39.2. Эволюция Вселенной.
Попытка понять Вселенную – одна из вещей, которые приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии.
Ст. Вайнберг
Модель расширяющейся Вселенной описывает крупномасштабные космические процессы. Она слабо принимает во внимание реальное распределение масс во Вселенной и некоторые иные локальные параметры.
Вначале неимоверно стремительно, затем все более плавно и замедленно Вселенная расширялась, ее плотность понижалась, а температура падала.
При расширении Вселенной расширяется всё её пространство, а не только центральная часть. Другими словами, одновременно с расширением Вселенной расширяется собственное пространство этой Вселенной.
Современная наука выделяет такие основные этапы развития Вселенной:
1) Эра хаоса - до 10-44 сек.
2) Эра адронов - 10-44 - 10-4 сек., т.е. она длилась примерно одну десятитысячную долю секунды. Эту эру уже можно описать. Плотность изменилась с 1094 г/см3 до 1014 г/см3, а температура от 1033 градусов до 1012 градусов.
Вселенная представляла собой плазму, состоящую из сильно взаимодействующих друг с другом адронов. К ним относятся барионы (протоны, нейтроны, гипероны1) и кратко живущие мезоны.
На этом этапе количество вещества и антивещества отличалось на одну миллиардную часть. Такое совершенно ничтожное преобладание частиц над античастицами сыграло "судьбоносную" роль: на последующих этапах Вселенной было суждено состоять из вещества. Если бы на эволюционном "старте" на столь же малую величину преобладали античастицы, современная Вселенная состояла бы из антивещества. И, наконец, при полном совпадении числа частиц и античастиц получилась бы модель пустой от вещества Вселенной.
И тогда в очередной раз встает коварный вопрос: не напоминает ли возникновение нашей Вселенной "игру в кости"? (См. сноску в конце Темы 9).
Однако, грандиозная (по масштабам последствий) случайность вызывает недоумение только тогда, когда она единственная и неповторимая.
Но допустим существование бесконечного множества вселенных, которые могут иметь самые разные "биографии" и "характеры". И тогда сразу ниспадет ореол роковой и непостижимой случайной предопределенности, которая проявилась в истоках нашей Вселенной.
Мне кажется, что необходимость именно такого хода мыслей еще раз подтверждает, что подобная множественность вселенных реально существует.
Что касается эры адронов в биографии нашей Вселенной, то она кончилась, когда очень многие античастицы аннигилировали.
3) Эра лептонов длилась 10 сек., что несравненно дольше, чем предыдущие временные интервалы. За это время температура уменьшилась в 100 раз и стала 10 млрд. градусов. Плотность снизилась до 104 г/см3.
К лептонам относят электроны и позитроны; мюоны; нейтрино и антинейтрино (не имеют массы покоя и движутся со скоростью света). Важной составляющей частью Вселенной по-прежнему оставались высокоэнергичные фотоны.
4) Эра фотонов (эра излучения) – от 10 сек. до 1 млн. лет.
Температура понизилась с 10 млрд. до 3 тысяч градусов. Плотность упала до 10-21 г/см3. Вещество и электромагнитное излучение обретали всё большую взаимную независимость, перестав непрерывно взаимодействовать друг с другом.
Купц.: Уже за первые 100 сек появились водород и гелий.
В конце первых трех минут, когда температура достигла миллиарда градусов, стало достаточно «прохладно» для образования из протонов и нейтронов сложных ядер, начиная с ядра тяжелого водорода – дейтерия.
Дальнейшее понижение температуры и плотности привело к образованию не только ядер, но и простейших атомов.
5) Эра вещества - с 1 млн. лет до настоящего времени. Выше говорилось, что атомы Н и Не начали появляться еще в эру излучения. Но все другие элементы – только в эру вещества. Спустя сотни миллионов лет непрерывно расширяющееся облако раскаленных газов стало распадаться на отдельные облака, порождающие галактики и звезды1.
«Хотя мы называем эпоху, в которую теперь живем, эрой вещества, во Вселенной все же еще значительно преобладает излучение... На каждую ядерную частицу приходится миллиард фотонов и миллиард нейтрино»2.
Ныне химический состав Вселенной примерно таков: 69% - Н, 29% - Не, 2% - тяжелые элементы. Важную роль играет кардинальная зарядовая асимметрия в изученной части Вселенной. В Солнечной системе, нашей Галактике и далее вещество явно преобладает над антивеществом.
Известный советский космолог Зельманов отмечал: в реальном эволюционном процессе структурно-масштабная лестница строилась, начиная с нижней ступени; затем возникли верхние; и только после этого – середина.
Одна из моделей допускает то, что расширение нашей Вселенной постепенно сменится этапом ее сжатия. Это возможно в том случае, если более точные измерения и расчеты покажут, что средняя плотность вещества во Вселенной в настоящее время больше определенной "критической" величины. Средняя плотность должна превышать 4.10-28 г / см3, т.е. один грамм вещества должен занимать куб с ребром, равным расстоянию между Москвой и Владивостоком.
Другими словами, на каждый кубометр пространства необходимо больше 10 протонов. В этом случае пространство будет замкнутым гипершаром. В противном случае пространство будет не замкнуто.
Вероятность подобного сценария (переход от этапа расширения Вселенной к этапу ее сжатия) возросла после того, как было обнаружено, что гравитационное притяжение галактик и их скоплений в несколько раз превосходит то, которое обеспечивает наблюдаемая материя. Это говорит о том, что существуют пока еще скрытые от наблюдений космические объекты. Возможно, скрытого вещества во Вселенной даже больше, чем того, излучение которого фиксируют современные наблюдательные средства.
Девушка о физике: - О, я покончила с этим предметом!
Понятия, раскрывающие и дополняющие