Походження Землі (Від Великого Вибуху до виникнення Землі). Суперсила

Навіть сучасні вчені не можуть точно сказати, що було у Всесвіті до Великого вибуху. Існує кілька гіпотез, що відкривають завісу таємниці над одним із найскладніших питань світобудови.

Походження матеріального світу

До XX століття існувало лише дві прибічники релігійної точки зору вважали, що світ був створений богом. Вчені, навпаки, відмовлялися визнавати рукотворність Всесвіту. Фізики та астрономи були прихильниками ідеї про те, що космос існував завжди, світ був статичним і все залишиться таким самим, як мільярди років тому.

Проте науковий прогрес, що прискорився, на рубежі століть призвів до того, що у дослідників з'явилися можливості для вивчення позаземних просторів. Деякі з них першими спробували відповісти на питання, що було у Всесвіті до Великого вибуху.

Дослідження Хаббла

XX століття зруйнувало багато теорій минулих епох. На місці, що звільнилося, з'явилися нові гіпотези, що пояснили досі незрозумілі таємниці. Все почалося з того, що вчені встановили факт розширення Всесвіту. Зроблено це було Едвін Хаббл. Він виявив, що далекі галактики відрізняються за своїм світлом від тих космічних скупчень, які були ближче до Землі. Відкриття цієї закономірності лягло основою закону розширення Едвіна Хаббла.

Великий вибух і походження Всесвіту були вивчені, коли стало зрозуміло, що всі галактики «втікають» від спостерігача, якою б точкою він не був. Як це можна пояснити? Якщо галактики рухаються, значить, їх штовхає вперед якась енергія. Крім того, фізики вирахували, що всі світи колись перебували в одній точці. Через якийсь поштовх вони почали рухатися на всі боки з неймовірною швидкістю.

Це явище і отримало назву «Великий вибух». І походження Всесвіту було пояснено саме за допомогою теорії про цю давню подію. Коли воно сталося? Фізики визначили швидкість руху галактик і вивели формулу, за якою вони вирахували, коли стався початковий поштовх. Точних цифр ніхто назвати не візьметься, але приблизно це явище мало місце близько 15 мільярдів років тому.

Поява теорії Великого вибуху

Факт, що це галактики є джерелами світла, означає, що з Великому вибуху виділилося дуже багато енергії. Саме вона породила ту саму яскравість, яку світи втрачають під час свого віддалення від епіцентру того, що сталося. Теорія Великого вибуху вперше була доведена американськими астрономами Робертом Вільсоном та Арно Пензіасом. Вони виявили електромагнітне реліктове випромінювання, температура якого дорівнювала трьом градусам за кельвінівською шкалою (тобто -270 за Цельсієм). Ця знахідка підтвердила ідею про те, що спочатку Всесвіт був вкрай гарячим.

Теорія Великого вибуху відповіла багато питань, сформульовані в XIX столітті. Але тепер з'явилися нові. Наприклад, що було у Всесвіті до Великого вибуху? Чому вона така однорідна, тоді як при такому величезному викиді енергії речовина повинна розлетітися на всі боки нерівномірно? Відкриття Вільсона і Арно поставили під сумнів класичну геометрію Евклідову, оскільки було доведено, що простір має нульову кривизну.

Інфляційна теорія

Нові поставлені питання показували, що сучасна теорія виникнення світу є уривчастою і неповною. Однак довгий час здавалося, що просунутися далі відкритого у 60-ті роки буде неможливо. І лише нещодавні дослідження вчених дозволили сформулювати новий важливий принцип для теоретичної фізики. Це було явище надшвидкого інфляційного розширення Всесвіту. Воно було вивчено та описано за допомогою квантової теорії поля та загальної теорії відносності Ейнштейна.

То що було у Всесвіті до Великого вибуху? Сучасна наука називає цей період інфляцією. Спочатку було лише поле, яке заповнювало весь уявний простір. Його можна порівняти зі сніжком, пущеним вниз схилом снігової гори. Ком буде котитися вниз і збільшуватись у розмірах. Так само поле через випадкові коливання протягом неймовірного часу змінювало свою структуру.

Коли утворилася однорідна зміна, відбулася реакція. У ній і полягають найбільші загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційне поле, яке зовсім не було схоже на нинішню матерію. Після реакції почалося зростання Всесвіту. Якщо продовжити аналогію зі сніговою грудкою, то за першою з них вниз покотилися інші сніжки, що також збільшувалися в розмірах. Момент Великого вибуху в цій системі можна порівняти з тією секундою, коли величезна брила впала в прірву і нарешті зіткнулася із землею. Цієї миті виділилася колосальна кількість енергії. Вона не може вичерпатися досі. Саме за рахунок продовження реакції від вибуху наш Всесвіт зростає і сьогодні.

Матерія та поле

Нині Всесвіт складається з неймовірної кількості зірок та інших космічних тіл. Ця сукупність матерії випромінює величезну енергію, що суперечить фізичному закону збереження енергії. Про що він каже? Суть цього принципу зводиться до того, що протягом нескінченного часу сума енергії у системі залишається незмінною. Але як це може поєднуватися з нашим Всесвітом, який продовжує розширюватися?

Інфляційна теорія змогла відповісти це питання. Вкрай рідко розгадуються подібні загадки Всесвіту. Що було до Великого вибуху? Інфляційне поле. Після появи світу на його місце прийшла звична нам матерія. Однак крім неї у Всесвіті також існує яке має негативну енергію. Властивості цих двох сутностей протилежні. Так компенсується енергія, що виходить від частинок, зірок, планет та іншої матерії. Цей взаємозв'язок також пояснює, чому Всесвіт досі не перетворився на чорну дірку.

Коли Великий вибух тільки стався, світ був занадто малий, щоб щось могло колапсувати. Тепер же, коли Всесвіт розширився, на окремих його ділянках з'явилися локальні чорні дірки. Їхнє гравітаційне поле поглинає все навколишнє. З нього не може вибратися навіть світло. Власне через це подібні дірки стають чорними.

Розширення Всесвіту

Навіть незважаючи на теоретичне обґрунтування інфляційної теорії, досі незрозуміло, як виглядав Всесвіт до Великого вибуху. Людська уява не може уявити собі цю картину. Справа в тому, що інфляційне поле є нематеріальним. Воно не пояснюється звичними законами фізики.

Коли стався Великий вибух, інфляційне поле почало розширюватись у темпі, який перевищив швидкість світла. Згідно з фізичними показниками, у Всесвіті немає нічого матеріального, що могло б рухатися швидше за цей показник. Світло розповсюджується існуючим світом із позамежними цифрами. Інфляційне поле ж поширилося із ще більшою швидкістю, саме через свою нематеріальну природу.

Сучасний стан Всесвіту

Поточний період еволюції Всесвіту якнайкраще підходить для життя. Вченим важко визначити, скільки триватиме цей тимчасовий відрізок. Але якщо хтось і брався за такі розрахунки, то цифри, що виходили, були ніяк не менше сотень мільярдів років. Для одного людського життя такий відрізок настільки великий, що навіть у математичному обчисленні його доводиться записувати за допомогою використання ступенів. Сьогодення вивчено набагато краще, ніж передісторія Всесвіту. Що було до Великого вибуху, у будь-якому випадку залишиться лише предметом теоретичних пошуків та сміливих розрахунків.

У матеріальному світі навіть час залишається за величиною відносною. Наприклад, квазари (вид астрономічних об'єктів), що існують на відстані 14 мільярдів світлових років від Землі, відстають від нашого звичного «зараз» на ті самі 14 мільярдів світлових років. Цей тимчасовий розрив колосальний. Його складно визначити навіть математично, не кажучи вже про те, що чітко уявити собі подібне за допомогою людської уяви (навіть найпалкішого) просто неможливо.

Сучасна наука може теоретично пояснити собі все життя нашого матеріального світу, починаючи з перших часткою секунд його існування, коли щойно стався Великий вибух. Повна історія Всесвіту доповнюється досі. Астрономи відкривають нові дивовижні факти за допомогою модернізованого та покращеного дослідницького обладнання (телескопів, лабораторій тощо).

Однак існують і не зрозумілі явища. Такою білою плямою, наприклад, є і її темна енергія. Сутність цієї прихованої маси продовжує розбурхувати свідомість найосвіченіших і передових фізиків сучасності. Крім того, так і не виникло єдиної точки зору про причини того, чому у Всесвіті частинок все-таки більше, ніж античастинок. Із цього приводу було сформульовано кілька фундаментальних теорій. Деякі з цих моделей користуються найбільшою популярністю, але жодна з них поки що не прийнята міжнародним науковим співтовариством як

У масштабі загального знання та колосальних відкриттів XX століть ці прогалини здаються зовсім незначними. Але історія науки із завидною регулярністю показує, що пояснення таких «малих» фактів та явищ стає основою для всього уявлення людства про дисципліну в цілому (в даному випадку йдеться про астрономію). Тому майбутнім поколінням вчених, безумовно, буде чим зайнятися і що відкривати у сфері пізнання природи Всесвіту.

Уявлення про розвиток Всесвіту закономірно призвело до постановки проблеми початку еволюції (народження) Всесвіту та її кінця (смерті). В даний час існує кілька космологічних моделей, що пояснюють окремі аспекти виникнення матерії у Всесвіті, але вони не пояснюють причин і процесу народження самого Всесвіту. З усієї сукупності сучасних космологічних теорій лише теорія Великого вибуху Г. Гамова змогла досі задовільно пояснити майже всі факти. Основні риси моделі Великого вибуху збереглися досі, хоча і були пізніше доповнені теорією інфляції, або теорією Всесвіту, що роздмухується, розробленого американськими вченими А. Гутом і П. Стейн-хардтом і доповненої радянським фізиком А.Д. Лінде.

У 1948 р. видатний американський фізик російського походження Г. Гамов висунув припущення, що фізичний Всесвіт утворився в результаті гігантського вибуху, що стався приблизно 15 млрд років тому. Тоді вся речовина і вся енергія Всесвіту були сконцентровані в одному крихітному надщільному потік. Якщо вірити математичним розрахункам, то на початку розширення радіус Всесвіту був зовсім рівний нулю, а його щільність дорівнює нескінченності. Цей початковий стан називається сингулярністю - точковий обсяг із нескінченною щільністю. Відомі закони фізики у сингулярності не працюють. У цьому стані втрачають сенс поняття простору та часу, тому безглуздо запитувати, де була ця точка. Також сучасна наука нічого не може сказати про причини появи такого стану.

Тим не менш, згідно з принципом невизначеності Гейзенберга речовина неможливо стягнути в одну точку, тому вважається, що Всесвіт у початковому стані мав певну щільність та розміри. За деякими підрахунками, якщо вся речовина Всесвіту, що оцінюється приблизно в 1061 г, стиснути до щільності 1094 г/см3, то воно займе об'єм близько 10-33 см3. У жодному електронному мікроскопі розглянути її було б неможливо. Довгий час нічого не можна було сказати про причини Великого вибуху та перехід Всесвіту до розширення. Але сьогодні з'явилися деякі гіпотези, які намагаються пояснити ці процеси. Вони є основою інфляційної моделі розвитку Всесвіту.

Основна ідея концепції Великого вибуху полягає в тому, що Всесвіт на ранніх стадіях виникнення мав нестійкий вакуумоподібний стан з великою щільністю енергії. Ця енергія виникла із квантового випромінювання, тобто. ніби з нічого. Справа в тому, що у фізичному вакуумі відсутні фіксовані частинки, поля та хвилі, але це не млява порожнеча. У вакуумі є віртуальні частки, які народжуються, мають швидкоплинне буття і відразу зникають. Тому вакуум віртуальними частинками насичений складними взаємодіями між ними. Причому, енергія, укладена у вакуумі, розташовується на його різних поверхах, тобто. є феномен різниці енергетичних рівнів вакууму.

Поки вакуум перебуває у рівноважному стані, у ньому існують лише віртуальні частки, які займають у борг у вакууму енергію на короткий проміжок часу, щоб народитися, і швидко повертають запозичену енергію, щоб зникнути. Коли ж вакуум з будь-якої причини в деякій вихідній точці (сингулярності) збудився і вийшов зі стану рівноваги, то віртуальні частки стали захоплювати енергію без віддачі і перетворювалися на реальні частки. У певній точці простору утворилося безліч реальних частинок разом із пов'язаною ними енергією. Коли ж збуджений вакуум зруйнувався, вивільнилася гігантська енергія випромінювання, а суперсила стиснула частинки в надщільну матерію. Екстремальні умови, коли навіть простір-час було деформовано, припускають, що і вакуум знаходився в особливому стані, який називають «хибним» вакуумом. Воно характеризується енергією гранично високої густини, якій відповідає гранично висока густина речовини. У цьому стані речовини в ньому можуть виникати сильні напруги, негативні тиски, рівносильні гравітаційному відштовхуванню такої величини, що викликало нестримне і стрімке розширення Всесвіту - Великий вибух. Це і було першопоштовхом, «початком» нашого світу.

З цього моменту починається стрімке розширення Всесвіту, виникають час та простір. Саме тоді йде нестримне роздмухування, зародків однієї чи кількох всесвітів, які можуть відрізнятися друг від друга своїми фундаментальними константами і законами.

За різними оцінками, період «роздування», що йде експонентом, займає неймовірно малий проміжок часу - до 10-33 з після «початку». Він називається інфляційним періодом. За цей час розміри Всесвіту збільшились у 1050 разів, від мільярдної частки розміру протона до розмірів сірникової коробки.

До кінця фази інфляції Всесвіт був порожнім і холодним, але коли інфляція вичерпалася, Всесвіт раптом став надзвичайно «гарячим». Цей сплеск тепла, що висвітлив космос, зумовлений величезними запасами енергії, укладеними у «хибному» вакуумі. Такий стан вакууму дуже нестійкий і прагне розпаду. Коли розпад завершується, відштовхування зникає, закінчується інфляція. А енергія, пов'язана у вигляді безлічі реальних частинок, вивільнилася у вигляді випромінювання, що миттєво нагріло Всесвіт до 1027 К. З цього моменту Всесвіт розвивався відповідно до стандартної теорії «гарячого» Великого вибуху. Після Великого вибуху Всесвіт був плазмою з елементарних частинок та їх античастинок, які вільно перетворювалися одна на одну. У цьому потіку існували тільки гравітаційна та велика взаємодія. Потім Всесвіт почав розширюватися, одночасно його щільність і температура зменшувалися. Подальша еволюція Всесвіту супроводжувалася, з одного боку, диференціацією, з другого - ускладненням її структур. Етапи еволюції Всесвіту відрізняються показниками взаємодії елементарних частинок і називаються епохами. Найважливіші зміни зайняли менш як три хвилини.

Адронна епоха тривала 10-7 з. На цьому етапі температура знижується до 1013 К. При цьому з'являються всі чотири фундаментальні взаємодії, припиняється вільне існування кварків, вони зливаються в адрони, найважливішими серед яких є протони та нейтрони. Найбільш значущою подією стало глобальне порушення симетрії, яке відбулося у перші миті існування нашого Всесвіту. Число частинок виявилося трохи більше, ніж число античасток. Причини такої асиметрії достеменно невідомі. У загальному плазмоподібному потік на кожен мільярд пар частинок і античасток на одну частинку виявлялося більше, їй не вистачало пари для анігіляції. Це і визначило подальшу появу речовинного Всесвіту з галактиками, зірками, планетами та розумними істотами на деяких із них.

Лептонна ера тривала до 1 після початку. Температура Всесвіту знизилася до 1010 К. Головними її елементами були лептони, які брали участь у взаємних перетвореннях протонів та нейтронів. Наприкінці цієї ери речовина стала прозорою для нейтрино, вони перестали взаємодіяти з речовиною і з того часу дожили до наших днів.

Епоха випромінювання (фотонна ера) тривала 1 млн. років. За цей час температура Всесвіту знизилася з 10 млрд. до 3000 К. Протягом цього етапу відбувалися найважливіші для подальшої еволюції Всесвіту процеси первинного нуклеосинтезу - з'єднання протонів і нейтронів (їх було приблизно в 8 разів менше, ніж протонів) в атомні ядра. До кінця цього процесу речовина Всесвіту складалася на 75% з протонів (ядер водню), близько 25% становили ядра гелію, соті частки відсотка припали на дейтерій, літій та інші легкі елементи, після чого Всесвіт став прозорим для фотонів, так як випромінювання відокремилося від речовини та утворило те, що в нашу епоху називається реліктовим випромінюванням.

Потім майже 500 тисяч років не відбувалося жодних якісних змін - йшло повільне охолодження та розширення Всесвіту. Всесвіт, залишаючись однорідним, ставав все більш розрідженим. Коли вона охолола до 3000 К, ядра атомів водню та гелію вже могли захоплювати вільні електрони і перетворюватися при цьому на нейтральні атоми водню та гелію. У результаті утворився однорідний Всесвіт, що являв собою суміш трьох майже не взаємодіючих субстанцій: баріонної речовини (водень, гелій та їх ізотопи), лептонів (нейтрино та антинейтрино) та випромінювання (фотони). До цього часу вже не було високих температур та великих тисків. Здавалося, у перспективі Всесвіт чекає подальше розширення та охолодження, утворення «лептонної пустелі» - щось на кшталт теплової смерті. Але цього не сталося; навпаки, стався стрибок, що створив сучасний структурний Всесвіт, який, за сучасними оцінками, зайняв від 1 до 3 мільярдів років.

Астрономи вважають, що наш світ виник у результаті Великого Вибуху. Вибухнувши, гігантська вогненна куля розкидала по простору матерію та енергію, які згодом згустилися, утворивши мільярди зірок, а ті, у свою чергу, об'єдналися у численні галактики.

Теорія великого вибуху.

Теорія, якої дотримується більшість сучасних учених, стверджує, що Всесвіт утворився внаслідок так званого Великого Вибуху. Неймовірно гаряча вогненна куля, температура якої досягала мільярдів градусів, в якийсь момент вибухнула і розкидала у всіх напрямках потоки енергії та частинок матерії, надавши їм колосального прискорення.
Будь-яка речовина складається з крихітних частинок – атомів. Атоми - це дрібні матеріальні частинки, здатні брати участь у хімічних реакціях. Однак вони, у свою чергу, складаються із ще дрібніших, елементарних частинок. У світі є безліч різновидів атомів, які називаються хімічними елементами. Кожен хімічний елемент включає атоми певних розмірів і ваги і відрізняється від інших хімічних елементів. Тому в ході хімічних реакцій кожен хімічний елемент поводиться тільки йому властивим чином. Все, що існує у Всесвіті, від найбільших галактик до найдрібніших живих організмів, складається з хімічних елементів.

Після Великого Вибуху.

Оскільки вогненна куля, що розлетілася на частини в результаті Великого Вибуху, мала колосальну температуру, крихітні частинки матерії мали спочатку занадто велику енергію і не могли з'єднатися один з одним, щоб утворити атоми. Однак приблизно через мільйон років температура Всесвіту знизилася до 4000"С, і з елементарних частинок стали формуватися різні атоми. Спочатку виникли найлегші хімічні елементи - гелій і водень. Поступово Всесвіт охолоджувався все сильніше і утворювалися більш важкі елементи. Процес утворення нових атомів і елементів. продовжується і до цього дня в надрах таких зірок, як, наприклад, наше Сонце.
Всесвіт остигав. Новоутворені атоми збиралися в гігантські хмари пилу та газу. Частинки пилу стикалися одна з одною, зливалися в єдине ціле. Гравітаційні сили притягували невеликі об'єкти до більшим. У результаті Всесвіту з часом сформувалися галактики, зірки, планети.

Земля має розплавлене ядро, багате на залізо і нікель. Земна кора складається з більш легких елементів і плаває на поверхні частково розплавлених гірських порід, що утворюють мантію Землі.

Всесвіт, що розширюється.

Великий Вибух виявився настільки потужним, що вся матерія Всесвіту з величезною швидкістю розлетілася космічним простором. Більш того, Всесвіт продовжує розширюватись і донині. Ми можемо впевнено стверджувати це тому, що віддалені галактики все ще відсуваються від нас, а відстані між ними постійно збільшуються. Отже, колись галактики розташовувалися набагато ближче один до одного, ніж у наші дні.

Ніхто точно не знає, як утворилася Сонячна система. Основна теорія свідчить, що Сонце і планети сформувалися з хмари космічного газу і пилу, що завихряється. Більш щільні частини цієї хмари за допомогою гравітаційних сил притягували до себе ззовні дедалі більшу кількість речовини. У результаті з нього виникли Сонце та всі його планети.

Мікрохвилі з минулого.

Виходячи з припущення, що Всесвіт сформувався в результаті "гарячого" Великого Вибуху, тобто виникла з гігантської вогняної кулі, вчені спробували підрахувати, наскільки вона повинна була охолонути до теперішнього часу. Вони дійшли висновку, що температура міжгалактичного простору має становити близько -270°С. Температуру Всесвіту вчені визначають і за інтенсивністю мікрохвильового (теплового) випромінювання, що йде із глибин космосу. Проведені вимірювання підтвердили, що вона насправді становить приблизно -270°С.

Який вік Всесвіту?

Щоб дізнатися відстань до тієї чи іншої галактики, астрономи визначають її розміри, яскравість і колір світла, що нею випромінюється. Якщо теорія Великого Вибуху вірна, то, значить, всі існуючі нині галактики спочатку були стиснуті в одну надщільну і гарячу вогняну кулю. Вам достатньо поділити відстань від однієї галактики до іншої на швидкість, з якою вони віддаляються один від одного, щоб встановити, як давно вони становили єдине ціле. Це і буде віком Всесвіту. Зрозуміло, цей метод не дозволяє отримати точних даних, але все ж таки він дає підстави вважати, що вік Всесвіту - від 12 до 20 млрд років.

Потік лави випливає з кратера вулкана Кілауеа, розташованого на острові Гаваю. Коли лава виходить поверхню Землі, вона застигає, утворюючи нові гірські породи.

Освіта Сонячної системи.

Галактики сформувалися, ймовірно, приблизно через 1 - 2 млрд років після Великого Вибуху, а Сонячна система виникла приблизно на 8 млрд років пізніше. Адже матерія розподілялася по простору зовсім на рівномірно. Більш щільні області завдяки гравітаційним силам притягували до себе все більше пилу та газу. Розміри цих областей стрімко зростали. Вони перетворювалися на гігантські хмари пилу і газу, що завихрулися, - так звані туманності.
Одна така туманність – а саме сонячна туманність – згустившись, утворила наше Сонце. З інших частин хмари виникли згустки речовини, що стали планетами, зокрема Землею. Вони утримувалися на своїх навколосонячних орбітах потужним гравітаційним полем Сонця. У міру того, як гравітаційні сили притягували частинки сонячної речовини все ближче і ближче один до одного, Сонце ставало все менше і щільніше. При цьому в сонячному ядрі виник жахливий тиск. Воно перетворювалося на колосальну теплову енергію, а це, у свою чергу, прискорювало перебіг термоядерних реакцій усередині Сонця. В результаті утворювалися нові атоми і виділялося ще більше тепла.

Виникнення умов життя.

Приблизно самі процеси, хоча й у значно менших масштабах, відбувалися і Землі. Земне ядро ​​швидко стискалося. Через ядерні реакції і розпад радіоактивних елементів у надрах Землі виділялося так багато тепла, що гірські породи, що її утворили, розплавилися. Більш легкі речовини, багаті кремнієм - схожим на скло мінералом, - відокремилися в земному ядрі від щільніших заліза та нікелю і утворили першу земну кору. Приблизно через мільярд років, коли Земля істотно охолоніла, земна кора затверділа і перетворилася на міцну зовнішню оболонку нашої планети, що складається з твердих гірських порід.
Охолоджуючи, Земля викидала зі свого ядра безліч різних газів. Зазвичай це відбувалося під час виверження вулканів. Легкі гази, такі, як водень або гелій, здебільшого випаровувалися в космічний простір. Однак сила тяжіння Землі була досить великою, щоб утримувати біля її поверхні важчі гази. Вони й склали основу земної атмосфери. Частина водяної пари з атмосфери сконденсувалася, і Землі виникли океани. Тепер наша планета була повністю готова до того, щоб стати колискою життя.

Народження та загибель гірських порід.

Земна суша утворюється твердими гірськими породами, часто покритими шаром ґрунту та рослинністю. Але звідки гірські породи беруться? Нові гірські породи формуються з речовини, що народжується глибоко в надрах Землі. У нижніх шарах земної кори температура набагато вище, ніж на поверхні, а складові їх гірські породи знаходяться під величезним тиском. Під впливом жару і тиску гірські породи прогинаються і розм'якшуються, а то й зовсім плавляться. Як тільки у земній корі утворюється слабке місце, розплавлені гірські породи – їх називають магмою – прориваються на поверхню Землі. Магма випливає із жерлів вулканів у вигляді лави і поширюється на великій площі. Застигаючи, лава перетворюється на тверду гірську породу.

Вибухи та вогняні фонтани.

В одних випадках народження гірських порід супроводжується грандіозними катаклізмами, в інших проходить тихо та непомітно. Існує безліч різновидів магми, і їх утворюються різні типи гірських порід. Наприклад, базальтова магма дуже текуча, легко виходить на поверхню, розтікається широкими потоками та швидко застигає. Іноді вона виривається з жерла вулкана яскравим вогненним фонтаном - таке відбувається, коли земна кора не витримує її тиску.
Інші види магми набагато густіше: їхня густота, або консистенція, більше схожа на чорну патоку. Гази, що містяться в такій магмі, з великими труднощами пробиваються на поверхню крізь її щільну масу. Згадайте, як легко бульбашки повітря вириваються з окропу і наскільки повільніше це відбувається, коли ви нагріваєте щось густіше, наприклад кисіль. Коли щільніша магма піднімається ближче до поверхні, тиск на неї зменшується. Розчинені в пий гази прагнуть розширитися, але не можуть. Коли магма нарешті виривається назовні, гази розширюються настільки стрімко, що відбувається грандіозний вибух. Лава, уламки гірських порід і попіл розлітаються на всі боки, як снаряди, випущені з гармати. Подібне виверження трапилося 1902 р. на о-ві Мартініка в Карибському морі. Катастрофічне виверження вулкана Моптап-Пеле повністю зруйнувало порт Сеп-П'єр. Загинуло близько 30 000 людей.

Освіта кристалів.

Гірські породи, що формуються з лави, що остигає, називають вулканічними, або виверженими, гірськими породами. Поки лава остигає, мінерали, що містяться в розплавлених породах, поступово перетворюються на тверді кристали. Якщо лава остигає швидко, кристали не встигають вирости і залишаються дуже маленькими. Подібне відбувається при утворенні базальту. Іноді лава охолоджується настільки швидко, що з неї виходить гладка склоподібна порода, яка взагалі не містить кристалів, така як обсидіан (вулканічне скло). Подібне, як правило, трапляється при підводному виверженні або коли маленькі частинки лави викидаються з жерла вулкана високо в холодне повітря.

Ерозія та вивітрювання гірських порід у каньйонах Сідар-Брейкс, штат Юта, США. Ці каньйони утворилися в результаті ерозійної дії річки, що проклала своє русло через шари осадових порід, "видавлених" догори рухами земної кори. Оголені гірські схили поступово вивітрилися, і уламки порід утворили на них кам'янисті осипи. Серед цих осипів стирчать виступи все ще твердих скель, які й утворюють краї каньйонів.

Свідоцтва минулого.

Розміри кристалів, які у вулканічних породах, дозволяють нам судити, наскільки швидко остигала лава і якому відстані від Землі вона залягала. Перед вами шматок граніту, як він виглядає у поляризованому світлі під мікроскопом. Різні кристали мають у цьому зображенні різний колір.

Гнейс - метаморфічна гірська порода, що утворилася з осадової породи під впливом тепла та тиску. Малюнок із різнокольорових смуг, які ви бачите на цьому шматку гнейсу, дозволяє визначити напрямок, у якому земна кора, рухаючись, давила на шари гірських порід. Так ми отримуємо уявлення про події, що відбувалися 3,5 млрд. років тому.
За складками та розломами (розривами) у гірських породах ми можемо судити, в якому напрямку діяли колосальні напруження у земній корі в давно минулі геологічні епохи. Ці складки виникли в результаті горотворчих рухів земної кори, що почалися 26 млн. років тому. У цих місцях жахливі сили стиснули шари осадових гірських порід і утворилися складки.
Магма далеко не завжди досягає поверхні Землі. Вона може затримуватися в нижніх шарах земної кори і тоді остигає набагато повільніше, утворюючи чудові великі кристали. Саме так з'являється граніт. Величина кристалів у деяких голяках дозволяє встановити, як багато мільйонів років тому сформувалася дана порода.

Худуз, провінція Альберта, Канада. Дощі та піщані бурі руйнують м'які гірські породи швидше, ніж тверді, і в результаті виникають рештки (виступи) з химерними обрисами.

Осадові "бутерброди".

Не всі гірські породи схожі на вулканічні, такі як граніт або базальт. Багато з них складаються з безлічі шарів і схожі на величезний стос бутербродів. Вони утворилися колись із зруйнованих вітром, дощами та річками інших гірських порід, уламки яких змило в озера чи моря, і вони осіли на дні під товщею водою. Поступово таких опадів накопичується дуже багато. Вони нагромаджуються один на одного, утворюючи шари завтовшки сотні і навіть тисячі метрів. Вода озера чи моря тисне ці відкладення з колосальної силою. Вода, що знаходиться в них, видавлюється, і вони спресовуються в щільну масу. У той самий час мінеральні речовини, насамперед розчинені у воді, що видавлюється, як би цементують всю цю масу, і в результаті з неї формується нова гірська порода, яку називають осадовою.
І вулканічні, і осадові породи можуть під впливом рухів земної кори виштовхуватися вгору, утворюючи нові гірські системи. У освіті гір беруть участь колосальні сили. Під їх впливом гірські породи або дуже нагріваються, або жахливо стискаються. При цьому вони перетворюються - трансформуються: один мінерал може перетворитися на інший, кристали розплющуються і приймають інше розташування. В результаті на місці однієї гірської породи виникає інша. Гірські породи, що сформувалися при трансформації інших гірських порід під впливом вищезгаданих сил, називаються метаморфічними.

Ніщо не вічне, навіть гори.

На перший погляд нічого не може бути міцнішим і довговічнішим, ніж величезна гора. На жаль, це всього лише ілюзія. Якщо ґрунтуватися на геологічній шкалі часу, де рахунок йде на мільйони і навіть сотні мільйонів років, то гори виявляються такими ж тимчасовими, як і все інше, включаючи нас з вами.
Будь-яка гірська порода, як тільки почне піддаватися впливу атмосфери, миттєво руйнуватиметься. Якщо ви поглянете на свіжий уламок скелі або розколотий голяка, то побачите, що поверхня породи, що знову утворилася, часто зовсім іншого кольору, ніж стара, довго пробула на повітрі. Це пояснюється впливом кисню, що міститься в атмосфері, а в багатьох випадках – і дощової води. Через них на поверхні гірської породи відбуваються різні хімічні реакції, що поступово змінюють її властивості.
Згодом ці реакції призводять до вивільнення мінералів, що скріплюють породу, і вона починає розсипатися. У породі утворюються крихітні тріщини, у які проникає вода. Замерзаючи, ця вода розширюється та розриває породу зсередини. Коли крига розтане, така порода просто розвалиться на шматки. Шматки породи, що дуже швидко відвалилися, змиють дощі. Цей процес називається ерозією.

Льодовик Мюїр на Алясці. Руйнівна дія льодовика і каміння, що вмерзло в нього знизу і з боків, поступово викликає ерозію стін і дна долини, по якій він рухається. У результаті льоду утворюються довгі смуги уламків гірських порід - звані морени. При злитті двох сусідніх льодовиків з'єднуються та його морени.

Вода-руйнівник.

Шматки зруйнованої породи зрештою потрапляють у річки. Течія тягне їх за річковим руслом і сточує ними породу, яка утворює саме русло, поки уцілілі уламки не знайдуть нарешті тихий притулок на дні озера чи моря. Замерзла вода (лід) має ще більшу руйнівну силу. Льодовики і льодовикові покриви тягнуть у себе безліч великих і дрібних уламків гірських порід, вмерзших у тому крижані боки і черева. Ці уламки роблять глибокі борозни в породах, якими рухаються льодовики. Льодовик може переносити уламки скель, що впали на нього зверху, на багато сотень кілометрів.

Скульптури, створені вітром

Вітер також руйнує гірські породи. Особливо часто таке трапляється у пустелях, де вітер переносить мільйони найдрібніших піщин. Піщалки здебільшого складаються з кварцу, надзвичайно міцного мінералу. Вихор піщинок ударяється об скелі, вибиваючи з них нові й нові піщинки.
Часто вітер нагромаджує пісок у великі піщані пагорби, або дюни. Кожен порив вітру наносить на дюни новий шар піщин. Розташування схилів і крутість цих піщаних пагорбів дозволяють судити про напрям і силу вітру, що їх створив.

Льодовики роблять на своєму шляху глибокі U-подібні долини. У Нантфранконі, Уельс, льодовики зникли ще в доісторичні часи, залишивши після себе широку долину, яка явно велика для невеликої річки, що протікає нині. Маленьке озеро на передньому плані перегороджене смугою особливо міцної гірської породи.

Теорія Великого вибуху стала майже такою самою загальноприйнятою космологічною моделлю, як і обертання Землі навколо Сонця. Згідно з теорією, близько 14 млрд років тому спонтанні коливання в абсолютній порожнечі призвели до появи Всесвіту. Щось, порівнянне за розміром із субатомною частинкою, розширилося до неймовірних розмірів за частки секунди. Але в цій теорії існує багато проблем, над якими б'ються фізики, висуваючи нові і нові гіпотези.

Що не так з теорією Великого вибуху

З теорії випливає,що всі планети та зірки утворилися з пилу, розметаного по космосу внаслідок вибуху. Але що передувало йому, неясно: тут наша математична модель простору-часу перестає працювати. Всесвіт виник з початкового сингулярного стану, якого не застосувати сучасну фізику. Теорія також не розглядає причини виникнення сингулярності чи матерії та енергії для її виникнення. Вважається, що відповідь на питання про існування та походження початкової сингулярності дасть теорія квантової гравітації.

Більшість космологічних моделей передбачають,що повний Всесвіт має розмір набагато більший, ніж спостерігається - сферична область з діаметром приблизно 90 млрд світлових років. Ми бачимо тільки ту частину Всесвіту, світло від якого встигло досягти Землі за 13,8 млрд років. Але телескопи стають все кращими, ми виявляємо все більш далекі об'єкти, і поки немає підстав вважати, що цей процес зупиниться.

З моменту Великого вибуху Всесвіт розширюється із прискоренням.Найскладніша загадка сучасної фізики - питання, що викликає прискорення. Згідно з робочою гіпотезою, у Всесвіті міститься невидима складова, яка називається «темною енергією». Теорія Великого вибуху не пояснює, чи Всесвіт розширюватиметься нескінченно, і якщо так, то до чого це призведе - до її зникнення або чогось ще.

Хоча ньютонівську механіку потіснила релятивістська фізика,її не можна назвати помилковою. Проте сприйняття світу та моделі для опису Всесвіту повністю змінилися. Теорія Великого вибуху передбачила низку речей, які були відомі до того. Отже, якщо її місце прийде інша теорія, вона має бути схожою і розширити розуміння світу.

Ми зупинимося на найцікавіших теоріях, що описують альтернативні моделі Великого вибуху.

Всесвіт як міраж чорної діри

Всесвіт виник завдяки колапсу зірки у чотиривимірному Всесвіті, вважають вчені з Інституту теоретичної фізики «Периметр». Результати їх дослідження опублікував журнал Scientific American. Ніайеш Афшорді, Роберт Манн і Разі Пурхасан кажуть, що наш тривимірний Всесвіт став подібністю до «голографічного міражу» при схлопуванні чотиривимірної зірки. На відміну від теорії Великого вибуху, згідно з якою Всесвіт виник з надзвичайно гарячого і щільного простору-часу, де не застосовуються стандартні закони фізики, нова гіпотеза про чотиривимірний всесвіт пояснює як причини зародження, так і його стрімкого розширення

Згідно зі сценарієм, сформульованим Афшорді та його колегами, наш тривимірний Всесвіт - це своєрідна мембрана, яка пливе крізь ще більш об'ємний всесвіт, що існує вже в чотирьох вимірах. Якби в цьому чотиривимірному космосі існували свої чотиривимірні зірки, вони б теж вибухали, як і тривимірні у нашому Всесвіті. Внутрішній шар ставав би чорною діркою, а зовнішній викидався б у простір.

У нашому Всесвіті чорні дірки оточені сферою, яка називається горизонтом подій. І якщо в тривимірному просторі цей кордон двомірний (як мембрана), то в чотиривимірному всесвіті обрій подій буде обмежений сферою, що існує в трьох вимірах. Комп'ютерне моделювання колапсу чотиривимірної зірки показало, що її тривимірний обрій подій поступово розширюватиметься. Саме це ми і спостерігаємо, називаючи зростання 3D-мембрани розширенням Всесвіту, вважають астрофізики.

Велика заморозка

Альтернативою Великому вибуху може бути велике заморожування. Команда фізиків з Мельбурнського університету на чолі з Джеймсом Кватчем представила модель народження Всесвіту, який більше нагадує поступовий процес заморозки аморфної енергії, ніж її виплеск і розширення у трьох напрямках простору.

Безформна енергія, на думку вчених, подібно до води охолодилася до кристалізації, створивши звичні три просторових і один тимчасовий вимір.

Теорія Великого заморожування ставить під сумнів прийняте нині твердження Альберта Ейнштейна про безперервність і плавність простору та часу. Не виключено, що простір має складові - неподільні стандартні блоки на кшталт крихітних атомів або пікселів у комп'ютерній графіці. Ці блоки настільки малі, що їх неможливо спостерігати, проте, за новою теорією, можна виявити дефекти, які повинні заломлювати потоки інших частинок. Вчені вирахували такі ефекти за допомогою математичного апарату, а тепер спробують виявити їх експериментально.

Всесвіт без початку та кінця

Ахмед Фараг Алі з Університету Бенха в Єгипті та Саурія Дас з Університету Летбріджа в Канаді запропонували нове рішення проблему сингулярності, відмовившись від Великого вибуху. Вони привнесли до рівняння Фрідмана, що описує розширення Всесвіту та Великий вибух, ідеї відомого фізика Девіда Бома. «Дивно, що невеликі поправки потенційно можуть вирішити багато питань», - говорить Дас.

Отримана модель об'єднала у собі загальну теорію відносності та квантову теорію. Вона не лише заперечує сингулярність, що передувала Великому вибуху, а й не допускає того, що Всесвіт згодом стиснеться назад до початкового стану. Згідно з отриманими даними, Всесвіт має кінцевий розмір та нескінченний час життя. У фізичному вираженні модель описує Всесвіт, наповнений гіпотетичною квантовою рідиною, що складається з гравітонів - частинок, що забезпечують гравітаційну взаємодію.

Вчені також стверджують, що їхні висновки співвідносяться з останніми результатами вимірювання густини Всесвіту.

Нескінченна хаотична інфляція

Термін «інфляція» означає стрімке розширення Всесвіту, що відбувалося за експонентом у перші миті після Великого вибуху. Сама собою теорія інфляції не спростовує теорію Великого вибуху, лише по-іншому інтерпретує її. Ця теорія вирішує кілька фундаментальних проблем фізики.

Згідно з інфляційною моделлю, незабаром після зародження Всесвіт дуже короткий час розширювався за експонентом: його розмір багаторазово подвоювався. Вчені вважають, що за 10 -36 ступеня секунд Всесвіт збільшився в розмірах як мінімум в 10 - 30-50 ступеня разів, а можливо, і більше. Наприкінці інфляційної фази Всесвіт заповнився надгарячою плазмою із вільних кварків, глюонів, лептонів та високоенергетичних квантів.

Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітівз різним пристроєм

Фізики дійшли висновку, що логіка інфляційної моделі не суперечить ідеї постійного множинного народження нових всесвітів. Квантові флуктуації – такі ж, як ті, через які з'явився наш світ – можуть виникати у будь-якій кількості, якщо для цього є відповідні умови. Цілком можливо, що наша світобудова вийшла з флуктуаційної зони, що сформувалася у світі-попереднику. Можна також припустити, що колись і десь у нашому Всесвіті утворюється флуктуація, яка «видує» юний всесвіт зовсім іншого роду. За такою моделлю дочірні всесвіти можуть відпочковуватися безперервно. При цьому зовсім не обов'язково, що в нових світах встановлюються ті самі фізичні закони. Концепція має на увазі, що у світі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.

Циклічна теорія

Пол Стейнхардт, один із фізиків, які заклали основи інфляційної космології, вирішив розвинути цю теорію і надалі. Вчений, який очолює Центр теоретичної фізики в Прінстоні, спільно з Нейлом Тьюроком з Інституту теоретичної фізики «Периметр» виклав альтернативну теорію у книзі Endless Universe: Beyond the Big Bang («Нескінченний Всесвіт: За межею Великого вибуху»).Їхня модель заснована на узагальненні теорії квантових суперструн, відомої як М-теорія. Відповідно до неї, фізичний світ має 11 вимірів - десять просторових та один тимчасовий. У ньому «плавають» простори менших розмірностей, так звані брани (Скорочення від «мембрани»).Наш Всесвіт - просто одна з таких лайок.

Модель Стейнхардта і Тьюрока стверджує, що Великий вибух стався внаслідок зіткнення нашої лайки з іншою браною - невідомої нам всесвіту. За цим сценарієм зіткнення відбуваються нескінченно. Згідно з гіпотезою Стейнхардта і Тьюрока, поруч із нашою браною «плаває» ще одна тривимірна брана, відокремлена крихітною відстанню. Вона також розширюється, сплощується і пустіє, але через трильйон років лайки почнуть зближуватися і зрештою зіткнуться. При цьому виділиться величезна кількість енергії, частинок та випромінювання. Цей катаклізм запустить черговий цикл розширення та охолодження Всесвіту. З моделі Стейнхардта і Тьюрока випливає, що ці цикли були і в минулому і обов'язково повторяться у майбутньому. З чого ці цикли почалися, теорія замовчує.

Всесвіт
як комп'ютер

Ще одна гіпотеза про пристрій всесвіту говорить, що весь наш світ - це не більше ніж матриця або комп'ютерна програма. Ідею про те, що Всесвіт є цифровим комп'ютером, вперше висунув німецький інженер і піонер комп'ютеробудування Конрад Цузе в книзі Calculating Space. («Обчислювальний простір»).Серед тих, хто також розглядав Всесвіт як гігантський комп'ютер, значаться фізики Стівен Вольфрам і Герард "т Хоофт".

Теоретики цифрової фізики припускають, що Всесвіт - по суті інформація, і, отже, вона обчислювана. З цих припущень випливає, що Всесвіт можна розглядати як результат роботи комп'ютерної програми або цифрового обчислювального пристрою. Цей комп'ютер може бути, наприклад, гігантським клітинним автоматом або універсальною машиною Тьюринга.

Непрямим доказом віртуальної природи Всесвітуназивають принцип невизначеності у квантовій механіці

Відповідно до теорії, будь-який предмет і подія фізичного світу походить із постановки питань та реєстрації відповідей «так» чи «ні». Тобто за всім, що нас оточує, ховається код, аналогічний бінарному коду комп'ютерної програми. А ми – свого роду інтерфейс, за допомогою якого з'являється доступ до даних «всесвітнього інтернету». Непрямим доказом віртуальної природи Всесвіту називають принцип невизначеності в квантовій механіці: частинки матерії можуть існувати у нестійкій формі, а «закріплюються» у конкретному стані лише при спостереженні за ними.

Послідовник цифрової фізики Джон Арчібальд Вілер писав: «Не було б нерозумним уявити, що інформація знаходиться в ядрі фізики так само, як у ядрі комп'ютера. Усі з біта. Іншими словами, все суще - кожна частка, кожне силове поле, навіть сам просторово-часовий континуум - отримує свою функцію, свій сенс і, зрештою, саме своє існування».

Курсова робота з предмету "Теоретичні основи прогресивних технологій"

Виконала: Білозерська Лариса Мирзоджонівна, Курс I

Московський державний відкритий університет, філія

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

Найбільшим досягненням сучасної космології стала модель Всесвіту, що розширюється, названа теорією Великого вибуху.

Відповідно до цієї теорії, все спостережуване простір розширюється. Але що було на самому початку? Вся речовина в Космосі в якийсь початковий момент була стиснута буквально в ніщо - спресована в одну-єдину точку. Воно мало фантастично величезну щільність - її практично неможливо собі уявити, вона виражається числом, в якому після одиниці стоять 96 нулів, - і так само неймовірно високу температуру. Астрономи назвали такий стан сингулярністю.

В силу якихось причин ця дивовижна рівновага була раптово зруйнована дією гравітаційних сил - важко навіть уявити, якими вони мали бути при нескінченно величезній щільності "первісності"!

Цього моменту вчені назвали "Великий вибух". Всесвіт почав розширюватися і остигати.

Слід зазначити, що питання, яким було народження Всесвіту - " гарячим " чи " холодним " , - не відразу було вирішено однозначно і займав уми астрономів довгий час. Інтерес до проблеми був далеко не пустим - адже від фізичного стану речовини в початковий момент залежить, наприклад, вік Всесвіту. Крім того, за високих температур можуть протікати термоядерні реакції. Отже, хімічний склад " гарячої " Всесвіту має відрізнятися від складу " холодної " . А від цього у свою чергу залежать розміри та темпи розвитку небесних тіл.

Протягом кількох десятиліть обидві версії - "гарячого" та "холодного" народження Всесвіту - існували в космології на рівних, маючи і прихильників, і критиків. Справа залишалася "за малим" - слід підтвердити їх спостереженнями.

Сучасна астрономія на питання про те, чи існують докази гіпотези гарячого Всесвіту та Великого вибуху, може дати ствердну відповідь. У 1965 р. було зроблено відкриття, яке, як вважають вчені, прямо підтверджує те, що в минулому речовина Всесвіту була дуже щільною та гарячою. Виявилося, що в космічному просторі зустрічаються електромагнітні хвилі, які народилися в далеку епоху, коли не було ще ні зірок, ні галактик, ні нашої Сонячної системи.

Можливість існування такого випромінювання було передбачено астрономами набагато раніше. У 1940гг. американський фізик Джордж Гамов (1904-1968) зайнявся проблемами виникнення Всесвіту та походження хімічних елементів. Розрахунки, виконані Гамовим та її учнями, дозволили уявити, що у Всесвіті у перші секунди його існування була дуже висока температура. Нагріта речовина "світилося" - випромінювало електромагнітні хвилі. Гамов припустив, що вони мають спостерігатися й у сучасну епоху як слабких радіохвиль, і навіть передбачив температуру цього випромінювання - приблизно 5-6 До.

У 1965 р. американські вчені радіоінженери Арно Пензіас і Роберт Вілсон зареєстрували космічне випромінювання, яке не можна було приписати жодному відомому тоді космічному джерелу. Астрономи дійшли висновку, що це випромінювання, що має температуру близько 3 К, - релікт (від латів. "Залишок", звідси і назва випромінювання - "реліктове") тих далеких часів, коли Всесвіт був фантастично гарячий. Тепер астрономи змогли зробити вибір на користь "гарячого" народження Всесвіту. А. Пензіас та Р. Вільсон, отримали в 1978 р. Нобелівську Премію за відкриття космічного мікрохвильового фону (така офіційна назва реліктового випромінювання) на хвилі 7,35 см.

Великим вибухом називається явище виникнення Всесвіту. В рамках цієї концепції вважається, що початковим станом Всесвіту була точка, звана точкою сингулярності, в якій були зосереджені вся речовина та енергія. Вона характеризувалася нескінченно великою щільністю матерії. Конкретні властивості точки сингулярності невідомі, як невідомо і те, що передувало стану сингулярності.

Приблизна хронологія подій, що відбулися з нульового моменту часу - початку розширення, представлена ​​нижче:

Щодо умов і подій, що відбувалися до моменту 5·10-44 секунди - закінчення першого кванта часу - жодних достовірних відомостей немає. Про фізичні параметри тієї епохи можна сказати, що тоді температура була 1,3·1032 До, а щільність матерії близько 1096 кг/м3. Наведені значення є граничними застосування існуючих теорій. Вони випливають із співвідношень швидкості світла, гравітаційної постійної, постійних Планка та Больцмана та називаються “планківськими”.

Події періоду з 5·10-44 по 10-36 секунди відображає модель “інфляційного Всесвіту”, опис якої важко і не може бути дано в рамках цього викладу. Однак слід зазначити, що згідно з цією моделлю розширення Всесвіту відбувалося без зменшення об'ємної концентрації енергії і при негативному тиску первинної суміші речовини та енергії, тобто, як би, відштовхуванні матеріальних об'єктів один від одного, що викликало розширення Всесвіту, що триває й досі.

Для розуміння процесів, що протікали в період 10-36-10-4 секунд від початку вибуху, потрібне глибоке знання фізики елементарних частинок. У цей період електромагнітне випромінювання та елементарні частинки - різні види мезонів, гіперони, протони та антипротони, нейтрони та антинейтрони, нейтрино та антинейтрино тощо. існували у рівновазі, тобто. їх об'ємні концентрації дорівнювали. Дуже важливу роль у цей час відігравали спочатку поля сильних, та був слабких взаємодій.

У період 10-4 - 10-3 секунди відбувалося формування всієї множини елементарних частинок, які, перетворюючись одні на інші, і становлять нині весь Всесвіт. Відбулася анігіляція переважної більшості елементарних частинок та античастинок, що існували раніше. Саме в цей період з'явилася баріонна асиметрія, яка виявилася наслідком дуже малого, лише на одну мільярдну частку перевищення кількості баріонів над антибаріонами. Воно виникло, зважаючи на все, відразу після ери інфляційного розширення Всесвіту. При температурі 1011 градусів щільність Всесвіту вже знизилася до величини, характерної для атомних ядер. У цей період зменшення температури вдвічі відбувалося за тисячні частки секунди. У цей час народилося існуюче і нині реліктове нейтринне випромінювання. Однак, незважаючи на його значну щільність, що становить не менше ніж 400 штук/см3, і можливість отримати з його допомогою найважливішу інформацію про той період формування Всесвіту, його реєстрація поки що не реалізується.

У період з 10-3 до 10-120 секунд в результаті термоядерних реакцій утворилися ядра гелію і дуже мала кількість ядер деяких інших легких хімічних елементів, а значна частина протонів - ядер водню - об'єднанню в атомні ядра не зазнала. Усі вони залишилися зануреними у “океан” вільних електронів та фотонів електромагнітного випромінювання. З цього моменту в первинному газі встановилося співвідношення: 75-78% водню та 25-22% гелію - за масами цих газів.

У період між 300 тисячами і 1 мільйоном років температура Всесвіту знизилася до 3000 - 45000 К і настала ера рекомбінації. Вільні колись електрони об'єдналися з легкими атомними ядрами та протонами. Утворилися атоми водню, гелію та кілька атомів літію. Речовина стала прозорою і реліктове випромінювання, що спостерігається досі, "відокремилося" від нього. Всі спостережувані нині особливості реліктового випромінювання, наприклад, флуктуації температури його потоків, що приходять від різних ділянок на небесній сфері або їх поляризація, відображають картину властивостей і розподілу речовини в той час.

Протягом наступного – першого мільярда років існування Всесвіту її температура знизилася від 3000 – 45000 К до 300 К. У зв'язку з тим, що до цього періоду часу у Всесвіті ще не утворилося джерел електромагнітного випромінювання – зірок, квазарів тощо, а реліктове випромінювання вже охололо, цю епоху називають “Темним віком” Всесвіту.