Происхождение вселенной. Концепция большого взрыва

Вселенная представляла собой одну гигантскую «ядерную каплю». По каким-то причинам эта «капля» пришла в неустойчивое состояние и взорвалась. Последствия этого взрыва мы наблюдаем сейчас как системы галактик. Модель горячей взрывающейся Вселенной была разработана учеником Фридмана Дж. Гамовым в конце 40-х годов, положив начало так называемой теории «Большого взрыва», но широкое распространение эта теория получила лишь в середине 1960-х годов. Вселенная, согласно теории «Большого взрыва» ограничена в пространстве и времени, по крайней мере, со стороны прошлого. Такая, сложная для понимания, картина следовала из формул Фридмана. Вскоре, однако, американский астроном Э. Хаббл подтвердил факт расширяющегося вокруг нас пространства, измерив скорость этого явления. Благодаря этому стало возможным измерить время существования Вселенной – примерно, 15-20 млрд. лет.

До самого взрыва не существовало ни вещества, ни времени, ни пространства. События в первую секунду протекали стремительно. Вначале образовались излучения (фотоны), затем частицы и вещества (кварки и антикварки). В течение той же секунды из них образовались протоны, антипротоны и нейтроны. При столкновении протона и антипротона, которые, как известно, отличаются друг от друга противоположными зарядами, происходит реакция аннигиляции, в ходе чего обе частицы исчезают, оставляя излучение (фотоны). Эти реакции стали довольно частыми, т. к. вещество «новорождённой» Вселенной было весьма плотным – частицы постоянно между собой сталкивались. Во Вселенной преобладало излучение.

К концу первой секунды, когда температура упала до 10 млрд. градусов, образовались и новые частицы, в том числе электрон и его античастица – позитрон. К этому же времени большая часть частиц уже аннигилировала. Так получилось, что число частиц было на ничтожную долю процента больше числа античастиц (этот факт до сих пор не объяснён), вследствие чего наша вселенная состоит из вещества, а не из антивещества.

К третьей минуте из четверти всех протонов и нейтронов образовались ядра гелия. Через несколько сотен лет постоянно расширяющаяся Вселенная остыла настолько, что протоны и ядра гелия смогли удерживать возле себя электроны. Так образовались атомы гелия и водорода. Излучение, не сдерживаемое более свободными электронами, смогло теперь распространиться на огромные расстояния. В значительно «остывшей» (за 15 млрд. лет) Вселенной, в наше время мы можем слышать «отголоски» того излучения – оно является микроволновым, и, равномерно приходящее со всех сторон, соответствует излучению тела, нагретого всего до 3 К. Его принято называть реликтовым излучением. Его обнаружение и существование подтверждают теорию «Большого взрыва».

При расширении во Вселенной стали образовываться области скопления вещества, а также и области, где его почти не было. под воздействием гравитации эти уплотнения росли и на их месте стали образовываться галактики, скопления и сверхскопления галактик.В конце XX в. данная теория стала практически общепринятой в космологии.

Гамов.Основная идея концепции «БВ» состоит в том, что на ранних стадиях возник. ВС имела неустойчивое, вакуумноподобное состояние. Плотность энергии была очень большой, возникла Е из квантового излучения. Пока вакуум находится в равновесном состоянии, в нем существ. виртуальные частицы, кот берут из вакуума Е, через короткое время возвращают энергию и исчезают. Когда вакуум находится в точке сингулярности, он может выйти из состояния равновесия. Виртуальные частицы захватывают Е, не возвращают ее и превращают в реальную. Таких частиц может быть много. Возбужденный вакуум разрушается. Освобождается огромное количество энергии. Эта модель назыв. инфляционной. В первые моменты после взрыва Т вселенной была очень высокой. В ней могли существовать только самые легкие элементарные частицы (фотоны, нейтрино). Быстрое расширение горячего газа приводит к его охлаждению. На первых порах температура достигала 1013 К. И стало возможно образование протонов и электронов. Они были в виде горячей плазмы. Они сильно взаимод. друг с др. и с излучением. На ранней стадии (1 млн лет) во вселенной преобладали электомагнитные и ядерные взаимод. После завершения первой стадии Т падает до 3000 К. Возникают нейтральные атомы водорода. С этого момента взаимодействия излучения с веществом прекращаются и основная доминирующая роль достается гравитации. Излучение, остывая в процессе расширения вселенной, формирует реликтовый фон. Вс. продолжает расширяться, ее температура понижается, возникают гравитационные неустойчивости. За счет этих флуктуаций появляются зоны уплотнения, которые притягивают газ из соседних областей. Т.О. увелич. собств. Гравит. поле. Это способ. возник. упорядоченной межгалактической структуры. Фрагментация этой структуры дает начало будущим галактикам и звездам.