122. Большой Взрыв

По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,73 ± 0,12 млрд. лет назад из некоторого начального «сингулярного» горячего состояния с температурой более 10³² K (планковская температура) и плотностью более 10⁹⁴ г/см³ (планковская плотность), и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается. Ранняя Вселенная (Планковская эпоха) представляла собой в высокой степени однородную и изотропную среду с необычайно высокой плотностью энергии, температурой и давлением. В результате расширения и охлаждения во Вселенной произошли фазовые переходы, аналогичные конденсации жидкости из газа, но применительно к элементарным частицам. Начало расширения Вселенной условно называют Большим взрывом. В течение 10⁻⁴³ – 10^–35 с после Большого взрыва (эпоха Великого объединения) происходит отделение гравитационного взаимодействия от остальных фундаментальных взаимодействий.

123. Космическая инфляция

В период времени 10⁻³⁵ с – 10⁻³¹ с происходит экспоненциальное расширение Вселенной (Космическая инфляция). Расчёты позволяют утверждать, что при температуре 10³² K и плотности 10⁹⁴ г/см³ в веществе возникает отрицательное давление, и в подобных условия гравитация неизбежно должна была приводить не к притяжению, а к взаимному отталкиванию частиц. Этап космической инфляции необходим для объяснения ряда наблюдательных фактов. Так, в начале этой эпохи в наблюдаемую сейчас часть Вселенной входило примерно 10⁹⁰ причинно-несвязанных областей. Тогда для объяснения наблюдаемой однородности и изотропности Вселенной при отсутствии эпохи инфляции необходимо допустить одинаковость физических условий в гигантском числе причинно-несвязанных областей пространства. Если же допустить существование эпохи инфляции, то вся наблюдаемая сейчас Вселенная «выросла» только из одной причинно-связанной области.

124. Электрослабая эпоха и эпоха кварков

Электрослабая эпоха (10–31 – 10–12 с). Вещество Вселенной представляет собой кварк-глюонную плазму («кварковый суп»).

Эпоха кварков (10–12 – 10–6 с). Все четыре вида взаимодействий (сильное, слабое, электромагнитное и гравитационное) отделены. Кварки ещё не объединяются в адроны.

125. Эпоха адронов и зарядовая асимметрия

Эпоха адронов (10^–6 – 1 с). Кварки объединяются в адроны, в том числе в барионы – протоны и нейтроны. Аннигиляция барионов и антибарионов. Адронная эпоха завершается при температуре 3·10¹² К и плотности 10¹⁶ г/см³.

Зарядовая (барионная) асимметрия

После завершения стадии инфляции начинается процесс «рождения» элементарных частиц и их непрерывного взаимопревращения. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как частиц материи, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение. Без едва заметной зарядовой асимметрии (отличия количества частиц и античастиц) Вселенная вообще оказалась бы лишённой вещества. Из наблюдений реликтового фона следует, что во Вселенной на один нуклон приходится ~ 10⁹ фотонов. Если считать, что большая часть фотонов возникла в процессах аннигиляции, то первоначальный избыток частиц над античастицами составлял примерно одну миллиардную долю. Вероятно, зарядовая асимметрия возникла в результате спонтанного нарушения CP-инвариантности или CP-симметрии (Charge-Parity symmetry).