Ранний этап эволюции Вселенной
Доступная астрономическим наблюдениям современная Вселенная состоит на 99% из водорода и гелия, но в первона-чальном плазмоподобном Плазма - ионизированный газ, в котором электростатическое взаимодействие между частицами столь велико, что самопроизвольное разделение зарядов может происходить лишь в областях пространства, очень малых по сравнению с размерами самого облака. сгустке, не было ни водорода, ни ге-лия. Теория Большого взрыва утверждает, что от появления протовещества до образования ядер водорода и гелия прошло немногим более трех секунд. На этом временном промежутке стремительно преобразовывались вакуум и вещество, а этапы преобразования определялись процессами расширения и осты-вания сгустка.
При температуре 1027 К, если только справедлива гипотеза Большого объединения, лептоны Лептоны - группа частиц не участвующих в сильном взаимодействии (например электроны, протоны). и кварки Кварк - составная элементарных частиц.Частица со спином ? и дробным электрическим зарядом, являющаяся составным элементом андронов.Все известные андроны состоят либо из пары кварк-антикварк (мезоны), либо из трех кварков (барионы). в сгустке свободно превращались друг в друга, то есть были неразличимы. В среде существовал единый вид взаимодействия и роль его частицы-посредника выполнял скалярный бозон, названный X-бозоном. Это была необычайно массивная частица, порядка
10-9 г, что в 1014 раза больше массы протона. Эти частицы ис-чезли после снижения температуры в ранней Вселенной, остат-ков их пока не найдено, ожидать, что такие частицы могут быть обнаружены, не приходится, так как подобных темпера-тур нет нигде в современной Вселенной.
Через 10-33 секунды после “начала” кварки и лептоны раз-делились, а сильное взаимодействие отделилось от электросла-бого. Единый Х-бозон распался на глюоны и безмассовый бозон - переносчик электрослабого взаимодействия. К момен-ту прекращения переходов кварков в лептоны число кварков несколько превышало число антикварков (вообще, современ-ное существование Вселенной связано с нарушениями симмет-рии), а число электронов - число позитронов. В общем сгустке число частиц в каждом миллиарде оказывалось на единицу больше числа античастиц. Это и определило дальнейшее появ-ление вещественной Вселенной с галактиками, звездами, пла-нетами и разумными существами на некоторых из них.
Следующая критическая точка - 10-10 с, когда температура снизилась до 1015 К. После этого безмассовый электрослабый бозон разделился на безмассовый фотон и три тяжелых век-торных бозона. Электрослабое взаимодействие разделилось на слабое и электромагнитное. Во Вселенной утвердились все че-тыре известные ныне науке фундаментальные взаимодействия.
При снижении температуры до 1015 К прекращается сво-бодное существование кварков, они сливаются в адроны.
Ранний период развития Вселенной завершается лептонно-фотонной эрой. Образуются барионы и антибарионы, которые аннигилируют, оставляя после себя фотоны и выделившуюся энергию. Но так как барионов немного больше, чем антибарионов, оставшиеся стали примесью в однородной смеси фо-тонов и лептонов. Такое состояние было достигнуто через 0,01 с после “начала”.
В течение первой секунды температура снизилась до 10 млрд. градусов. Этого оказалось достаточно для отделения от газовой смеси нейтрино и антинейтрино. К 14 секунде темпе-ратура упала до 3 млрд. градусов и при этом появились усло-вия для соединения и аннигиляции электронов и позитронов. При этом электронов опять-таки было немного больше, чем позитронов. Их избыток и суммарный отрицательный заряд точно компенсировал суммарный положительный заряд про-тонов, которые появились раньше. Также в протоны превра-щались свободные нейтроны, пока в конце концов отношение числа протонов к числу нейтронов не стало равно 8:1, оно со-хранилось в дальнейшем и определило соотношение водорода и гелия во Вселенной. Спустя 3 минуты 2 секунды после “начала” температура снизилась до миллиарда градусов. На этом завершилось формирование ранней Вселенной и начался процесс соединения протонов и нейтронов в составные ядра - нуклеосинтез. Плот-ность вещества в что время уже была в сто раз меньше плотно-сти воды, размеры Вселенной возросли почти до 40 световых лет (для расширения пространства скорость света не является предельной). Через полчаса после “начала” барионное вещест-во Вселенной состояло из 28% гелия, остальное - ядра водорода (протоны). Но барионное вещество - это ничтожная часть Все-ленной, ее основными компонентами были фотоны и нейтрино.
Затем почти 500 тысяч лет шло медленное остывание. Все-ленная, оставаясь однородной, становилась все более разре-женной. Когда она остыла примерно до 3 тысяч градусов, про-тоны (ядра водорода) и ядра атомов гелия уже могли захваты-вать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. Излучение отделилось от атомарного вещества и образовало то, что в нашу эпоху назвали реликтовым излучением. В своей структуре реликтовое излучение сохранило “память” о структуре барионного веще-ства в момент разделения. Сегодня его энергия снизилась до температуры всего 3 К. И оно излучает радиоволны в санти-метровом диапазоне. Эти радиоволны были открыты в 1964 г. и стали серьезным подтверждением концепции “горячей” Все-ленной. Они равномерно поступают из всех точек небосвода и не связаны с каким-нибудь отдельным радиоисточником.
В результате мы имеем однородную Вселенную, представ-ляющую собой смесь трех почти не взаимодействующих суб-станций: лептонов (нейтрино и антинейтрино), реликтового излучения (фотоны) и барионного вещества (атомы водорода, гелия и их изотопы). В сложившихся условиях, когда уже нет ни высоких температур, ни больших давлений, казалось, перспективой было бы дальнейшее расширение и остывание Все-ленной, завершающееся образованием “лептонной пустыни” - чем-то вроде тепловой смерти. Но этого не произошло, напро-тив, произошел скачок, создавший современную структурную Вселенную. По современным оценкам, переход от однородной Вселенной к структурной занял от 1 до 3 миллиардов лет.