logo
КСЕ / 1 часть ксе / КСЕ

§15 «Эволюция Вселенной. Мега мир»

Астрологические наблюдения до XX века говорили о том, что Вселенная стационарна. После появления теории относительности возник вопрос о происхождении Вселенной.

Фридман (1923 г.) поставил вопрос о расширении Вселенной на основе теории относительности.

Хаббл (1929 г.) обнаружил «красное смещение», которое доказало возможность расширения Вселенной. Следовательно, все галактики (звёздные системы, состоящие из большого количества звёзд и туманностей) разбегаются друг от друга.

«Млечный путь» - 40 000 Пс [парсек].

Парсек – это расстояние, с которого радиус земной орбиты виден за одну секунду.

1 Пс = 3 1016 м

Метагалактика – это доступная наблюдениям часть Вселенной.

Плотность распределения галактик: 3 13 млн Пс.

Распределение галактик происходит по сотам, а внутри них – воиды (от англ. void) – пустоты.

Распределение галактик по Вселенной является равномерным, не смотря на ячеистую структуру. Скопление галактик имеет сферическую форму. В одном скоплении могут быть сотни и тысячи галактик.

○ В скоплении Девы 3000 галактик.

По закону Хаббла: V = H r

V – скорость разбегания

H [постоянная Хаббла] = 50 100 км/с 1 мегаПс

r – расстояние

Чем больше расстояние, тем больше скорость разбегания.

Отношение r/V позволило определить возраст Вселенной ( 13,7 млрд. лет).

Г. Гамов превратил теорию Фридмана в физическую, предложил теорию «горячей Вселенной» (теория большого взрыва), которая объясняет возникновение Вселенной (10-35 с).

Теория инфляции хорошо сочетается с теорией большого взрыва (теория раздувания), т.е. процессы возникновения Вселенной связано с процессами в вакууме. Это объясняет те процессы, которые имели место до 10-43 с.

Вакуум – это абсолютная пустота или такое состояние квантовых полей, где непрерывно появляются и исчезают ненаблюдаемые частицы (т.н. виртуальные частицы), жизнь которых не продолжительна.

Количество реальных частиц равно нулю, но под действием сильных полей виртуальные частицы могут превратиться в реальные.

До 10-43 с вакуум находился в ложном состоянии, т.к. энергия не была равна нулю, и если это состояние не стабильно, то возможен переход в обычный вакуум.

1 – ложный вакуум

2 – истинный вакуум

–туннельный переход (эффект проникновения частицы через потенциальный барьер)

ложный вакуум, где возникают туннельные переходы и пузыри истинного вакуума. Из одного такого пузыря возникла наша Вселенная, из других пузырей, возможно, остальные Вселенные. Но эти Вселенные мы наблюдать не можем, т.к. они не связаны с нашей Вселенной причинно-следственными связями.

Объединение модели инфляции и модели большого взрыва – это стандартная космологическая модель. Т.к. в момент перехода из ложного вакуума в обычный выделяется энергия, то температура повышается до 1032 К. До момента инфляции существовал один акт взаимодействия - суперсила. В момент 10-43 с от суперсилы отделяется первое известное нам взаимодействие – гравитация. Три оставшихся взаимодействия назвали Великим объединением.

10-35 с – конец инфляции. Температура понижается, расширение замедляется и начинает работать теория большого взрыва. От 10-43 с до 10-35 с – материя из плазмы, состоящей из частиц (больше, чем античастиц на 10-7%) и античастиц.

В момент 10-35 с отделяется ядерное взаимодействие, а через 10-10 с отделяется электромагнитное взаимодействие.

Сингуляция – состояние точки с огромной плотностью и кривизной пространства.

10-35 с - 10-4 с – эра адронов, температура падает до 1012 K, возникают адроны, нуклоны и лептоны.

10-4 с - 10 с – эра лептонов, температура падает до 1010 K, начинаются реакции между протонами и нейтронами.

10 с - 106 лет – эра фотонов, температура понижается до 4000 K, образуются ядра водорода и гелия, происходит разделение материи на вещество и излучение. Излучение быстро перемещается по пространству и остывает до 3 K (это реликтовое излучение, оно характеризует однородность нашей Вселенной).

От 106 лет до наших дней – эра звёзд. Вещество стало группироваться в газовые фрагменты (сгущения), они разделились на ряд фрагментов (галактик). Дробление галактик привело к образованию протозвёзд, из которых возникли звёзды.

Первоначально однородная Вселенная за счёт самоорганизации превратилась в галактики. Современная теория не даёт ответа на дальнейшую эволюцию нашей Вселенной:

1) модель открытой Вселенной - бесконечное расширение Вселенной

2) модель закрытой (пульсирующей) Вселенной – расширение сменится сжатием и возвращением в сингулярное состояние, а затем опять наступит цикл расширения

Критическая плотность – это плотность, при которой звёзды и галактики не способны оторваться друг от друга.

Если pреальное > pкритическое, то наступит вечное сжатие, а если pреальное < pкритическое, то вечное расширение.

pкритическое = 10-26 кг/м3

pреальное = 10-28 кг/м3