prosdo.ru 1 2 3 4
Введение


Если взглянуть в небо ясной, звездной ночью, можно увидеть всего лишь часть Вселенной, мы никогда не сможем увидеть всю Вселенную: она бесконечна. Вселенная содержит все вещество и энергию. Земля, Солнце, звезды, галактики, планеты составляют только крошечную часть ее. Благодаря телескопам мы можем видеть миллиарды других галактик и гигантских скоплений галактик. Веками люди задавали себе вопросы: откуда произошла Вселенная? как она развивалась? Существовало много различных теорий происхождения Вселенной, однако, они были отклонены.

Важнейшими направлениями разработки теории нестационарной Вселенной в XX веке явилось исследование физических процессов в начальные моменты Вселенной. Центральным оказался вопрос о сингулярности. Что происходило в начальные моменты Вселенной? что привело к расширению? Выдающимся достижением на этом пути было создание теории горячей Вселенной и разработка принципов и понятий инфляционной космологии. В наше время ученые считают, что началом Вселенной был взрыв, который называют «Большим взрывом». Никто не знает, что именно вызвало большой взрыв, что было до него; эти вопросы остаются предметом умозрительных рассуждений, теория Большого взрыва ими не занимается. Теория Большого взрыва описывает события только с первой секунды Большого взрыва до наших дней и пытается предсказать, что будет дальше.

Инфляция физического вакуума


Вблизи сингулярности решения релятивистских уравнений неприменимы, там должны проявляться квантовые свойства гравитации. Важной вехой на пути разработки квантовой теории тяготения является создание инфляционной космологии. Эта теория объясняет условия и причины Большого взрыва. В ее основе – представление о существовании силы космического отталкивания невероятной величины, которая могла разорвать начальное состояние материи и вызвать ее расширение. Начальным состоянием Вселенной является физический вакуум.

Вселенная возникла из физического вакуума за счет фазового перехода первого рода. Физический вакуум – это низшее энергетическое состояние квантовых полей, для которого характерно отсутствие каких-либо реальных частиц. Он обладает нулевым значением плотности энергии и давления, поэтому в нем происходят виртуальные процессы (порождение и аннигиляция частиц). Вакуумное состояние может быть разнообразным, существует непрерывный спектр вакуумных состояний. Вакуум описывается скалярными полями, для которых характерны квантовые флуктуации. Флуктуации - случайные отклонения физических величин от их средних значений; происходят у любых величин, зависящих от случайных факторов. В статистической физике флуктуации вызываются тепловым движением частиц системы. Флуктуации характерны для любых случайных процессов. Физический вакуум – форма материи, характеризующаяся активностью возникновения и уничтожения виртуальных частиц и способностью находиться в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями и давлениями. Возбужденное состояние физического вакуума называют «ложным вакуумом», который способен создать гигантскую силу космического отталкивания. Эта сила и вызвала раздувание «пузырей пространства» с запасами энергии. Данная фаза раздувания названа инфляцией. Но фаза инфляции не может быть длительной. Отрицательный вакуум не устойчив и стремится к распаду. Когда распад завершился, отталкивание исчезло. Вселенная перешла во власть гравитационного притяжения. Благодаря полученному первоначальному импульсу, приобретенному в процессе инфляции, Вселенная продолжала расширяться, но скорость расширения замедлилась. В фазе инфляции Вселенная была пустой и холодной. По окончании фазы инфляции огромные запасы энергии, сосредоточенные в физическом вакууме высвободились в виде излучения, которое мгновенно нагрело Вселенную до температуры 1027 К и энергии 1014 ГэВ. А это и есть Большой взрыв.


Теория Большого взрыва

Основные модели горячей Вселенной были заложены в трудах Американского физика Д. Гамова Согласно теории Большого взрыва, в прошлом Вселенная была более плотной и горячей и очень нерегулярной. Во время Большого взрыва выделилось огромное количество теплоты. Около 20 млрд. лет назад началось космологическое расширение. Нерегулярность и анизотропия постепенно исчезали. В течение считанных минут после Большого взрыва протекали некоторые ядерные реакции. По существу весь гелий и водород во Вселенной синтезировались в то время. На протяжении около миллиона лет температура превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов. Космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированного водорода и гелия. По мере расширения Вселенная охлаждалась, примерно также, расширяясь, охлаждается горячий воздух. Через 1 миллион лет после Большого взрыва температура Вселенной понизилась до температуры плотности Солнца, тогда и возникли первые атомы. Согласно одному сценарию эволюции Вселенной, по мере того, как вещество во Вселенной остывало, оно конденсировалось в галактики. Галактики фрагментировали на звезды и собирались вместе, образуя большие скопления, охватывающие огромные области пространства. В процессе рождения и умирания первых поколений звезд постепенно синтезировались тяжелые элементы, такие, как углерод, кремний и железо. Когда звезды превращались в красные гиганты, они выбрасывали наружу вещество, которое конденсировалось в пылевых структурах. Из газово-пылевых облаков образовывались новые звезды. Сталкиваясь, частицы пыли сливались одна с другой, собирались в более крупные тела, которые увеличивались в размере под действием своего собственного притяжения. Так возникло многообразие космических тел – от крошечных астероидов до гигантских планет, составляющих нашу Солнечную систему.

Теория Большого взрыва показывает нам эволюцию Вселенной в целом, от первых микросекунд ее возникновения до образования Земли и развития жизни.


следующая страница >>