Походження Всесвіту [Виникнення, Утворення, Поява]

Успіхи теорії елементарних частинок дозволили розробити «сценарій» подій, що відбувалися в перші миті існування Всесвіту. Термін «сценарій» з’явився порівняно недавно. Він означає, що проводиться якісний аналіз можливих наслідків прийнятих вихідних положень і порівняння їх із спостереженнями. Така процедура дуже важлива, оскільки дозволяє на ранньому етапі розробки найскладніших теорій заздалегідь спростувати невірні варіанти.

Теорія утворення Всесвіту підтверджується двома перевіряються наслідками: реліктовим випромінюванням і сучасним хімічним складом. Дуже важливо, що тим самим підтверджується і теорія елементарних частинок, яка в даний час іншим перевіркам не піддається.

Мультивсесвіт

Згідно з сучасними поглядами Всесвіт спонтанно (без причини) виникає у вигляді кванта простору-часу. Цей процес описується квантовою механікою, згідно з якою виникнення Всесвіту має багато можливих напрямків. Всесвіт може мати багато вимірів, елементарні частинки, в тому числі протони і електрони, можуть отримати різні маси. Чи обов’язково у Всесвіті залишаються чотири виміри і ті співвідношення між масами і зарядами елементарних частинок, які існують в нашому Всесвіті, ми не знаємо. Але з точки зору квантової механіки, можливо, існує багато всесвітів, в яких реалізуються всі можливості. Але ми ніколи нічого про них не дізнаємося. Навіть саме їхнє існування назавжди залишиться тільки гіпотезою, бо між різними Всесвітами в принципі не може бути ніяких зв’язків. Наша ж Всесвіт така, тому що в іншій Всесвіту ми просто не могли б з’явитися.

Космологічна сингулярність

Історія Всесвіту починається з 10-43 с з моменту «нуль», який ми називаємо моментом народження Всесвіту. До цього моменту не існує ні часу, ні простору; тому не можна питати про те, де і коли існують інші Всесвіти. У них свій простір і свій час, для нас це питання просто не має сенсу. Справа в тому, що у фізичному вакуумі існують тільки «віртуальні» (т. Е. «Можливі») частки. У ньому безперервно відбувається мимовільне народження пар частка-античастинка. Цей процес стає можливим тому, що існує принцип невизначеності, який полягає в тому, що твір ΔEΔt ≥ ћ, де ћ – постійна Планка, поділена на 2π.

Якщо проміжок часу досить малий, то невизначеність енергії може стати настільки великий, що з’являться частка і античастинка, які проіснують час Δt. На відміну від «реальних» частинок «віртуальні» не можуть служити основою системи відліку. Тому в вакуумі неможливо встановити співвідношення раніше-пізніше або право-ліво. Але в іншому «віртуальні» частинки нічим не відрізняються від «реальних». Вони мають масу і заряд, який проявляється в експерименті; зокрема, вони утворюють щільність вакууму. У нашого Всесвіту в даний час щільність вакууму, як це випливає з спектроскопічних експериментів, має порядок 10-30 кг/м3.

У момент виникнення радіус Всесвіту становить 10-35 м, щільність 10101 кг / м і температура 1030 K. Природно, що при таких умовах нічого схожого на наш світ не було. Зокрема, елементарні частинки в цей час не мали маси. Щільність визначалася енергією взаємодії між ними (E = mc2). Матерія в момент виникнення Всесвіту була в стані фізичного вакууму. На відміну від звичайної матерії (що складається з елементарних частинок) у фізичному вакуумі є гравітаційні сили відштовхування.

Великий вибух (розширення Всесвіту)

Відразу ж після виникнення Всесвіт під дією цих сил починає розширюватися. Причому це розширення відбувається з величезною швидкістю: уже до моменту t = 10-35 с після початку розміри Всесвіту збільшуються приблизно в 103 • 10 ^ 8 разів (це неймовірне число означає одиницю з трёмястамі мільйонами нулів). Така швидкість розширення не суперечить принципу максимальної швидкості світла, оскільки ця швидкість відноситься до розширення простору, а не до руху в просторі «реальних» частинок.

Щільність матерії у Всесвіті не змінюється (робота сил, що викликають розширення, збільшує енергію речовини, а енергія і маса пов’язані співвідношенням Ейнштейна), температура падає і тоді, коли досягає певної межі; вакуум розпадається, в ньому виникають елементарні частинки і античастинки. Це початок формування тієї Всесвіту, в якій ми живемо.

Протони і антипротони

В період часу від 10-35 до 10-8 с важливих подій не відбувається, а до моменту часу 10-8 с з’являються протони і антипротона. Щільність речовини до цього моменту падає до 10 кг / м3, а температура – до 10 K. До моменту часу 10 с температура падає до 1010 K, і в процесі зіткнень вже не можуть виникати частки і античастинки. Надалі в реакціях анігіляції зникають всі античастинки. При цьому виявляється, що частинок було дещо більше. На 1 000 000 000 античастинок (антипротонів і позитронів) доводилося 1 000 000 001 частка (протонів і електронів). В результаті зараз наш світ складається з протонів і електронів, а не з антипротонів і позитронів. Причина криється в особливостях процесів, що відбувалися в період часу до 10-35 с.

Ядерні реакції

Приблизно протягом часу від 1 до 300 з відбуваються ядерні реакції злиття протонів і нейтронів, в результаті чого утворюються дейтерій, гелій і літій. Кількість утворилися дейтерію і гелію залежить від щільності речовини в момент їх утворення, а значить, і від середньої щільності речовини в даний момент. Розрахунок показує, що частка гелію за вагою повинна становити від 25 до 30%. Це добре узгоджується з сучасними значеннями. Більш важкі елементи утворилися в зірках.

Реліктове випромінювання

Наступного мільйон років триває розширення Всесвіту, що супроводжується поступовим зменшенням температури. Перший час температура досить висока, щоб газ залишався іонізованним. Але іонізований газ (плазма) сильно взаємодіє з випромінюванням, і їх температури залишаються рівними. Але як тільки температура у Всесвіті падає до 4000 K, а це відбувається приблизно через мільйон років після початку розширення, починається рекомбінація атомів і випромінювання «відривається» від речовини. З цього моменту випромінювання і речовина поводяться по-різному.

Випромінювання, що виникло в той момент, коли температура знизилася до 4000 K, приходить до нас в даний час з областей, віддалених на багато мільярдів світлових років. Згідно із законом Хаббла ці області віддаляються від нас зі швидкостями, близькими до швидкості світла. Ефект Доплера в цьому випадку колосальний. Для зміни довжин хвиль в даному випадку слід використовувати складну формулу теорії відносності:

(Λ – λ0) / λ0 = Δλ / λ = z = √ ((c + v) / (c – v)),

де z для реліктового випромінювання приблизно дорівнює 1000, т. е. прийшло до нас випромінювання повинно мати максимум в довжині хвилі близько 1 мм, оскільки за законом Вина T = 4000 K. Максимум випромінювання доводиться на довжину хвилі, що дорівнює 725 нм. Це випромінювання було відкрито в 1965 р Як і очікувалося, воно приходить до нас з усіх напрямків з однаковою інтенсивністю, тобто речовина в момент відриву випромінювання було дійсно в високого ступеня є однорідним.

ПОДІЛИТИСЯ: