюються причини того «первотолчка», який був початком розширення нашого Всесвіту. Один з можливі механізмів, заснований на гіпотезі про існування кванта єдиного простору-часу, описаний в теорії інфляційного Всесвіту. Розглянемо її основні положення і висновки.

А. Ейнштейном була висунута ідея про існування космічного відштовхування. Якщо врахувати ці сили в рівняннях динаміки Всесвіту то повне прискорення виявляється рівним

Прискорення тяжіння я тяг одно

Прискорення відштовхування а отт відповідно до гіпотезою Ейнштейна пропорційно /? і так само:

де Л - космологічна постійна, рівна «10 ~ 56 см 2 .

Розглянемо випадок, коли у Всесвіті немає речовини, вона «порожня». При цьому М = 0 і а тяг = 0. Динаміка Всесвіту описується прискоренням а від Можна показати, що при цьому дві пробні частки, поміщені в таку порожню Всесвіт, будуть віддалятися один від одного але закону:

Відповідно до сучасних концепцій природознавства вакуум - Не порожнечі; у фізичному вакуумі безперервно відбуваються процеси народження і знищення віртуальних частинок. Це своєрідне «кипіння» вакууму не можна усунути, бо воно означало б порушення одного з основних законів квантової фізики, а саме співвідношення невизначеностей Гейзенберга. Ка показав академік Я. В. Зельдович в 1967 р, в результаті взаємодії віртуальних частинок у вакуумі з'являється деяка щільність енергії і виникає негативний тиск. Таке вакуумно-подібний стан нестійкий і з плином часу розпадається, перетворившись у звичайну гарячу матерію. Енергія вакуумно-подібного стану перейде в енергію звичайної матерії, гравітаційне відштовхування зміниться звичайної гравітацією уповільнює розширення. З цього моменту Всесвіт почне развіватьс за відомою стандартної космологічної гарячої моделі еволюції.

Розглянемо вихідні положення цієї моделі і її основні результати. Гаряча модель Всесвіту, як і будь-яка інша, виходить з спостерігається в даний час факту її розширення і пояснює три достовірно встановлених факту - наявність баріонів асиметрії Всесвіту, космічне відношення числа фотонів до числа баріонів, приблизно дорівнює 10 9 , і однорідність і ізотропності реліктового випромінювання. Теори «Великого Вибуху» в наші дні вважається загальноприйнятою. Згідно це теорії наш Всесвіт розвивалася з початкового стану, яке можна представити у вигляді згустку надщільного розпеченій матерії Випромінювання і речовина в ньому перебували в тепловій рівновазі. У цей ранньому Всесвіті фотони ефективно взаємодіяли з речовиною число частинок було дорівнює числу античастинок.

У розвитку Всесвіту прийнято виділяти наступні чотири стадії : «адронний ера», «Лептонний ера», «ера випромінювання» і «ера речовини» «адронний ера» тривала до? = 10 -4 с. При цьому р H> 10 14 г / см 3 Т> 10 12 К. Важливою особливістю цієї стадії є співіснування речовини (протонів і нейтронів) з антиречовиною (антинейтрона і ін.). Причому кількість частинок в одиниці об'єму було того ж порядку що і фотонів. Основний внесок в гравітацію вносили важкі частинки -В адрони. Вони анігілюють з античастинками, залишається лише невеликий надлишок нуклонів, який в подальшому і визначає властивості нашог світу, тобто значення його фундаментальних світових постійних. Саме початок (тобто сингулярність) поки недоступно дослідженню, так як пр цьому все головні параметри Всесвіту (щільність, температура і т.п.) У звертаються в нескінченність.

Далі (до? = 10 с) йшла «Лептонний ера», протягом якої температура знижувалася з 10 12 До до 5 * 10 9 К. Зі зменшенням температури більш ефективними стають процеси з'єднання протонів з нейтронам з утворенням дейтерію 2 Н, тритію 3 Н і ізотопів 3 Хіба ж то й 4 Чи не. Саме в цей час і утворюється основна частина гелію, що міститься в зірка і галактиках. На частку гелію припадає близько 30%, на частку водню-близько 70%, а на частку інших хімічних елементів - менше 1% мас речовини. За рахунок термоядерних реакцій в Галактиці може образоватьс близько 2% гелію за масою. Тому основна маса гелію повинна бути присутнім в Галактиці спочатку. За теорією «гарячої» Всесвіту за перші 100 з утворилося 25% Не та 75% Н, що підтверджує і сучасний хімічний склад Метагалактики.

«Ера випромінювання» тривала від 10 с до 10 13 с, або 1 млн років. При цьому температура знаходилася в діапазоні 300 К < Г < 10 10 К, а щільність -У 10 21 <p <10 4 г / см 3 . Основний внесок в гравітаційну масу Всесвіту вносило випромінювання. На початку ери закінчився синтез гелію і продолжаліс процеси анігіляції електронів з позитронами. Весь цей час температура випромінювання залишалася однаковою з температурою речовини. Але ка тільки температура зменшилася до величини Т = 3000 К, енергії фотонів було вже недостатньо для іонізації атомів водню. Тому процеси рекомбінації електронів з протонами НЕ врівноважуються зворотними процесами іонізації і відбувається «відрив» випромінювання від речовини З цього моменту головну роль в розширенні Всесвіту починає играт НЕ випромінювання, а речовина.

«Ера речовини» починається з моменту рекомбінації і триває досі. На її певному етапі і починаються процеси формування галактик і зірок.

На закінчення можна констатувати, що гіпотеза гарячого вибуху дозволяє задовільним чином інтерпретувати все п'ять розглянутих вище експериментальних фактів. Саме тому сучасні уявлення про виникнення нашої Метагалактики заснований на викладі нами моделі, хоча багато питань все ще залишаються відкритими.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >