Большой Взрыв

Катаклизмы

В спектрах почти всех галактик обнаружено красное смещение, что говорит об их разбегании. Иногда красное смещение объясняют гравитационными эффектами, но, тогда было бы разное “покраснение” у галактических ядер и гало, - это не наблюдается. Обнаружено реликтовое излучение, которе не может быть от дискретных источников. Измерение его интенсивности в диапазоне от 0,8 до 75 см показало, что её величина изменяется с длиной волны в соответствии с законами теплового излучения и отвечает тепловому излучению с абсолютной температурой 2,7˚К. Чем дальше уходить в прошлое, тем горячее будет реликтовое излучение, т.к. расстояния между “точками “ пространства, были меньше (меньше масштабный фактор). В некоторый момент в прошлом, около 13 – 20 млрд. лет назад наблюдается очень необычное состояние Вселенной, названное Сингулярностью. Оно характеризуется плотностью 1095 грамм в см3 и температурой 1032К. Считается, что расширение началось из этого состояния. Очень может быть, что при условиях существовавших в Сингулярности все фундаментальные постоянные – константы взаимодействий, заряд электрона, скорость света и др. сильно варьировались. Вселенная могла приобрести любые свойства. Можно построить более 20 различных моделей Вселенной. Модель пульсирующей Вселенной предполагает, что в состояние Сингулярности вселенная пришла из предыдущего цикла сжатия. Для подтверждения этой модели Вселенной необходимо, чтобы средняя плотность вещества была выше критической ~ 5·10-30г/см3. С учётом “тёмного” вещества наблюдаемая плотность очень близка к этому значению. Модель расширяющейся Вселенной предполагает, что вселенная родилась в момент Сингулярности, а понятие “до сингулярности” не имеет смысла, т.к. время появилось вместе с миром. Для подтверждения этой модели необходимо, чтобы плотность вещества была ниже критической. При расширении из точки вселенная имеет огромные, но конечные размеры, около 1,8·1028см. Но может быть наша Вселенная бесконечна? Представим бесконечную растягиваемую резиновую нить с узелками, изображающими галактики. При растяжении нити расстояние между всеми узелками увеличивается. Может настать момент, когда растяжение прекратится из-за сил упругости и сменится сжатием. Тогда расстояние между узелками станет уменьшаться до критического значения, но при этом нить всё равно останется бесконечно длинной. Из-за взаимодействия между узелками (гравитационное скучиванье) критическое состояние может быть достигнуто не одновременно на всей нити. Если от одного измерения резиновой нити перейти к трём, получится модель расширяющейся во всех измерениях Вселенной. Первичные неоднородности должны были вызвать анизотропию реликтового излучения. Эксперимент “Реликт” (спутник “Прогноз-9”) и результаты исследований проекта COBE (аббревиатура английского термина COsmic Background Explorer) доказали наличие анизотропии реликтового излучения.

Первичное состояние нашей Вселенной было крайне неустойчивым. Оно существовало около 10 –35с, а затем распалось, образовав множество частиц, обладавших огромными энергиями. Это было похоже на образование тумана из прозрачного воздуха. Вселенная начала стремительно раздуваться.

Чтобы понять причину расширения Вселенной, нужно разобраться, что такое вакуум. Вакуум – это скрытая форма существования вещества, или, более строго, наинизшее энергетическое состояние всех физических полей, при котором нет реальных частиц, Но, в то же время вакуум, при определённых условиях, может рождать реальные частицы и это происходит без нарушения законов сохранения. Например, если чрезвычайно быстро разряжать и заряжать достаточно мощный конденсатор, то поле внутри конденсатора будет испытывать весьма быстрые изменения. При таких условиях между обкладками рождаются из вакуума электроны и позитроны. Такие же условия существовали и в начале нашей Вселенной. Обладает вакуум и гравитационными свойствами. Но этой гравитации, в отличие от обычной, соответствуют не силы притяжения, а силы отталкивания. В современной Вселенной гравитация вакуума либо полностью отсутствует, либо исчезающе мала. Однако при температурах Сингулярности эта антигравитация превышает гравитацию обычного вещества, в результате происходит очень быстрое раздувание по экспоненциальному закону, примерно так, как растут цены в соответствии со скоростью инфляции.

После остывания Вселенной настолько, что антигравитационные свойства вакуума исчезли и заменились обычным тяготением, в ней имелась сверхгорячая плазма из элементарных частиц и их античастиц всевозможных сортов. Они бурно взаимодействовали друг с другом. С расширением Вселенная охлаждалась. По прошествии примерно 0,1 секунды с начала расширения температура упала до тридцати миллиардов градусов. В горячем веществе имелось много фотонов большой энергии. Плотность и энергия их были столь велики, что происходило взаимодействие света со светом, приводившее к рождению электронно-позитронных пар. Аннигиляция пар, в свою очередь, приводила к рождению фотонов и пар нейтрино-антинейтрино. В этом “бурлящем котле” находилось и обычное вещество, но при таких высоких температурах сложные атомные ядра не могли существовать. Они моментально разбивались окружающими энергичными частицами и, поэтому, вещество существовало в виде тяжёлых частиц – нейтронов и протонов. В этих условиях нейтроны и протоны быстро превращались друг в друга, не имея возможности соединиться, так как возникавшие при этом ядра дейтерия, тут же разбивались частицами высоких энергий. Так, из-за большой температуры, в самом начале обрывалась цепочка, которая могла бы привести к образованию гелия и других тяжёлых элементов.

Спустя несколько минут после начала расширения температура во вселенной упала ниже миллиарда градусов. Теперь соединение протонов и нейтронов в ядра стало возможным. Возникающие ядра дейтерия, вступали в дальнейшую цепочку ядерных превращений, пока не образовались ядра гелия. На этом ядерные реакции ранней Вселенной прекратились. Первичное вещество состояло примерно из 25% гелия и 75% водорода. Наблюдения подтвердили, что первые звёзды во вселенной имели именно такой состав. Более тяжёлые элементы возникли немного позже из-за ядерных превращений в звёздах.

Через пять минут после Сингулярности ядерные реакции прекратились. В это время расширяющееся вещество было ионизированным из-за большой температуры (такое состояние вещества называют плазмой). Плотная плазма непрозрачна для излучения, и оно определяло силу давления. В этой смеси плазмы и излучения имелись небольшие по амплитуде колебания плотности – звуковые волны. Ничего, кроме звуковых колебаний, в расширяющемся веществе не происходило.

Только по прошествии примерно 300 тыс. лет расширяющаяся плазма остыла до 4 тыс. градусов и превратилась в нейтральный газ (произошёл процесс захвата атомными ядрами свободных электронов). Этот газ практически стал прозрачным для реликтового излучения. Теперь его давление определялось только движением нейтральных атомов, так как давление излучения уже отсутствовало, упругость газа резко упала, и стало возможным срабатывание механизма гравитационной неустойчивости…