Основные этапы эволюции Вселенной по теории Большого взрыва

Теория Большого взрыва. Сегодня эволюция Вселенной описывается космологической моделью, называемой «Большой взрыв» (англ. Big Bang).

Как уже говорилось выше, считается, что до момента Большого взрыва времени не существовало. Отсчет времени начался вместе с ним. В начальный момент времени Вселенная находилась в сингулярном (лат. singularis — единственный, особенный) состоянии, при котором вещество имело бесконечную плотность и температуру. Время развития от сингулярности до современного состояния Вселенной приблизительно 14 млрд лет. Доказательство существования такого состояния принадлежит английскому физику-теоретику Стивену Хокингу (родился в 1942 г.) и было сделано им в 1967 г.

Трудность описания такого состояния заключается в том, что оно не подчиняется законам современной физики. Когда говорят о Большом взрыве, то имеют в виду модель горячей Вселенной.

Основные этапы эволюции Вселенной по теории Большого взрыва.

После Большого взрыва Вселенная стала расширяться и охлаждаться. Момент, с которого мы можем высказать какие-либо теоретические предположения, начинается с окончания эпохи Планка, когда плотность вещества достигла 1097 кг/м3, температура — 1032 К, а размеры — 10~35 м. В этот момент, через 10~43 с после Большого взрыва, произошло отделение гравитационного взаимодействия от прочих взаимодействий, существовавших тогда в неразделенном виде.

После Планковской эпохи (0—10~43с), о которой мы практически ничего не знаем, наступила эпоха Великого объединения (10-43— 10-35с), названная так потому, что энергия ее (в начале этой эпохи) была такой, что существовало всего одно взаимодействие, называемое первичным. Вселенная была высокооднородной и изотропной средой и имела необычайно высокие плотность энергии, температуру и давление. В процессе расширения Вселенной, которое шло по степенному закону, происходило ее охлаждение. И в самом его начале произошел первый фазовый переход, подобный переходу вещества из газообразного состояния в жидкое, только во Вселенной этот и последующие переходы происходили в системе квантовых полей. В результате первичное взаимодействие распалось на гравитационное и сильно ядерное.

На (10_35)-й секунде от Большого взрыва наступил этан экспоненциального расширения Вселенной, названный эпохой Космической инфляции, продолжавшийся с 10~35 по 10~32 с. В этой стадии происходило резкое увеличение размеров Вселенной. В конце этой эпохи происходит сильный нагрев Вселенной.

Окончание эпохи Космической инфляции ознаменовалось появлением во Вселенной кварк-глюонной плазмы. Новый этап ее развития ознаменовался охлаждением Вселенной, и тогда произошел следующий фазовый переход, в результате которого кварки и глюоны стали объединяться в барионы — протоны и нейтроны. В то же время шли процессы образования антиматерии. Поскольку процессы образования материи были более интенсивными, ее, материи, оказалось больше. В результате аннигиляции этих двух форм материи рождались кванты излучения. А так как материи было больше, то в итоге антиматерии не осталось.

Продолжающееся понижение температуры вызвало еще один фазовый переход — дальнейшее разделение фундаментальных взаимодействий и формирование элементарных частиц в их современной форме. При дальнейшем понижении температуры начался нуклеосинтез, в результате объединения протонов и нейтронов образовывались ядра легких изотопов водорода и гелия (начало этого процесса — это уже третья минута от Большого взрыва). Далее, в процессе понижения температуры, вследствие продолжения расширения Вселенной гравитация становится доминирующей силой.

И когда от начала Большого взрыва прошло 380 тыс. лет, сложились температурные условия для существования атомов водорода. Материя во Вселенной приобрела прозрачность, в результате чего излучение получило возможность свободно распространяться в пространстве. Это излучение существует и сегодня и называется реликтовым излучением.

После этого наступила эпоха рождения звезд, продолжающаяся и в настоящее время. Прогноз на будущее будет зависеть от того, какова плотность вещества во Вселенной: если она больше критической, то процесс расширения перейдет в процесс сжатия; если она меньше критической, то процесс расширения продолжится; а если она равна критической, то Вселенная достигнет определенного размера и остановится на нем.

Теория Большого взрыва оставляет вне своих рамок вопрос о причинах возникновения сингулярности. Есть надежда, что ответ на этот вопрос сможет дать теория квантовой гравитации, которая пока не создана.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >