Модели происхождения Вселенной.
1. Ученик А.А. Фридмана Георг Гамов (эмигрировал в 1934г. из СССР в США) в 1948 г. разработал модель горячей Вселенной под названием «Космология Большого взрыва». Радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10-12 см (близок к радиусу электрона), а плотность 1096 г/см3. В сингулярном состоянии Вселенная представляла собой микрообъект ничтожно малых размеров. В результате большого взрыва Вселенная перешла из этого состояния к расширению 13-15 млрд. лет назад.
Эволюцию Вселенной делят на эры:
Эра адронов – тяжелых частиц, вступающих в сильные взаимодействия, время существования эры 0,0001 с., температура 1012 градусов по К0, плотность 1014 г/см3.
Эра лептонов – легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие. Эра образовалась в результате аннигиляции адронов и античастиц. Время существования эры 10 с., температура 1010 К0, плотность 104 г/см3.
Фотонная эра. Энергия во Вселенной заключена в основном в фотонах. Продолжительность 1 млн. лет. В конце эры снижается температура с 1010 до 3000 К0, плотность с 104 г/см3 до 10-21 г/см3.
Звездная эра. Начинается процесс образования протозвезд и протогалактик, так как излучение отделилось от вещества. Это излучение фотонов дошло до нас в виде реликтового фона, предсказанное Гамовым и обнаруженное в 1965 г., что подтверждает гипотезу большого взрыва и что Вселенная не имеет центра, так как реликтовое излучение приходит на Землю со всех сторон.
Происхождение скоплений галактик не удавалось объяснить при помощи предыдущих моделей, а только происхождение отдельных звезд и планетных систем. Это нужно объяснять не процессами, случившимися после взрыва, а процессами изначальной природы – подобная мысль привела к созданию Гутом (американец) новой модели.
2. Раздувающаяся, инфляционная модель Вселенной Алана Гута (инфляция – вздутие). Различие в эволюции Вселенной в инфляционной модели и теории Большого взрыва касается только первоначального этапа порядка 10-30 с., далее принципиальных расхождений нет.
Суть модели – в квантовом вакууме в условиях очень высокой энергии частицы создают сильное натяжение. Давление внутри вакуума не положительно, а отрицательно (направлено внутрь), это приводит к тому, что гравитационные силы становятся силами отталкивания по теории Эйнштейна. В результате под действием гигантских сил отталкивания квантовый вакуум вздувается за 10-30 с. в 1030 раз. Раздувание (расширение) происходит молниеносно, вакуум охлаждается и гигантская освободившаяся энергия излучается, ее температура 1028 К0. При такой температуре привычные нам частицы (кварки, лептоны) не существуют, а возникают после охлаждения вакуума. Для вакуума с отрицательным давлением характерны квантовые флуктуации – это и есть начальные состояния будущих галактик и их скоплений.
Итак, Большой взрыв есть длящееся невообразимо короткое мгновение расширение высокоэнергетического квантового вакуума (по поводу которого до сих пор ведутся споры).
Для ученых возникает трудность в объяснении причин космической эволюции. Для объяснения эволюции Вселенной выделяются две основные концепции: а) концепция самоорганизации – материальная Вселенная это единственная реальность, другой не существует. Идет самопроизвольное упорядочивание систем в направлении все большего усложнения их структур. Динамический хаос порождает порядок.
б) концепция креационизма, т.е. образование Вселенной и ее эволюция связаны с реализацией программы (программы высшего порядка, чем материальный мир), определяющей законы развития от простых систем к более сложным, в ходе которого созданы условия для возникновения жизни и человека.