Строение вселенной

Алан-э-Дейл       11.03.2024 г.

Содержание

Пять веков Вселенной

Астрономы считают, что пять этапов эволюции являются удобным способом представления невероятно долгой жизни Вселенной. Согласитесь, во времена, когда нам известно всего 5% о видимой Вселенной (остальные 95% занимает таинственная темная материя, существование которой только предстоит доказать), судить об ее эволюции довольно сложно. Тем не менее, исследователи пытаются понять прошлое и настоящее Вселенной, объединив достижения науки и человеческой мысли двух последних столетий.

Если вам посчастливилось оказаться под ясным небом в темном месте безлунной ночью, то при взгляде вверх вас ждет великолепный космический пейзаж. С помощью обычного бинокля можно увидеть умопомрачительное небесное полотно из звезд и пятен света, которые накладываются друг на друга. Свет от этих звезд достигает нашей планеты преодолевая огромные космические расстояния и пробивается к нашим глазам через пространство–время. Такова Вселенная космологической эпохи, в которой мы живем. Она называется звездная эрой, но есть еще четыре других.

Изображение составлено исследователями Принстонского университета, основываясь на снимках, полученных космическими телескопами NASA

Существует множество способов рассмотреть и обсудить прошлое, настоящее и будущее Вселенной, но один из них больше других привлек внимание астрономов. Первая книга о пяти веках Вселенной была опубликована в 1999 году, под названием «Пять веков Вселенной: внутри физики вечности»

(последние обновления внесены в 2013 году). Авторы книги Фред Адамс и Грегори Лафлин дали название каждому из пяти веков:

  •     Первобытная эра
  •     Звездная эра
  •     Дегенеративная эра
  •     Эра Черных Дыр
  •     Темная эра

Необходимо отметить, что далеко не все ученые являются сторонниками этой теории. Тем не менее, многие астрономы находят разделение на пять этапов полезным способом обсуждения столь необычайно большого количества времени.

Эволюция

Полагаясь на достоверность Теории Большого взрыва, ученые предполагают, что эволюция Вселенной происходила в такой последовательности:

Эпоха
сингулярности

Это наиболее
ранний период развития
мироздания. Небольшая точка, которая состоит из протонов и нейтронов,
“взрывается”. Время такого “Бума” составляет всего 0,0001 секунды. После этого,
стартовал процесс синтезирования частиц, за счет чего образуется водород и
гелий. Из-за высочайшей температуры в миллиарды градусов, этот процесс
происходит быстро, что приводит к расширению космического пространства.

Эпоха
инфляции

В этот
период, просторы Вселенной
заполнила энергия одинаково высокой плотности, невероятно высокой температуры и
давления. Это приводит к быстрому расширению и постепенному охлаждению. Эпоха
знаменательна столкновением и разрушением частиц и античастиц. Это приводит к
превосходству материи над антиматерией.

Эпоха
охлаждения

Уменьшение
плотности и температуры на космических просторах стало причиной минимизации
энергии в каждой частице. Эти процессы происходили до того момента, как все
элементарные частицы преобразовались в современные формы. В этот период,
плотная материя была равномерно распространена по просторам космоса.

Иерархическая
эпоха

На
протяжении нескольких миллиардов лет, наиболее плотные участки начали
соединяться между собой, образуя газовые облака, звезды и галактики. В нашей
Вселенной начали образовываться структурные формирования, которые мы можем
наблюдать сейчас.

0 — 380 000 лет: от сингулярности до появления водорода и гелия

Время Эпоха Событие Время от сегодняшнего момента, лет
Сингулярность Большой взрыв. 13,7 млрд.
10−43 с Планковская эпоха Вселенная расширяется и охлождается. 13,7 млрд.
10−43 — 10−35 с Эпоха Великого объединения Отделение гравитации от объединённого электрослабого и сильного взаимодействия. Возможное рождение монополей. Разрушение Великого объединения. 13,7 млрд.
10−35 — 10−31 с Инфляционная эпоха Из вакуума быстро рождаются частицы (кварки и глюоны, лептоны, фотоны), Вселенная экспоненциально увеличивает свой радиус на много порядков. Структура первичной квантовой флуктуации раздуваясь даёт начало крупномасштабной структуре Вселенной . Вторичный нагрев. Бариогенезис. 13,7 млрд.
10−31 — 10−12 с Электрослабая эпоха Вселенная заполнена кварк-глюонной плазмой, лептонами, фотонами, W- и Z-бозонами, бозонами Хиггса. Нарушение суперсимметрии. 13,7 млрд.
10−12 — 10−6 с Кварковая эпоха Электрослабая симметрия нарушена, все четыре фундаментальных взаимодействия существуют раздельно. Кварки ещё не объединены в адроны. Вселенная заполнена кварк-глюонной плазмой, лептонами и фотонами. 13,7 млрд.
10−6 — 1 с Адронная эпоха Адронизация. Аннигиляция барион-антибарионных пар. Благодаря CP-нарушению остаётся малый избыток барионов над антибарионами (около 1:109). 13,7 млрд.
1 секунда — 3 минуты Лептонная эпоха Аннигиляция лептон-антилептонных пар. Распад части нейтронов. Вещество становится прозрачным для нейтрино. 13,7 млрд.
3 минуты — 380 000 лет Протонная эпоха Нуклеосинтез гелия, дейтерия, следов лития-7 (20 минут). Вещество начинает доминировать над излучением (70 000 лет), что приводит к изменению режима расширения Вселенной. В конце эпохи (380 000 лет) происходит рекомбинация водорода и Вселенная становится прозрачной для фотонов теплового излучения. 13,7 млрд.

3.4. Звездная эра.

После
«Большого взрыва» наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания
частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения
«Большого взрыва» (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с
периодом «Большого взрыва» её развитие представляется как будто замедленным.
Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом,
эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались
горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в
стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или
гигантский взрыв галактики — ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.

3.3. Фотонная эра.

На
смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной
понизилась до 1010K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв,
произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые
электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому,
что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и
позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило
вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была
заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз
больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после
лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по
энергии.

 Для
того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была
введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 см3,
точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной
распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hν всех фотонов,
присутствующих в 1 см3, то мы получим плотность энергии излучения Er. Сумма энергии покоя
всех частиц в 1 см3 является средней энергией вещества Em во Вселенной.

 Вследствие
расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С
увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз.
Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в
процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя
во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении
уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно «устают» со
временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем
плотность энергии частиц (Em). Преобладание во Вселенной фотонной составной над
составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения
уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе
составные пришли в равновесие, то есть (Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим
период «Большого взрыва». Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000
лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

Ритм пульса Вселенной

Поскольку звездные системы в большом масштабе рассеяны равномерно, то и сближение их будет происходить синхронно. Предполагаем, что это будет осуществляться в соответствии с рассмотренной моделью на примере галактик Млечный Путь и Туманность Андромеды.

Все это означает, что Вселенная претерпевает определенные этапы в своем развитии, и что нынешнее ее состояние не бесконечно.

С момента Большого Взрыва прошло около 14 млрд. лет. Солнце, Земля и др. планеты Солнечной системы образовались примерно 5 млрд. лет назад. Первые признаки жизни на Земле датируются возрастом 4 млрд. лет, а возникновение человека пятьюстами тысячелетий. История Земной цивилизации насчитывает 5…10 тысячелетий.

Таким образом, с момента Большого Взрыва во Вселенной до возникновения разума на Земле прошло примерно 12,5 млрд. лет

Если предположить, а это, по-видимому, верно с большой степенью вероятности, что все процессы во Вселенной идут синхронно, что жизнь и разум во Вселенной широко распространены, и что особенно важно подчеркнуть, они находятся на такой же стадии и уровне развития, как и на Земле. С этих позиций можно разрешить загадку парадокса Ферми и его уравнения, в котором иллюстрируется вероятность встречи землян с разумными существами Вселенной

Ферми предложил уравнение экспоненциального роста технологической цивилизации за время существования Вселенной:

K = exp (T / t) = 1043000000, где Т = 1010 лет (время возникновения нынешнего состояния Вселенной), t = 100 лет (время экспоненциального развития современного уровня цивилизации).

Согласно этому уравнению нашу планету должны были бы посещать разумные обитатели других миров бесконечное число раз. Сразу же заметим, что это было бы справедливо, если бы жизнь, разум в различных частях Вселенной возникали в различное время.

Если принять во внимание наше предложение, что все процессы во Вселенной происходят синхронно, то тогда напрашивается вывод, что наши собратья по разуму в других мирах находятся на такой же стадии и уровне развития, как и мы. Человек еще только через 10…15 лет достигнет Марса, и чтобы выйти за пределы Солнечной системы и осваивать нашу галактику человечеству понадобятся еще тысячелетия

Таким образом, может статься, что ожидая встречи с некой “высокоразвитой космической цивилизацией”, мы рискуем никогда с ней не встретится. Да-да, по той самой причине, что мы и можем оказаться самой высокоразвитой цивилизацией во Вселенной на этот момент времени.

Источник оригинальной статьи: http://www.outer-space.ru/

3.3. Фотонная эра.

На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

 Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 см3, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hν всех фотонов, присутствующих в 1 см3, то мы получим плотность энергии излучения Er. Сумма энергии покоя всех частиц в 1 см3 является средней энергией вещества Em во Вселенной.

 Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно «устают» со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во Вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие, то есть (Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период «Большого взрыва». Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

Список литературы

  1. Воронцов — Вельяминов Б.А. Очерки Вселенной. М., 1981. — 672 с.   
  2. Ксанфомалити Л. Темная Вселенная // Наука и жизнь 2004 № 5. 58-69 с. 
  3. Левин А. Судьба Вселенной // Популярная механика 2005 №9 40-46 с.
  4. Левитан Е.П. Развивающаяся Вселенная. М .: Просвещение., 1994. 159 с.   
  5. Лесков С. Большой и необходимый взрыв // Известия.-2006.-12 апр. 5 сек. 
  6. Перель Ю.Г. Развитие представлений о Вселенной М., 1957. 352 с.  
  7. Сурдин В.Г. Дарвин и эволюция Вселенной // Экология и жизнь 2008 №3 4-10 с. 
  8. Шкловский П.С. Вселенная, жизнь, разум М .: Наука, 1988. — 320с. 

Посмотрите похожие темы рефератов возможно они вам могут быть полезны:

  • Реферат на тему: Теневая экономика
  • Реферат на тему: Юриспруденция
  • Реферат на тему: Успехи современной генетики в медицине и здравоохранении
  • Реферат на тему: Эластичность спроса и предложения
  • Реферат на тему: Ораторское искусство
  • Реферат на тему: Миграция населения
  • Реферат на тему: Правоохранительные органы РФ
  • Реферат на тему: Функции культуры
  • Реферат на тему: Пластмассы
  • Реферат на тему: Символы воинской чести

4.1. Теория «Большого взрыва».

«Большой взрыв» продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время «Большого взрыва». Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).

В момент, который был назван «Большим взрывом», плотность Вселенной была равна 1000 000 г/м3, а температура равнялась 1032 степени градусов К. Этот момент был назван точкой сингулярности, то есть была точка, было начало, возникла масса, абсолютное пространство и все законы, которым сейчас подчиняется Вселенная.

Если исходить из фактов, то теория «Большого взрыва» кажется очень убедительной, но так как мы до сих пор не знаем, что же было до него, это напускает немного тумана на эту проблему. Но все-таки наука продвинулась гораздо дальше, чем это было раньше и как любая революционная теория, теория «Большого взрыва» дает хороший толчок развитию научной мысли.

Основные теории происхождения Вселенной

Большой взрыв не единственное современное представление о происхождении и эволюции Вселенной. Научный мир знает множество теорий возникновения мира, основными из которых являются:

  • Теория струн. Ее основное утверждение
    заключается в том, что все существующее состоит из мельчающих энергетических
    нитей. Такие квантовые струны могут растягиваться, искривляться и располагаться
    в любых направлениях, что делает космическое пространство многомерным. И каждое
    из этих измерений имеет свою эволюционную стадийность.
  • Теория стационарной Вселенной. По этой
    версии, в расширяющемся пространстве космоса постоянно возникает новая материя,
    что делают всю систему стабильной. Идея была популярна в середине 20-го века,
    но после открытия и изучения реликтового излучения у нее практически не
    осталось сторонников.

Не исключено, что все
предположения о возникновении мироздания, признанные сейчас в научном мире, не
будут опровергнуты в будущем. И чем дальше и дольше человечество исследует
космические просторы, тем больше новых ответов и вопросов оно находит.

Наличие оптимальной сложности

Очень простые молекулы, не имеют достаточно развитой структуры, будут иметь минимальные возможности для дальнейшего развития. Слишком сложные системы также будут иметь небольшую вероятность перехода на более высокий уровень, поскольку уже реализовали свои потенциальные возможности. Только оптимально структурированные химические соединения способны образовывать новые связи с другими молекулами. Например, мономерами белков стали аминокислоты, отличающиеся полифункциональностью. Именно у средних членов ряда органических веществ наблюдаются максимальные возможности для самоорганизации в результате сбалансированного сочетания устойчивости и изменчивости.

Откуда мы знаем, что Вселенная расширяется?

Итак, проблема эволюции Вселенной является центральной в естествознании. Она привлекает к себе исследователей различных специальностей и биологов особенно. Это естественно, поскольку самое главное звено в эволюции Вселенной (с точки зрения разумных существ, конечно же) – жизнь, разум. Какова их судьба в дальнейшем, в ходе эволюции Вселенной? Может быть полное исчезновение, когда вся субстанция Вселенной через миллиарды лет распадется до фотонов и нейтрино, или циклы развития Вселенной будут периодически повторяться?

Схематично изображено развитие Вселенной: чем дальше мы от большого взрыва по времени, тем сильнее отдаляются друг от друга соседние галактики

Общепризнанным является тот факт, что Вселенная около 14 млрд. лет тому назад находилась в состоянии сингулярности, состоянии бесконечно большой плотности. Затем в результате Большого Взрыва она начала расширяться, и это расширение длится и в настоящее время.

Первым делом – откуда мы сейчас, по прошествию 14 миллиардов лет можем знать, что все было именно так, т.е. был “взрыв” и началось расширение вселенной? О расширяющейся Вселенной свидетельствует красное смещение длин волн света, испускаемых галактиками в связи с их удалением от наблюдателя согласно эффекта Доплера.

Это открытие американских астрономов Весто Мелвина Слайфера и Эдвина Пауэлла Хаббла не потеряло свое значение и в наше время. Обнаружено оно было так: В.М. Слайфер и Э.П. Хаббл исследовали скорости движения галактик. Они показали, что ближайшие к нам галактики во Вселенной удаляются от нас со скоростями от нескольких сотен до тысяч км/с., а скорости галактик во Вселенной возрастают с увеличением расстояний до них.

Это доказывает тот факт, что удаляющиеся галактики движутся по расширяющейся спирали (в искривлении их траекторий повинны силы тяготения) и наблюдается эффект, напоминающий вращательное движение тела – угловые скорости материальных точек (галактик) на различном удалении от оси вращения (в данном случае от наблюдателя) равны, а линейные возрастают пропорционально увеличению расстояния от наблюдателя (R2/R1). Иными словами, галактики (и вся материя) ведут себя так, будто разлетаются в разные стороны из некого исходного центра. Зная скорость, не трудно рассчитать время, и прочие начальные данные.

«Красное смещение» и закон Хаббла

Одним из самых важных научных открытий Хаббла является природа синего и красного гравитационного смещения. С их помощью ученым удается распознать, приближается или удаляется от нас то или иное космическое тело.

В 1929 г Эдвин Хаббл с помощью 100-дюймового телескопа проводил измерение спектральных свойств галактических систем Гершеля и отметил интересный факт. С одной стороны галактики имели много общего с Млечным путем, вот только спектры их самых ярких звезд имели существенные отличия от спектров звезд из нашей Галактики. Все они были сдвинуты в более длинноволновую сторону спектра, то есть в красную. Данное явление Хаббл назвал эффект красного смещения. Ученый заметил, что в пределах одного галактического пространства, красное смещение звезд было более менее одинаковым, а вот с другими галактиками оно имело существенные отличия.

Он выделил закономерность:

Проще говоря: чем дальше расположена наблюдаемая галактика, тем эффект красного смещения будет больше. Так был сформирован закон Хаббла, который изображается формулой:

Постоянная Хаббла представляет собой коэффициент, который входит в состав закона Хаббла. С его помощью связали расстояние до определенной галактической системы или квазара со скоростью их удаления. Измеряется в км/с на мегапарсек (Мпк).Со временем значение постоянной Хаббла регулярно меняется, смысл слова «постоянная» заключается в том, что в определенный момент времени величина Н во всех точках Вселенной будет одинаковой. Изменения связаны с использованием разных методик расчета и с изобретением более новых исследовательских аппаратов. В данный момент значение постоянной 70,1 (км/с)/Мпк.

Согласно закону Хаббла ученым удалось вычислить теоретический возраст Вселенной. Для этого они оценивали величину красного смещения для самых отдаленных объектов Вселенной, зная, что в самом начале все было сжато в единую точку. Самое интересное, что хаббловский возраст Вселенной практически равен тому возрасту, который был рассчитан по космологической модели Фридмана – 13,8 млрд. лет.

Эффект красного смещения во Вселенной объясняется ее постоянным расширением. Представьте ситуацию, если человек неподвижно стоит в определенном месте, то постепенно звук, пролетающего над ним самолета, будет ослабевать и менять тон, в зависимости от увеличения расстояния.

Примерно такой же эффект происходит и с красным смещением, но его масштабы куда больше. Чем дальше находится заезда от наблюдателя, тем заметней будет изменение частоты света, исходящего от нее. Во время наблюдения красное смещение представляет собой сдвиг спектральных линий в звездном излучении в красную область спектра.

В космологии еще есть понятие синего смещения, которое представляет собой полную противоположность красному. Если происходит сдвиг спектральных линий в сторону синей области, то это означает, что галактика приближается к нам с определенной скоростью.

Глава 1. Эволюция Вселенной

Процесс эволюции Вселенной происходит
очень медленно. Ведь Вселенная во много
раз старше астрономии и вообще человеческой
культуры. Зарождение и эволюция жизни
на земле является лишь ничтожным звеном
в эволюции Вселенной. И всё же исследования,
проведенные в нашем веке, приоткрыли
занавес, закрывающий от нас далекое прошлое.

Современные астрономические наблюдения
свидетельствуют о том, что началом 
Вселенной, приблизительно десять миллиардов
лет назад, был гигантский огненный
шар, раскаленный и плотный. Его 
состав весьма прост. Этот огненный шар 
был настолько раскален, что состоял лишь
из свободных элементарных частиц, которые
стремительно двигались, сталкиваясь
друг с другом.

На начальном этапе расширения
Вселенной из фотонов рождались 
частицы и античастицы. Этот процесс 
постоянно ослабевал, что привело
к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку
аннигиляция может происходить при любой
температуре, постоянно осуществляется
процесс частица + античастица Þ 2 гамма-фотона
при условии соприкосновения вещества
с антивеществом. Процесс материализации
гамма-фотон Þ частица + античастица мог
протекать лишь при достаточно высокой
температуре. Согласно тому, как материализация
в результате понижающейся температуры
раскаленного вещества приостановилась,
эволюцию Вселенной принято разделять
на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную
и звездную.

1.1. Адронная эра

При очень высоких 
температурах и плотности в самом 
начале существования Вселенной 
материя состояла из элементарных частиц.
Вещество на самом раннем этапе состояло,
прежде всего, из адронов, и поэтому 
ранняя эра эволюции Вселенной называется
адронной, несмотря на то, что в то время
существовали и лептоны.

Через миллионную долю секунды 
с момента рождения Вселенной, температура
T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия
частиц kT и фотонов hν составляла около
миллиарда эв (103
Мэв), что соответствует энергии покоя
барионов. В первую миллионную долю секунды
эволюции Вселенной происходила материализация
всех барионов неограниченно, так же, как
и аннигиляция. Но по прошествии этого
времени материализация барионов прекратилась,
так как при температуре ниже 1013K
фотоны не обладали уже достаточной энергией
для ее осуществления. Процесс аннигиляции
барионов и антибарионов продолжался
до тех пор, пока давление излучения не
отделило вещество от антивещества. Нестабильные
гипероны (самые тяжелые из барионов) в
процессе самопроизвольного распада превратились
в самые легкие из барионов (протоны и
нейтроны). Так во Вселенной исчезла самая
большая группа барионов — гипероны. Нейтроны
могли дальше распадаться в протоны, которые
далее не распадались, иначе бы нарушился
закон сохранения барионного заряда. Распад
гиперонов происходил на этапе с 10-6
до 10-4 секунды.

К моменту, когда возраст 
Вселенной достиг одной десятитысячной
секунды (10-4с.), температура ее понизилась
до 1012K, а энергия частиц и фотонов
представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало
уже для возникновения самых легких адронов
— пионов. Пионы, существовавшие ранее,
распадались, а новые не могли возникнуть.
Это означает, что к тому моменту, когда
возраст Вселенной достиг 10-4 с.,
в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается
адронная эра, потому что пионы являются
не только самыми легкими мезонами, но
и легчайшими адронами. Никогда после
этого сильное взаимодействие (ядерная
сила) не проявлялась во Вселенной в такой
мере, как в адронную эру, длившуюся всего
лишь одну десятитысячную долю секунды.

До Большого взрыва

На вопрос о том, что происходило до Большого взрыва, ученые пытались найти ответ последние несколько десятилетий, а также понять, как на самом деле появился мир, который мы считаем таким обычным. И все же, с чего все началось? На протяжении веков ученые и священнослужители пытались найти ответ на этот вопрос.  

Но и ученые, и теологи согласились с тем, что Вселенная статична и неизменна. То есть ни тысячелетия назад, ни десятки тысяч лет спустя картина звездного неба не изменится. 

Взгляды на мир кардинально изменились только в 1929 году, когда американский астроном Эдвин Хаббл обнаружил расширение Вселенной. Этот факт полностью противоречил представлениям о статичности Вселенной. Открытие расширяющейся Вселенной было одним из величайших интеллектуальных потрясений двадцатого века.  

Поскольку Вселенная больше не была неизменной, она должна была каким-то образом возникнуть. Естественно, вскоре стали появляться теории о его появлении. Они были основаны на том факте, что если мы повернем время вспять, галактики начнут сокращаться, а температура Вселенной будет расти, пока она не превратится в сингулярность.  

Физики начали разрабатывать математические основы процессов возникновения Вселенной с точки. Итак, в 1930 году Хаббл предложил теорию, которая позже была названа теорией Большого взрыва. Он был основан на том факте, что Вселенная возникла в результате взрыва из сингулярности. В результате расширения и охлаждения первичного горячего газа появились звезды и галактики.   

Эта теория хорошо согласуется с астрономическими наблюдениями. Во-первых, галактики разлетелись, как и предсказывала теория. Во-вторых, в 1964 году было обнаружено реликтовое микроволновое излучение, которое должно было остаться после охлаждения первичного газа, пронизывающее всю Вселенную. И в-третьих, в результате Большого взрыва должно было образоваться огромное количество водорода, дейтерия, гелия и лития, которое мы можем наблюдать сегодня. Неудивительно, что теория Большого взрыва стала рассматриваться как классическая теория образования Вселенной.    

Однако оставались некоторые моменты, которые теория Большого взрыва не могла объяснить.

Проблемы современных моделей

Каждая из современных космологических моделей несовершенна и не может в полной мере объяснить ни форму Вселенной, ни ее эволюционное развитие.

Наиболее важные проблемы современных моделей:

  1. Сингулярность. Под космологической сингулярностью подразумевают начальное состояние Вселенной до Большого взрыва. Вещество в состоянии сингулярности характеризуется бесконечной плотностью и температурой. В данной точке неприменимы все известные стандартные законы физики, поэтому описать процессы, происходившие до Большого взрыва, не представляется возможным.
  2. Геометрия Вселенной. Ученые не могут достоверно сказать, является ли Вселенная пространственно плоской и применимы ли к ней законы Евклидовой геометрии. Существует множество пространственных моделей Вселенной, но ни одна из них не описывает в полной мере все сложные процессы, наблюдаемые в Метагалактике.
  3. Конечность. Дискуссионным является вопрос о наличии у Вселенной границ или ее бесконечной протяженности в пространстве.
  4. Изотропность. Под изотропией или изотропностью понимают одинаковость физических свойств во всех направлениях. Для того чтобы объяснить эту характеристику Метагалактики, придумывают разные теории. Например, концепция изначально вращающейся Вселенной предполагает, что именно вращением можно объяснить одинаковое распространение энергии после Большого взрыва.
  5. Барионная асимметрия. Барионы — это семейство элементарных частиц: протон, нейтрон и другие. Ученые предполагают, что в начале существования Вселенной количество материи и антиматерии было одинаковым. Но в настоящее время наблюдается барионная асимметрия — преобладание в Метагалактике вещества над антивеществом. Достоверного объяснения этого факта не существует.

Будущее Вселенной

Вопрос о том, что ждет Вселенную в будущем, является одним из самых популярных среди ученых-космологов. Одно из важнейших свойств Вселенной – это ее ускоренное расширение. Исходя из этого, в дальнейшем развитии космического пространства может быть два сценария:

  • расширение Вселенной будет продолжаться бесконечно, что приведет к снижению средней плотности вещества, которая рано или поздно приблизится к нулю. Простыми словами, в начале начнут распадаться галактические скопления, а в конце протоны поделятся на кварки;
  • рано или поздно расширение Вселенной замедлится и запустится обратный процесс – сжатие. В результате произойдет коллапс и все космическое вещество вернется в свое первоначальное состояние – сингулярность.

Есть еще одно предположение, что в результате стремительного роста скорости расширения Вселенной, произойдет Большой разрыв – данный процесс подразумевает разрыв абсолютно всех существующих космических структур и даже мельчайших атомов.

Исследование Вселенной – процесс интересный и увлекательный. Ежедневно ученые пытаются объяснить новые явления и процессы, строят математические и космические модели структур и объектов, ищут ответы на самые таинственные загадки. Все эти знания позволяют узнать прошлое мироздания и предсказать его возможное будущее.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.