фундаментальной науки (ранее к ней относились как к достаточно абстрактной и умозрительной: «повсюду считалось, что изучение ранней Вселенной это не та задача, которой должен посвящать свое время уважающий себя ученый» [23]) и изменило отношение к трудам А. А. Фридмана и Г. А. Гамова. Таким образом, были получены некоторые экспериментальные доказательства справедливости теории БВ. И. М. Дмитриевский связывает поток реликтового излучения с ходом времени, или потоком времени, по Н. А. Козыреву, который, согласно его гипотезе, является источником звездной энергии.

6.2.3. Расширяется или сжимается Вселенная?

Если считать, что эксперименты подтверждают нынешнее расширение Вселенной, то будет ли она продолжать расширяться и дальше? ОТО предполагает следующий ответ на этот воп-

131

рос. Считается, что существует некая критическая масса Вселенной. Если действительная масса Вселенной меньше критической, гравитационного притяжения вещества во Вселенной будет недостаточно, чтобы остановить это расширение, и оно будет идти и дальше. Если же действительная реальная масса больше критической, то гравитационное притяжение в конце концов замедлит расширение, приостановит его и затем приведет к сжатию. В этом случае Вселенную ожидает коллапс, в результате которого вновь образуется сгусток, возникнут условия для нового Большого Взрыва и последующего потом расширения. Следовательно, Вселенная может пульсировать между состояниями максимального расширения и коллапса. Это и есть модель пульсирующей Вселенной.

Что дают эксперименты? Они, конечно, очень не простые, скорее оценочные, т.к. кроме определения массы Вселенной в виде вещества и энергии, в звездах, галактической пыли и газе, необходимо учитывать вещество и в межгалактическом пространстве. Прямые эксперименты затруднены тем, что межгалактический водород почти полностью ионизован излучением галактик и квазизвездных объектов (квазаров). Поэтому для регистрации ионизированного водорода необходимы рентгеновские методы измерения и вне пределов атмосферы Земли, чтобы избежать поглощения. Как показывают измерения с помощью ракет и спутников, а также предварительные расчеты, полная масса Вселенной с учетом межгалактического вещества значительно превышает критическую. Это означает, что модель пульсирующей Вселенной как будто подтверждается. Получается, что мы живем в такой Вселенной, которая взрывается, расширяется и снова сжимается примерно каждые 80 миллиардов лет.

Рассмотрим предполагаемый сценарий поведения горячей Вселенной, расширяющейся после своих родов во время Большого Взрыва. Известный наш теоретик, занимавшийся в том числе и астрофизикой, Я. Б. Зельдович (1914—1987) заметил, что теория БВ в настоящий момент не имеет сколько-нибудь заметных недостатков. По его мнению, она столь же надежно установлена и верна, сколь верно то, что Земля вращается вокруг Солнца. Обе теории занимали центральное место в картине мироздания своего времени и обе они имели много противников, утверждавших, что новые идеи, изложенные в них, абсурдны и противоречат здравому смыслу. Однако вспомним определение Эйнштейном здравого смысла!

132

Успех модели расширяющейся Вселенной связан не только с экспериментальными подтверждениями, о которых мы говорили ранее, но и с тем, что, как оказалось, физикой микромира, в том числе с помощью физики элементарных частиц, можно непротиворечиво объяснить поведение «ранней» Вселенной, после 0,01 с от БВ. Поэтому в этой главе рассмотрим далее кратко имеющиеся представления о физике элементарных частиц. Недавно возникла новая наука — космомикрофизика. В космомикрофизике объединяются не только космологические модели Большого Взрыва, расширяющейся и пульсирующей Вселенной, а также и физика фундаментальных частиц, но и понятия устойчивости—неустойчивости материи, ее симметрии—асимметрии, самоорганизации и эволюции. И модель горячей Вселенной представляет ее как котел кипящих элементарных частиц.

6.2.4. Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва

Рассмотрим один из многих возможных сценариев развития событий по модели БВ и

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

горячей Вселенной. Сразу после БВ Вселенная представляла собой сингулярность — область с очень высокой плотностью энергии из элементарных квантов электромагнитного излучения огромных энергий со взаимными превращениями. Приблизительно через 1 с Вселенная стала расширяться с уменьшением плотности и температуры. При предполагаемых громадных плотностях (~1025 г/см3) и температурах (~1016К) вещество состояло только из элементарных частиц — протонов и нейтронов. Частицы движутся так быстро, что при столкновениях образуются парами новые частицы (частица—античастица). Чем выше температура Вселенной, тем более тяжелые частицы могут рождаться при столкновениях. В этом сценарии взаимосвязь между плотностью, абсолютной температурой и временем жизни Вселенной выражается формулами:

где ρ (г/см3) — среднее значение плотности материи во Вселенной в момент времени t (с) от начала расширения; Τ — в Кельвинах.

133

Предполагается, что качественный состав элементарных частиц, образовавших новую Вселенную, менялся при ее расширении. Когда Вселенной «исполнилось» 10-43 с, все фундаментальные взаимодействия в Природе были объединены и имели одинаковую интенсивность. Через 10-23 с возникли тяжелые фундаментальные частицы — кварки и антикварки. По мере уменьшения температуры и роста времени за счет аннигиляции число пар этих тяжелых частиц уменьшилось, затем они быстро исчезали. Далее еще через 10-2 с после БВ наступает время легких частиц (лептонов). Вселенная как бы «омолодилась» и практически состояла из лептонов и излучения (квантов). Затем от ~1 до 10 с Вселенная, продолжая расширяться, потеряла и эти частицы, которые при аннигиляции превратились в фотоны. Этим фотонам же не хватало энергии, чтобы образовать электрон-позитронную пару, поэтому излучение преобладало над веществом (эпоха излучения).

Через приблизительно 100 с после БВ температура Вселенной упала до 109 К, и скорости оставшихся протонов уменьшились настолько, что за счет ядерных сил притяжения они начали соединяться в ядра легких элементов, в основном гелия, затем лития и бериллия. По прошествии нескольких часов после БВ образование этих ядер закончилось. Этот период эволюции называется временем нуклеосинтеза. Далее в течение миллионов лет Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. При этом энергии фотонов были значительно больше сил связи электронов и ядер, и поэтому атомы не могли образоваться. Затем при уменьшении температуры до 104 К энергия электромагнитного притяжения ядра и электрона стала больше энергии фотонов, и тогда начали образовываться атомы. Фотоны перестали взаимодействовать с веществом, как говорят космологи,— Вселенная стала прозрачной. С момента БВ до наших дней реликтовое излучение заполняет нашу Вселенную. За это время температура упала с 104 К до 3 К в наше время. Это и есть реликтовое излучение (РИ), о котором мы уже говорили. Таким образом, РИ несет информацию о молодой Вселенной, когда ей исполнился «всего» 1 миллион лет.

Теперь в рамках модели расширяющейся Вселенной можно построить схему физической истории Вселенной (рис. 6.1).

В начальный период времени прозрачная Вселенная была однородным «бульоном» из элементарных частиц, ядер, атомов и

134

Рис. 6.1. Схема физической истории Вселенной.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.