Історія Всесвіту: від Великого Вибуху донині. Модель великого вибуху та хронологія всесвіту

Глава Згідно з теорією Великого вибуху, подальша еволюція залежить від експериментально вимірного параметра - середньої щільності речовини в сучасному Всесвіті. Якщо щільність не перевищує деякого (відомого з теорії) критичного значення, Всесвіт буде розширюватися вічно, якщо ж щільність більша критичної, то процес розширення колись зупиниться і почнеться зворотна фаза стиснення, що повертає до вихідного сингулярного стану. Сучасні експериментальні дані щодо величини середньої щільності ще недостатньо надійні, щоб зробити однозначний вибір між двома варіантами майбутнього Всесвіту.

Є низка питань, на які теорія Великого вибуху відповісти поки що не може, проте основні її положення обґрунтовані надійними експериментальними даними, а сучасний рівень теоретичної фізики дозволяє достовірно описати еволюцію такої системи в часі, за винятком самого початкового етапу - близько сотої частки секунди. початку світу». Для теорії важливо, що ця невизначеність на початковому етапі фактично виявляється несуттєвою, оскільки стан Всесвіту, що утворюється після проходження даного етапу, і його подальшу еволюцію можна описати цілком достовірно.

Міністерство загальної та професійної освіти РФ

Південно-Уральський Державний Університет

Кафедра фізичної хімії

Концепції сучасного природознавства

Модель Великого Вибуху та хронологія Всесвіту

Виконав:

Ахмедянов С.М.

Ст. гр. ЕіУ-285

Перевірив:

Доцент, кандидат технічних наук

Тепляков Ю.М.

________________

«___»______1999 р.

Челябінськ

Анотація

Ця робота присвячена проблемі вивчення походження нашого Всесвіту. У роботі розглядаються теорія Великого Вибуху, а як і перші миті життя Всесвіту.

Використані праці вітчизняних та іноземних вчених, а як і нові астрономічні безавторські матеріали, отримані у мережі Internet.

Анотація 2

Вступ 4

А чи бал Великий Вибух? 5

Реліктове випромінювання 6

Сценарій далекого минулого. 7

«Гарячий Всесвіт» 7

Великий Вибух: початок 7

Великий Вибух: продовження 8

Еволюція речовини 9

а) Адронна епоха. 11

б) Лептонна епоха. 12

в) Фотонна ера чи ера випромінювання. 12

г) Зоряна епоха. 14

«Підсумки перших кроків Маленького Всесвіту» 15

Висновок 16

Словник спеціальних термінів. 17

Список литературы 19

Вступ

Дослідженням Всесвіту стала займатися ще найдавніша Людина. Небо було доступним для його огляду – воно було для нього цікавим. Недарма астрономія - найдавніша з наук про природу - і, по суті, майже найдавніша наука взагалі.

Не втратив інтересу до вивчення проблем космосу і Сучасна Людина. Але він дивиться вже трохи глибше: йому не просто цікаво, що є Всесвіт зараз – він прагне знань про те

що було коли Всесвіт народжувався?

чи народжувалася вона Взагалі, чи вона глобально стаціонарна?

як давно це було та як відбувалося?

Для пошуку відповіді на всі ці непрості відповіді було відведено спеціальну нішу в астрономії – космологію.

Космологія 1 - це фізичне вчення 2 про Всесвіт як у цілому, що включає теорію всього охопленого астрономічними спостереженнями світу як частини Всесвіту.

Космологія спробувала дати відповіді на ці запитання. Була створена теорія Великого Вибуху, а так само теорії, що описують перші миті народження Всесвіту, її появу та структуризацію.

Все це дозволяє нам зрозумітисутність фізичних процесів, показує джерела, що створюють сучасні закони фізики, дає можливість прогнозувати подальшу долю Всесвіту.

Тому космологія, як і будь-яка інша наука живе і бурхливо розвивається, приносячи все нові і нові фундаментальні знання про навколишній світ. Хоча і не так швидко, як, наприклад, комп'ютерні технології, і більшою мірою за рахунок «альтернативних» теорій, але все-таки розвивається.

Дана робота присвячена проблемі вивчення походження нашого Всесвіту: у ньому розглядаються теорія Великого Вибуху, а так само першу мить життя Всесвіту.

А чи бал Великий Вибух?

На це питання сучасна наука дає певну відповідь: Великий Вибух був! Ось що, наприклад, написав із цього приводу академік Я.Б. Зельдович 1983 р.: «Теорія «Великого Вибуху» зараз немає скільки-небудь помітних недоліків. Я б навіть сказав, що вона так само надійно встановлена ​​і вірна, як правильно те, що Земля обертається навколо Сонця. Обидві теорії займали центральне місце у картині світобудови свого часу, і обидві мали багато противників, які стверджували, що нові ідеї, закладені в них, абсурдні та суперечать здоровому глузду. Але подібні виступи неспроможна перешкоджати успіху нових теорій» 4 .

На чому ґрунтується впевненість у справедливості теорії « гарячого Всесвіту» 5? Невже існують абсолютно незаперечні свідчення на її користь?

Відповідаючи на всі ці питання, зауважимо, що є ряд даних, які не суперечать теорії гарячого Всесвіту. До них належать, наприклад, дані про вік небесних тіл. Ми знаємо, що вік Сонячної системи наближається до 4,6 млрд. років. Менш точно відомий вік найстаріших зірок. Швидше за все, він близький до віку нашої та інших галактик. (10-15 млрд. років). Отже, дані про вік небесних тіл не суперечать даним віком Метагалактики. Якби, наприклад, вийшло, що час, що минув від Великого Вибуху менше, ніж вік Землі, Сонця чи Галактики, це слід було б розглядати як факти, що суперечать космологічним моделям Фрідмана і «гарячого Всесвіту».

Дані радіоастрономії свідчать, що в минулому далекі позагалактичні радіоджерела випромінювали більше, ніж зараз. Отже, ці радіоджерела еволюціонують. Коли ми зараз спостерігаємо потужне радіоджерело, ми не повинні забувати про те, що перед нами його далеке минуле (адже сьогодні радіотелескопи приймають хвилі, які випромінювали мільярди років тому). Той факт, що радіогалактики і квазари еволюціонують, причому час їх еволюції можна порівняти з часом існування Метагалактики, прийнято розглядати на користь теорії Великого Вибуху.

Важливе підтвердження «гарячого Всесвіту» випливає з порівняння спостерігається поширеності хімічних елементів з тим співвідношенням між кількістю гелію і водень (близько ¼ гелію і приблизно водню ¾), яке виникло під час первинного термоядерного синтезу.

Реліктове випромінювання

І все-таки головним підтвердженням теорії «гарячого Всесвіту» вважається відкриття реліктового випромінювання. Для космології це відкриття мало фундаментальне значення. В історії спостережної космології відкриття реліктового випромінювання, мабуть, можна порівняти за значенням із відкриттям розширення Метагалактики.

Що це за випромінювання і як воно було відкрито? При «відриві» 6 випромінювання від речовини, коли температура в Всесвіті, що розширюється, була порядку 3000-4000 К, в холді подальшого розширення Всесвіту температура випромінювання падала, але його характер (спектр) зберігся до наших днів, нагадуючи про далеку молодість Метагалактики. Саме тому радянський астрофізик І.С. Шкловський запропонував називати це випромінювання реліктовим.

Таким чином, теорія «гарячого Всесвіту» передбачає існування реліктового випромінювання.

Ще наприкінці 40-х – на початку 50-х років. у роботах Г.А. Гамова, та був його учеників Р. Альфера і Р. Германа містилися гадані оцінки температури реліктового випромінювання (від 25 до 5 К). У 1964 р. радянські астрофізики І.Д. Новіков та А.Г. Дорошкевич уперше виконали більш конкретні розрахунки. Вони порівняли інтенсивність інших джерел (зірки, міжзоряний пил, галактики тощо) у сантиметровому діапазоні довжин хвиль. Приблизно в цей же час група американських учених на чолі з Р. Дікке вже приступила до спроб виявити реліктове випромінювання, але їх випередили А. Пензіас і Р. Вільсон, які отримали в 1978 Нобелівську Премію за відкриття космічного мікрохвильового фону (така офіційна випромінювання) на хвилі 7,35 см.

На відміну від групи Р. Дікке, майбутні лауреати Нобелівської премії не шукали реліктове випромінювання, а в основному займалися налагодженням радіоантени для робіт за програмою супутникового зв'язку: під час спостережень з липня 1964 по квітень 1965 вони, а також їх колеги , При різних положеннях антени, реєстрували космічне випромінювання. Природа якого їм була незрозуміла – цим випромінюванням саме виявилося реліктове випромінювання.

Сценарій далекого минулого.

Отже, нас цікавитиме епоха, яка відокремлена від нинішньої на 13 – 20 млрд. років (20 млрд. років обчислено відповідно до теорії «відкритого світу», 13 млрд. років – відповідно до теорії «відкритого світу»). Оскільки весь цей час наш Всесвіт розширювався і щільність його безперервно зменшувалася, у минулому щільність мала бути дуже великою.

З теорії Фрідамана випливає, що в минулому щільність могла бути нескінченно великою (насправді існує певна межа значення щільності).  10 97 кг/м3). А з початку андронної ери Великого Вибуху Всесвіту, що розглядається нами, вона не перевищує щільності атомного ядра (  10 17 кг/м3).

Нам необхідно також визначитися і з іншими параметрами, з яких, мабуть, найважливішим, є температура. Питання про те, холодною чи гарячою була матерія в ту віддалену від нас епоху, тривалий час залишалося спірним. Наводилися аргументи на користь обох станів. Вирішальний доказ того, що Всесвіт був гарячим, вдалося отримати лише в середині 1960-х.

В даний час більшість космологів вважає, що на початку розширення Всесвіту матерія була не тільки дуже щільною, а й дуже гарячою. А теорія, що розглядає фізичні процеси, що відбувалися на ранніх стадіях розширення Всесвіту, починаючи з першої секунди після початку, отримала назву теорії «Гарячого Всесвіту».

«Гарячий Всесвіт»

Згідно з цією теорією, ранній Всесвіт нагадував гігантський прискорювач «елементарних» частинок. Слово «елементарних» взято в лапки, так як уявлення про складові частини матерії швидко змінюються. Якщо раніше до елементарних частинок впевнено від носили нейтрони і протони, то зараз ці частинки відносять до складових, побудованих з кварків.

Великий Вибух: початок

Початком роботи Всесвітнього прискорювача був Великий вибух.Цей термін часто застосовують сьогодні космологи. Розліт галактик 7, що спостерігається, і скупчення галактик - наслідок Великого вибуху. Однак Великий Вибух, який академік Я.Б. Зельдович назвав астрономічним, якісно відрізняється від будь-яких хімічних вибухів.

Обидва вибухи мають риси подібності: наприклад, в обох випадках речовина після вибуху охолоджується при розширенні, падає і її щільність. Але є й суттєві відмінності. Головне з них полягає в тому, що хімічний вибух обумовлений різницею тисків у речовині, що вибухає, і тиском у навколишньому середовищі (повітря). Ця різниця тисків створює силу, що повідомляє прискорення частинок заряду вибухової речовини.

В астрономічному вибуху такої різниці тисків немає. На відміну від хімічного астрономічний вибух не розпочався з певного центру (і потім став поширюватися на всі б) пролі області простору), а стався відразу в усьому існував тоді просторі. Уявити це дуже важко, тим паче, що «весь простір» міг бути на початку вибуху кінцевим (у разі замкнутого світу) і нескінченним (у разі відкритого світу)…

Поки мало відомо, що відбувалося в першу секунду після початку розширення, і ще менше про те, що було до початку розширення. Але, на щастя, це незнання не стало на заваді дуже детальної розробки теорії «гарячого Всесвіту» і сценарій, до розгляду якого ми зараз переходимо, заснований не на умоглядних міркуваннях, а на суворих розрахунках.

Отже, внаслідок Великого вибуху 13-20 млрд. років тому почав діяти унікальний прискорювач частинок, у ході роботи якого безперервно та стрімко змінювали один одного процеси народження та загибелі (анігіляції) різноманітних частинок. Як ми побачимо в наступних розділах, ці процеси багато в чому визначили всю подальшу еволюцію Всесвіту, нинішній вигляд нашого Всесвіту і створив необхідні передумови для виникнення та розвитку життя.

Великий Вибух: продовження

Отже, ми з'ясували, що Всесвіт постійно розширюється; той момент, з якого Всесвіт почав розширюватися, прийнято вважати його початком; тоді почалася перша і повна драматизму епоха історія всесвіту, її називають “ Великим Вибухом” або англійським терміном Big Bang.

Що ж таке – розширення Всесвіту на нижчому, конкретнішому рівні?

Підрозширенням Всесвіту мається на увазі такий процес, коли та сама кількість елементарних частинок і фотонів займають постійно зростаючий обсяг.

Отже, коротко викладемо всі ті висновки про можливі параметри Всесвіту на стадії Великого Вибуху, до яких ми дійшли.

Середня щільністьВсесвіту в результаті розширення поступово знижується. Із цього слід, що у минулому щільність Всесвіту була більшою, Чим нині. Можна припустити, що в давнину (приблизно десять мільярдів років тому) щільність Всесвіту була дуже великою.

Крім того високою мала бути ітемпература 8 , настільки високою, що щільність випромінювання перевищувала щільність речовини. Інакше кажучи енергія всіх фотонів, що містяться в 1 куб. см була більша за суму загальної енергії частинок, що містяться в 1 куб. див. На ранньому етапі, у перші миті “ Великого Вибуху” вся матерія була сильно розпеченою та густою сумішшю частинок, античастинок та високоенергійних гамма-фотонів. Частинки при зіткненні з відповідними античастинками анігілювали, але гамма-фотони, що виникають, моментально матеріалізувалися в частинки і античастинки.

Докладний аналіз показує, що температура речовини Тзнижувалася у часі відповідно до простих співвідношення:

Залежність температури Твід часу tдає нам можливість визначити, що, наприклад, у момент, коли вік Всесвіту обчислювався всього однієї десятитисячної секунди, її температура становила один мільярд Кельвінів.

Еволюція речовини

Температура розпеченої щільної матерії на початковому етапі Всесвіту з часом знижувалася, як і відбивається у співвідношенні. Це означає, що знижувалася середня кінетична енергія частинок kT. Відповідно до співвідношення h kTзнижувалася і енергія фотонів. Це можливо лише в тому випадку, якщо зменшиться їх частота  Зниження енергії фотонів у часі мало для виникнення частинок та античастинок шляхом матеріалізації важливі наслідки. Для того, щоб фотон перетворився  (матеріалізувався) в частинку та античастинку з масою m o та енергією спокою m o c  йому необхідно володіти енергією 2 m o c або більшою. Ця залежність виражається так:

Згодом енергія фотонів знижувалася, і як тільки вона впала нижче за витвір енергії частки та античастинки ( 2m o c), фотони вже не здатні були забезпечити виникнення частинок та античасток з масою m o. Так, наприклад, фотон, що володіє меншою енергією, ніж 2*938 Мев, не здатний матеріалізуватися в протон і антипротон, тому що енергія спокою протона дорівнює 938 мев.

У попередньому співвідношенні можна замінити енергію фотонів h кінетичною енергією частинок kT,

Знак нерівності означає наступне: частинки та відповідні їм античастинки виникали при матеріалізації в розжареній речовині доти, доки температура речовини Tне впала нижче вказаного значення.

На початковому етапі розширення Всесвіту з фотонів народжувалися частинки та античастинки 9 . Цей процес постійно слабшав, що призвело до вимирання частинок та античасток. Оскільки анігіляція 10 може відбуватися за будь-якої температури, постійно здійснюється процес

частка + античастка    гамма-фотону

за умови зіткнення речовини з антиречовиною. Процес матеріалізації

гамма-фотон   частка + античастка

міг протікати лише за досить високої температури. Відповідно до того, як матеріалізація в результаті знижується температури розпеченої речовини припинилася,

еволюцію Всесвіту прийнято розділяти на чотири ери: адронну, лептонну, фотонну та зіркову .

а) Адронна епоха.

Тривала приблизно від 11 t=10 -6 доt=10 -4 . Щільність порядку 10 17 кг/м 3 при T=10 12 …10 13 .

За дуже високих температур і щільності на самому початку існування Всесвіту матерія складалася з елементарних частинок. Речовина на ранньому етапі складалася насамперед з адронів, і тому рання ера еволюції Всесвіту називається адронною, незважаючи на те, що в той час існували і лептони.

Через мільйонну частку секунди з народження Всесвіту, температура Tвпала на 10 більйонів Кельвінів( 10  K. Середня кінетична енергія частинок kTта фотонів h становила близько мільярда ев(10 Мевщо відповідає енергії спокою баріонів.

У першу мільйонну частку секунди еволюції Всесвіту відбувалася матеріалізація всіх баріонів необмежено, як і, як і анігіляція. Але після цього часу матеріалізація баріонів припинилася, тому що при температурі нижче 10  Kфотони не мали вже достатньої енергії для її здійснення. Процес анігіляції баріонів та антибаріонів продовжувався доти, доки тиск випромінювання не відокремив речовину від антиречовини. Нестабільні гіперони (найважчі з баріонів) у процесі мимовільного розпаду перетворилися на найлегші з баріонів (протони та нейтрони). Так у всесвіті зникла найбільша група баріонів – гіперони. Нейтрони могли далі розпадатися в протони, які далі не розпадалися, інакше порушився б закон збереження баріонного заряду. Розпад гіперонів відбувався на етапі з 10  до 10  секунди.

На момент, коли вік Всесвіту досяг однієї десятитисячної секунди ( 10  с.), температура її знизилася до 10   K, а енергія частинок і фотонів становила лише 100 Мев. Її не вистачало вже для виникнення найлегших адронів - півонії. Півонії, що існували раніше, розпадалися, а нові не могли виникнути. Це означає, що до того моменту, коли вік Всесвіту досяг 10  с., у ній зникли всі мезони.

На цьому й закінчується адронна ера, тому що півонії є не лише найлегшими мезонами, а й найлегшими адронами. Ніколи після цього сильна взаємодія (ядерна сила) не виявлялася у Всесвіті такою мірою, як у адронну еру, що тривала лише одну десятитисячну частку секунди.

б) Лептонна епоха.

Тривала приблизно від 12 t=10 -4 доt=10 1 . До кінця ери щільність порядку 10 7 кг/м 3 при T=10 9 .

Коли енергія частинок та фотонів знизилася в межах від 100 Мев до 1 Мев у речовині було багато лептонів. Температура була досить високою, щоб забезпечити інтенсивне виникнення електронів, позитронів та нейтрино. Баріони (протони і нейтрони), що пережили адронну еру, стали порівняно з лептонами та фотонами зустрічатися набагато рідше.

Лептонна ера починається з розпаду останніх адронів - півонів - у мюони та мюонне нейтрино, а закінчується через кілька секунд при температурі 10   K,коли енергія фотонів зменшилася до 1 Мев та матеріалізація електронів та позитронів припинилася. Під час цього етапу починається незалежне існування електронного та мюонного нейтрино, які ми називаємо “ реліктовими”.

Весь простір Всесвіту наповнилося величезною кількістю реліктових електронних та мюонних нейтрино. Виникає нейтринне море.

в) Фотонна ера чи ера випромінювання.

Тривала приблизно від 13 t=10 -6 доt=10 -4 . Щільність порядку 10 17 кг/м 3 при T=10 12 …10 13 .

На зміну лептонної ери прийшла ера випромінювання, як тільки температура Всесвіту знизилася до 10   K, а енергія гамма фотонів досягла 1 Мев, відбулася лише анігіляція електронів та позитронів. Нові електронно-позитронні пари не могли виникати внаслідок матеріалізації, тому, що фотони не володіли достатньою енергією. Але анігіляція електронів та позитронів тривала далі, поки тиск випромінювання повністю не відокремив речовину від антиречовини.

З часу адронної та лептонної ери Всесвіт був заповнений фотонами. До кінця лептонної ери фотонів було у два мільярди разів більше, ніж протонів та електронів. Найважливішою складовою Всесвіту після лептонної ери стають фотони, причому не лише за кількістю, а й за енергією.

Для того, щоб можна було порівнювати роль частинок і фотонів у Всесвіті, було введено величину щільності енергії. Ця кількість енергії в 1 куб.см, точніше, середня кількість (виходячи з передумови, що речовина у Всесвіті розподілена рівномірно). Якщо скласти разом енергію h всіх фотонів, присутніх у 1 куб.см, ми отримаємо щільність енергії випромінювання E r. Сума енергії спокою всіх частинок у 1 куб.см є середньою енергією речовини E m у Всесвіті.

Внаслідок розширення Всесвіту знижувалася щільність енергії фотонів та частинок. З збільшенням відстані у Всесвіті вдвічі, обсяг збільшився у вісім разів. Іншими словами, щільність частинок і фотонів знизилася у вісім разів. Але фотони у процесі розширення поводяться інакше, ніж частинки. У той час, як енергія спокою під час розширення Всесвіту не змінюється, енергія фотонів при розширенні зменшується. Фотони знижують свою частоту коливання, наче "втомлюються" з часом. Внаслідок цього щільність енергії фотонів ( E r) падає швидше, ніж щільність енергії частинок ( E m).

Переважання у всесвіті фотонної складової над складовою частинок (мається на увазі щільність енергії) протягом ери випромінювання зменшувалося доти, доки не зникло повністю. До цього моменту обидві складові дійшли рівноваги (тобто E r =E m). Закінчується епоха випромінювання і водночас період “Великого Вибуху”.Так виглядав Всесвіт у віці приблизно 300 000 років. Відстані у період були у тисячу разів коротше, ніж у час.

“Великий вибух”продовжувався порівняно недовго, лише одну тридцятитисячну нинішнього віку Всесвіту. Незважаючи на стислість терміну, це все ж таки була найславетніша ера Всесвіту. Ніколи після цього еволюція Всесвіту була настільки стрімка, як у її початку, під час “великого вибуху”. Усі події у Всесвіті на той період стосувалися вільних елементарних частинок, їх перетворень, народження, розпаду, анігіляції.

Не слід забувати, що в такий короткий час ( лише кілька секунд) збагатого різноманіття видів елементарних частинок зникли майже всі: одні шляхом анігіляції (перетворення на гамма-фотони), інші шляхом розпаду на найлегші баріони (протони) та на найлегші заряджені лептони (електрони).

г) Зоряна епоха.

Після “ Великого Вибуху” Настала тривала ера речовини, епоха переважання частинок. Ми називаємо її зірковою ерою.Вона продовжується з часу завершення “ Великого Вибуху” (приблизно 300 000 років) донині. Порівняно з періодом “ Великого Вибуху” її розвиток видається ніби надто уповільненим. Це відбувається через низьку щільність і температуру.

Таким чином, еволюцію Всесвіту можна порівняти з феєрверком, який закінчився. Залишилися іскри, що горять, попіл і дим. Ми стоїмо на охолодженому попелі, вдивляємось у старі зірки і згадуємо красу та блиск Всесвіту. Вибух супернової чи гігантський вибух галактики – нікчемні явища порівняно з великим вибухом.

«Підсумки перших кроків Маленького Всесвіту» 14

Згідно з гіпотезою «гарячого Всесвіту» розширення Метагалактики почалося від стану матерії, що характеризується надзвичайно високою щільністю та температурою, з «Великого Вибуху».

На користь цієї гіпотези свідчить

реліктове випромінювання;

закон Хаббла, заснований на ефект Доплера;

характер поширення хімічних елементів у Всесвіті.

На ранніх стадіях розширення Метагалактики в ході реакцій, що відбувалися між елементарними частинками, утворилися ядра атомів водню і гелію.

Більше важкі хімічні елементи виникли пізніше, як продукти ядерних реакцій, які у надрах зірок.

Ці елементи розсіювалися у просторі (наприклад, внаслідок вибуху наднових), і їх поступово виникали нові тіла: зірки та планети.

Майбутнєнашого Всесвіту залежить відїї критичної щільності . Тобто, від її фактичного визначення. А тут головна проблема полягає в тому, чи є насправді величезні маси будь-якої прихованої речовини. Уповільнення розширення пропорційно до щільності Всесвіту.

Можлива ситуація, коли за сьогоднішньої швидкості розширення щільність речовиниВсесвіту достатньо малаі уповільнення мало. Тоді розширеннябуде протікати необмежено. Але можливо, що щільність досить велика, а значить велике уповільнення розширення. В результаті розширенняприпиниться і заміниться стисненням.

Висновок

Хоча академік Я.Б. Зельдович не сумнівався у правильності теорії «Великого вибуху», і на його користь кажуть, як це було згадано вище: реліктове випромінювання; закон Хаббла, заснований на ефект Доплера; характер поширення хімічних елементів у Всесвіті – автор цієї роботи все ж таки залишає за собою право трохи скептично ставитися до цієї теорії.

По перше, теорія дає відповіді такі вопросы:

Що змусило речовину Всесвіту розширюватись?

Що відбувалося до початку розширення, до моменту сингулярності?

Чи кінцеві простір та маса? Звідки вони беруться.

По-друге, незважаючи на те, що теорія «Великого Вибуху» ґрунтується на ОТО, допускається розбігання деяких частинок зі швидкостями, що у кілька разів перевищують швидкість світла. Так само в теорії вказуються обмеження на можливу щільність речовини (не більше 1097), хоча з іншого боку висувається гіпотеза про початкову точковість Всесвіту, а отже і все-таки про нескінченну щільність (т.к. маса нескінченна).

По-третє,на нашу думку, досить абстрактно, альтернативно розглядаються такі питання, що щільно примикають до теорії «Великого вибуху», як межі та відкритість Всесвіту, евклідова та неевклідова модель Всесвіту.

Зрештою,не знаходять вагомого фактичного підтвердження (хоча за теоретичними викладками все виходить добре і головне – «зручно») існування таких частинок як гіперони, мезони.

Тобто всі методи аналізу отриманих даних, дослідження, висування гіпотез здійснюються за досить високого ступеня припущень. Такий ступінь не можливий для гіпотези, хоча може бути і підходить для такої глобальної теорії.

Залишається тільки вірити чи сподіватися, що космологія будь-коли заповнить ці «білі дірки», зробить свої висновки обґрунтованими і по можливості фактично підтвердженими.

До речі, про «білі діри». Найімовірніше, саме їхнє вивчення дозволить нам дізнатися відповіді на багато питань, тому що існує гіпотеза: саме білі дірки є шматками первозданної сингулярності, первозданного ядра розширення.

У цьому вся напрямі, очевидно, і варто чекати нових відкриттів у цій галузі, т.к. це питання в цілому є ще повністю вивченим і вимагає серйозних досліджень.

Словник спеціальних термінів.

Адрони – загальна назва елементарних частинок ( баріонів,включаючи всі резонанси та мезони), схильних до сильної взаємодії (ця взаємодія відповідальна за стійкість атомних ядер).

Античастинки - Електричні частинки, маса і спин яких точно дорівнює масі і спину даної частинки, а електричний заряд, магнітний момент та інші подібні характеристики рівні за величиною і протилежні за знаком тим же характеристикам частинки. Характерною властивістю таких пар ( частка-античастка) є їх анігіляція при зіткненні та народження їх у процесах взаємодії частинок високих енергій.

Анігіляція – перетворення частинок і античестицц при їх зіткненні на інші частки (наприклад, протон + антипротон =n – мезонів; електрон + позитрон =nФотонів).

Баріони - "важкі" елементарні частинки з масою менше протона і спином, рівним ½. До них відносять, наприклад нуклони (протониі нейтрони),а також багато інших частинок / див. кварки/.

Бозони - Великий клас елементарних частинок з цілим спином (наприклад, фотони зі спином 1). До цього класу належать мезони , проміжні векторні бозони та ін частинки.

Векторні нуклони – див. баріони.

Гамма-випромінювання - Випромінювання, що виникає при гальмуванні заряджених частинок великої енергії в речовині, анігіляціїпар і т.д.

Глюони - гіпотетичні елементарні частинки (спин дорівнює 1, маса спокою 0), що забезпечують взаємодію між кварками.

Лептони – фізично найлегші елементарні частинки зі спином ½, що не мають баріонного заряду, але мають лептонний заряд; до лептонів відносяться електрон, важкий лептон, позитрон, нейтрино, мюон, що несе електричний заряд та їх античастинки.

Мезони – нестабільні елементарні частинки з масами, проміжними між масами протону та електрона (спін дорівнює 0) / див. кварки/.

Мюон - нестабільні позитивно та негативно заряджені елементарні частинки зі спином ½ та масою бл. 207 електронних мас та часом життя ~ 10 -6 с; відносяться до лептонам.

Нейтріно - фізично нестабільна нейтральна елементарна частка з масою, що дорівнює, мабуть 0, і спином ½. Відноситься до лептонів.Виникає при бета-розпаді атомних ядер та при розпаді елементарних частинок; надзвичайно слабо взаємодіють із речовиною.

Нейтрони - фізично - електрично нейтральний елемент частинки з масою, майже рівною масі протону і спином? входить до складу атомних ядер; у вільному стані нестабільний; час життя 16 хвилин / див. баріони/.

Півонії - –мезони – група трьох нестабільних елементарних частинок ( адронів) з нульовим спином та масою близько 270 електронних мас; 2 півонії ( + і  -) несуть елементарний заряд, третій ( 0) електрично нейтральний; є переносниками ядерних сил.

Протон - стабільна елементарна частка зі спином ½ і масою 1836 електронних мас (~10 -24 г), що відноситься до баріонів; ядро легкого ізотопу атома водню (проти). Разом із нейтронами протони утворюють усі атомні ядра.

Електрон - Стабільна негативно заряджена елементарна частка зі спином ½ масою бл. 9·10 -28 г та магнітним моментом, рівним магнетону Бора; відноситься до лептонамта бере участь в електромагнітній, слабкій та гравітаційній взаємодіях. Електрон є одним з основних структурних елементів речовини; електронні оболонки атомів визначають оптичні, електричні, магнітні та хімічні властивості атомів та молекул, а також більшість властивостей твердих тіл.

Список літератури

Клечек Й. та Якеш П. Всесвіт і земля. - Прага: Артія /вид. на русявий. яз/, 1986.

Кесарєв В.В. Еволюція речовини у всесвіті. - М: Атоміздат, 1989.

Левітан Є.П. Еволюціонуючий Всесвіт. - М.: Просвітництво, 1993.

Новіков І.Д. Еволюція Всесвіту - 3-тє вид., Перероблене. - М.: Наука, 1993.

www1 ./sites/217000/217217.html

www1 ./sites/217. Ст. Бровченко О.С. гр. Нтб... Процес утворення «чорних дірок» у Всесвіту. Ст. Вуколов О.В. гр. ...

1. Автореферат дисертації

   хронології Всесвіту, у тому сенсі, що до " великоговибуху" Великийвибух" Модель

2. Передмова (професор сирил домб) введення день перший походження всесвіту день другий утворення сонячної системи

   Автореферат дисертації

   Детально розглядає питання біблійної хронології, ретельно порівнюючи різні... Всесвіту, у тому сенсі, що до " великоговибуху"не існувало абсолютно нічого. " Великийвибух"... "повсюдно визнану нині Модель"переривчастої рівноваги"".29 ...

3. БІБЛІОГРАФІЯ = Грін Б Елегантний Всесвіт Суперструни приховані розмірності та пошуки остаточної теорії Пер з англ / Общ ред - М Едіторіал УРСС 2004 - 288 с Грін Б Елегантний Всесвіт - М Едіторіал УРСС 2004 - 288 с

   Книга

   Затвор якої залишається відкритим, і вся хронологіяпроцесу реєструється на одному фрагменті... можна дійсно довіряти теорії Великоговибуху? Перевірка моделіВеликоговибухуВивчаючи Всесвітза допомогою найпотужніших телескопів, астрономи...

Космологія Вік Всесвіту Великий вибух Відстань, що рухається Реліктове випромінювання Космологічне рівняння стану Темна енергія Прихована маса Всесвіт Фрідмана Космологічний принцип Космологічні моделі Формований … Вікіпедія

Відлік часу у всесвіті «Зоряних війн» ведеться щодо перемоги Альянсу Повстанців над Імперією у битві біля планети Явін IV. Відповідно, дати позначаються як до я. б.»/«ДЯБ» (BBY) до Явинської битви (англ. Before Battle of… … Вікіпедія

Відлік часу у всесвіті «Зоряних війн» ведеться щодо перемоги Альянсу Повстанців над Імперією у битві біля планети Явін IV. Відповідно, дати позначаються як до я. б.» (BBY) до Явинської битви (англ. Before Battle of Yavin), та «п. я. б … Вікіпедія

Відлік часу у всесвіті «Зоряних війн» ведеться щодо перемоги Альянсу Повстанців над Імперією у битві біля планети Явін IV. Відповідно, дати позначаються як до я. б.» (BBY) до Явинської битви (англ. Before Battle of Yavin), та «п. я. б … Вікіпедія

Відлік часу у всесвіті «Зоряних війн» ведеться щодо перемоги Альянсу Повстанців над Імперією у битві біля планети Явін IV. Відповідно, дати позначаються як до я. б.» (BBY) до Явинської битви (англ. Before Battle of Yavin), та «п. я. б … Вікіпедія

Відлік часу у всесвіті «Зоряних війн» ведеться щодо перемоги Альянсу Повстанців над Імперією у битві біля планети Явін IV. Відповідно, дати позначаються як «bby» (BBY) До Явинської битви (en. Before Battle of…

Хронологія перших трьох днів аварії на шахті "Распадська" у 2010 р.- У ніч на 9 травня 2010 р. у місті Міжріченську Кемеровської області на шахті Распадська, одній із найбільших у світі вугільних шахт, сталася аварія, яка забрала життя 91 людини. На шахті з інтервалом о четвертій годині прогриміли одразу два вибухи… Енциклопедія ньюсмейкерів

Хронологія перших трьох днів аварії на шахті "Распадська" у 2010 році- На шахті з інтервалом о четвертій годині прогриміли відразу два вибухи метану, причому повторний вибух був значно сильнішим. Перший вибух на шахті Распадська стався 8 травня 2010 року о 20:55 за московським часом. У цей момент у шахті перебувало 359 осіб. 9 травня в… … Енциклопедія ньюсмейкерів

Млн л … Вікіпедія

Книги

• Хронологія Подорож крізь століття: від Великого вибуху до наших днів, Гюс Петер. Що ми знаємо про всесвітню історію? Чи можемо вибудувати наші знання про різні епохи в одну струнку лінію, зв'язавши події з іншими? Ця велика, оригінально ілюстрована.
• Хронологія Подорож крізь століття: від Великого вибуху до наших днів (Віммельбух), Хіде, Сільвія Ванден. Що ми знаємо про всесвітню історію? Чи можемо вибудувати наші знання про різні епохи в одну струнку лінію, зв'язавши події з іншими? Ця велика, оригінально ілюстрована книга допоможе…

Сьогодні мені хочеться розповісти про історію нашого всесвіту. Про те, як з маленької точки світобудова перетворилася на те, що ми зараз спостерігаємо довкола себе.

Ну що, поїхали.

Всесвіт існує майже 14 мільярдів років. За цей дуже довгий проміжок часу вона подолала кілька епох своєї історії. Зараз йде 13-й етап розвитку Всесвіту, який називається "ера речовини".

Які ж називаються всі фази еволюції Всесвіту, скільки вони тривали, що за них відбувалося? Як розвивався навколишній світ?

Ця стаття відповість Вам на ці запитання.

Я опишу всі етапи історії Всесвіту в порядку з раннього до сучасного. Тому, почнемо з "серпневої епохи".

Августинська доба.

Ця епоха включає стан всесвіту "до" і в момент Великого Вибуху. Про цей етап розвитку світу нічого достеменно відомо - існують лише гіпотези - оскільки сучасні фізичні теорії що неспроможні описати події до " планківської епохи " . Вчені знають лише те, що наприкінці цієї епохи стався Великий вибух - раптово почалося розширення простору. На початок цього воістину грандіозного події, Всесвіт був ув'язнений у дуже маленьку точку, володіючи нескінченними щільністю і температурою, тобто. перебувала у стані "космологічної сингулярності".

Планківська доба.

Це ранній етап розвитку Всесвіту, про який існують будь-які теоретичні припущення та описи. Ця фаза почалася відразу після великого Вибуху і тривала протягом т.зв. "планківського часу" від 0 до 10 -43 секунд після народження Всесвіту.

У той час (відбулося чорт знає що) розміри Всесвіту були дуже малі. Так, що квантові ефекти - явища, що відбуваються з частинками - переважали над фізичними взаємодіями.

Всесвіт у цю епоху також мав планківську температуру (10 32 Кельвінів), енергію (10 19 мільярдів електронвольт), радіус (10 -35 метрів, що дорівнює планківській довжині) і щільність (10 97 кг/м 3 ).

Всі чотири типи взаємодії частинок і тіл, що складаються з них (їх ще називають "фундаментальними") - сильне ядерне і слабке ядерне, електромагнітне, гравітаційне - були тоді не відрізняються один від одного і об'єднані. Але так тривало недовго. Усьому завадила дуже висока температура та щільність матерії.

Епоха великого поєднання.

Ця фаза розвитку Всесвіту почалася з 10-43 секунд і завершилася через 10-35 секунд після Великого Вибуху. На самому її початку відбувся фазовий перехід матерії (схожий на конденсацію рідини з газу, але стосовно елементарних частинок). Це сталося через відокремлення гравітації від "єдиної фундаментальної взаємодії".

Епоха Великого об'єднання закінчилася черговим поділом. Всесвіт охолонув до позначки 10 28 Кельвінів і сильна взаємодія стала самостійною. Тепер тільки електромагнітні та слабкі ядерні сили становили єдине ціле.

Така подія спричинила новий фазовий перехід. Завдяки йому в наступній епосі історії Всесвіту з'явилися нові частки, а простір-час почав масштабне та різке розширення. Пішли серйозні зміни у щільності розподілу речовини.

Інфляційна стадія.

Фаза інфляції розташована на тимчасовій шкалі між 10-35 і 10-32 секунд після Великого Вибуху. У ту епоху Всесвіт збільшив свої розміри у багато разів. Раніше радіус усього світу дорівнював "планківській довжині", а тепер космос розширився до розмірів аж цілого апельсина. І далі продовжував розростатися із прискоренням.

Утворилося кілька видів частинок. Це були кварки (фундаментальні частинки, з яких складаються адрони – наприклад, протони та нейтрони), електрони, гіперони та нейтрино (нейтральні фундаментальні частинки з класу лептонів).

Через деякий час температура Всесвіту знизилася, завдяки чому стався ще один фазовий перехід. Через це сталося т.зв. "порушення СР-інваріантності" і почалися перші процеси такого явища, як "баріогенез".

Баріогенезис- це об'єднання кварків та глюонів у нові, складові частинки – адрони.

Крім того, виникла ще й загадкова "баріонна асиметрія Всесвіту" - переважання матерії над антиматерією. Вчені досі не змогли пояснити причини її виникнення.

Крім вище написаного, у фізиків і космологів є припущення, що в цю еру Всесвіт пройшов через кілька циклів повторного нагрівання та охолодження.

До кінця епохи інфляції, будівельним матеріалом Всесвіту стала плазма з кварків, анти-кварків та глюонів (переносників сильної взаємодії).

Подальше зниження температури Всесвіту призвело до чергового фазового переходу. Він полягає в утворенні фізичних сил, фундаментальних взаємодій та елементарних частинок у їхній сучасній формі.

Цей фазовий перехід вмістився аж у три епохи і закінчився "первинним нуклеосинтезом".

Електрослаба епоха.

Між 10-32 і 10-12 секунд після народження світобудови. Електромагнітна та слабка взаємодії досі представляли єдине електрослабке, т.к. Температура Всесвіту все ще дуже висока. тоді з'явилися бозони Хіггса (ті, які 3 роки тому знайшли на Великому Андронному Колайдері), W - і Z - базони.

Крім нових екзотичних частинок та кварк-глюонної плазми, космос був заповнений фотонами (фундаментальними частинками, або квантами, електромагнітного випромінювання) та лептонами.

Епоха кварків.

Дана фаза розташована в період від 10-12 до 10-6 секунд після Великого Вибуху. Тоді сталося порушення "електрослобої симетрії". Тепер усі фундаментальні взаємодії існують окремо.

У кварковій епосі температура і енергія все ще надто високі, щоб кварки остаточно злилися в адрони.

Знаменне перетворення відбудеться лише наступному етапі розвитку світу.

Епоха Адронів.

Між 10 -6 та 100 секунд після народження Всесвіту. Нарешті кварк-глюонна плазма охолодилася настільки, що баріогенезис завершився і на світ з'явилися адрони та антиадрони. Однак більшість із цих частинок анігілювали (взаємознищуються). Зберігся лише їхній малий залишок.

Незабаром Всесвіт охолонув і розширився настільки, що його температури вистачило лише на створення лептонів і антилептонів. Ці частки швидко стають переважаючою масою у Всесвіті.

Епоха Лептонов.

У період від 100 секунд до 3 хвилин після Великого Вибуху розташувалася епоха лептонів. Тоді Всесвіт став прозорим для нейтрино.

Космос продовжує охолоджуватися. Наприкінці епохи температура знизилася до позначки, коли він утворення нових лептонів стало неможливим. І пара "лептон-антилептон" наздоганяє долю адронів. Більшість із них взаємознищуються. У всесвіті залишилося зовсім невелика кількість лептонів, завдяки чому настало домінування фотонів.

Епоха нуклеосинтезу.

Поруч із епохою лептонів йшов і цей етап історії Всесвіту. Завдяки достатньому охолодженню матерії, адрони, що вижили, об'єдналися в атомні ядра важче водню. Цей процес називають "первинним нуклеосинтезом".

Протягом цієї фази виник первинний склад зоряної речовини: 75% водню, майже 25% гелію, трохи літію, дейтерію та бору.

Протонна Ера.

Почалася з 3 хвилин після Великого вибуху та закінчилася через 380.000 років. Речовина почала домінувати над випромінюванням.

Наприкінці епохи відбулася рекомбінація (процес, зворотний іонізації) водню. Через подальше зниження температури та розширення Всесвіту гравітація стала домінуючою силою.

Через 379 000 років після Великого Вибуху, при температурі Всесвіту в 3000 Кельвінів, відбулася знаменна подія - ядра атомів та електрони об'єдналися в перші атоми. Почалася "первинна рекомбінація". Це був поворотний момент: матерія перейшла із плазми, непрозорої для електромагнітного випромінювання у газоподібний стан. Всесвіт нарешті став прозорим.

Минулих 379.000 років фотони страждали як могли. Різні заряджені елементарні частинки, яких раніше було вагон і маленький візок, перешкоджали світлу. Кванти світла з ними взаємодіяли, через що відчували постійні "стусани" і "поштовхи" з боку "побратимів". Фотони постійно відхилялися, або поглиналися зарядженими частинками. У результаті світло дуже сильно розсіювалося. Якби спостерігач потрапив у цю епоху, він би побачив перед собою лише густий туман.

Фотони, як відомо, взаємодіють лише з позитивно та негативно зарядженими частинками. І наприкінці "протонної ери" кванта світла обернулася удача. Негативні електрони та позитивні протони згрупувалися разом з нейтронами в нейтрально заряджені атоми. Завдяки новим складовим частинкам фотони змогли вільно рухатися в просторі і майже не взаємодіяти з речовиною.

Реліктове випромінювання і є ті самі фотони, випущені плазмою у бік майбутнього розташування Землі і у зв'язку з рекомбінацією розсіяння, що уникли. Вони й досі досягають нас, долаючи простір, що розширюється.

Темні віки.

Настали відразу після "протонної ери" та тривали 550 млн. років. Всесвіт настільки охолонув, що після протонної ери, коли він переливався червоними відтінками, космос був вкинутий у чорноту.

То була нудна епоха повної пітьми. Джерел світла (зірок чи галактик) був. Планет та астероїдів вже поготів. Космос був заповнений переважно воднем, гелієм та мікрохвильовим реліктовим випромінюванням.

Реіонізація.

Частина історії Всесвіту, яка почалася відразу після Темних Вік і тривала 250 мільйонів років. Порівняно з минулою, ця епоха була веселіше і яскравіше.

Почали освіту кластери - відокремлені скупчення пилу міжзоряного газу, що виникали завдяки силам тяжіння. Першими щільними об'єктами стали квазари. Потім спалахнули перші зірки, з'явилися газопилові туманності.

Під силою гравітації вони об'єдналися у зоряні скупчення, ті – у галактики. Останні сформували власні скупчення та надскоплення.

Тоді, у надрах зірок, у великій кількості утворилися важкі елементи. Вибухи наднових рознесли їх по Всесвіту, з яких потім сформувалися холодні планети, астероїди, метеорні тіла, і, зрештою, живі організми.

Епоха речовини.

Починаючи з 800 мільйонів років після Великого Вибуху. Ця Епоха йде досі.

Через кілька мільярдів років після "реіонізації" почалося формування планет та планетарних систем, у тому числі й Сонячної Системи. Трохи більше 8.4 мільярдів років після Великого вибуху сформувалася Земля, а ще через 500 мільйонів років на ній виникло життя.

Через 13.7 мільярда років після народження Всесвіту з'явилися перші люди. Пройде ще пара мільйонів років та їхні нащадки – представники виду Homp Sapiens – винайдуть автомобілі та літаки, розроблять релятивістську та квантову фізику, освоїть атомну енергію, досліджують найближчі околиці Всесвіту, створять Інтернет, напишуть цю статтю. :)

Історія Всесвіту: від Великого Вибуху до наших днів