КСЕ УЧЕБНИК

Этапы

Время

Кос-

Тем-

Основные идеи и явле-

Обоснования

от сего-

миче-

пера-

дняшне-

Название

ния

ское

тура

го мо-

время

(К)

мента



Син-

Невозможность

избе-

Расширение

гулярное

со-

жать сингулярности, т.е.

Вселенной,

от-

стояние

Все-

«точечного» объема с

крытое

Э.

ленной в пу-

бесконечно

большой

Хабблом на ос-

зырьковой

плотностью, в космоло-

нове

обнару-

модели

и

в

гических моделях общей

женного

им

в

модельной

теории

относительности

1929 г. «красно-

теории струн

была

доказана

в

числе

го

смещения»

прочих теорем о сингу-

спектральных

лярности, Р. Пенроузом

линий

излуче-

и С. Хокингом в конце

ния от

удален-

1960-х годов.

ных галактик.



.Больш

0

В 1922 г., найдя неста-

Теория

«горя-

13,7

ой

взрыв

в

ционарные решения гра-

чей Вселенной»

0,13

«холодной»

витационного уравнения

в

сочетании с

млрд.

модели

А. Эйнштейна, А.А.

теорией

Боль-

лет

А.А.Фрид-

Фридман

предложил

шого

взрыва

мана и в «го-

геометрические

модели

была

подтвер-

рячей»

моде-

нестациолнарной

все-

ждена

экспери-

ли Г.А. Га-

ленной, в рамках кото-

ментально

об-

мова

рых

возникло

предпо-

наруженным

в

ложение

о начальном

1965 г. А. Пен-

взрывном

процессе. В

зиасом

и

Р.

1948 г. Г.А. Гамов доба-

Вильсоном

ре-

вил к «холодному»

ликтового, т.е.

взрыву

очень

плотной

рассеянного

материи

представление,

космического

что «первичное вещест-

электромагнит-

во» мира было не только

ного

излучения

очень плотным, но и

с

температурой

очень горячим.

близкой к пред-

сказанной Г.А.

Гамовым, 2,7К.



Эпоха

10-43 с

1032 К

Наиболее

ранним

мо-

Постоянство че-

Планка в мо-

ментом,

допускающим

тырех

фунда-

дели

гипо-

описание, считается мо-

ментальных

мира,

т.е.

мент Планковской эпохи

констант: G,

c,

частиц

(пу-

с плотностью

около

, kБ,

На основе

зырьков) –

1096кг/м3. При большей

соответствую-

планкеонов

плотности

возникают

щих

фундамен-

со

следую-

огромные

флуктуации,

тальных

физи-

щими харак-

не позволяющие описать

ческих констант

теристиками:

как сингулярность, так и

зачастую

зада-

rï ë

10 35 м,

то, что было до нее.

ется

и

физиче-

tпл

10 43 с,

ское

обоснова-

1096 кг/м3.

ние

сильного

антропного

принципа.

Воз-

можно

в

эту

эпоху

сущест-

вовало

единое,

целостное

фун-

даментальное

взаимодействие.



Эпоха

От

От

Возникает расширение

В

это

время

экспоненци-

10-43

1032

Вселенной в 10

1012

гравитационное

ального рас-

до

до

раз.

взаимодействие

Используется новая тео-

ширения

10-35 с

1028

отделилось от

рия инфляционной кос-

Вселенной с

К

остальных

фун-

мологии, в которой, в

ускорением.

даментальных

частности, плотность

Эпоха Боль-

взаимодейст-

темной материи играет

шой Косми-

вий, и одно из

роль космологического

ческой ин-

члена в гравитационном

объяснений

фляции

уравнении А. Эйнштей-

экспоненциаль-

на.

ного

расшире-

ния

Вселенной

– включение ан-

тигравитации

темной энергии.

Подтверждена

измерением

анизатропии ре-

ликтового излу-

чения.



Эпоха

Рождение и аннигиляция

Кварко-

бариогенеза

От

От

кварк-антикварковых

глюонная плаз-

и адронов

10

-35

10

28

~

-9

ма фиксируется

пар:

nq nq

10

.

до

до

как вакуумная

n

q

n

~

10-5 с

1014

q

подсистема с

Считается, что различие

К

между материей и анти-

характерными

материей во взаимодей-

размерами 10-15

ствии частиц наблюда-

м уже в экспе-

лось только для кварков

риментах на

и антикварков.

БАКе при энер-

Затем произошел сле-

гиях порядка 7

дующий фазовый пере-

ТэВ, т.е. при

ход, называемый барио-

температурах

генезом, т.е. объедине-

порядка 1017 К.

ние кварков и глюонов в

На БАКе также

барионы, такие как про-

обнаруженбо-

тоны и нейтроны. Рож-

зон Хиггса, но с

дались и другие адроны

несколько ис-

– гипероны и мезоны. И

каженными по

все-таки в механизме

отношению к

возникновения асиммет-

теории пара-

рии вещества и антиве-

метрами. Появ-

щества еще достаточно

ление «лишних»

много парадоксов и за-

нуклонов, от-

гадок.

ветственных за

асимметрию

между материей

и антиматерией,

связывают так-

же с асиммет-

рией распада

бозона Хиггса и

соответствую-

щего ему анти-

бозона. Ученые

надеются, что,

включив всю

энергию БАКа

(14 ТэВ), удаст-

ся исследовать

подсистему с

характерными

размерами 10-18

м, т.е. более

обоснованно

эксперимен-

тально исследо-

вать бозон

Хиггса, а воз-

можно, и тем-

ную материю.



Эпоха

От

От

Аннигиляция

лептонно-

Эксперимен-

лептонов

10-6

1014

антилептонных пар; как

тально под-

до 1с

до

в кипящем котле во все-

тверждено от-

1011

ленной непрерывно ро-

крытием в 1967

К

ждались и исчезали ад-

г. нейтральных

роны, лептоны и кванты

токов на син-

фундаментальных взаи-

хротронном ус-

модействий.

Появление

корителе в Цер-

реликтовых

нейтрино.

не и созданием

Происходило

взаимо-

С. Вайнбергом,

превращение элементар-

Ш. Глэшоу и А.

ных частиц.

Саламом теории

электрослабого

взаимодействия.

Взаимопревра-

щение частиц

наблюдалось

прежде всего

при

и

распадах.



Эпоха

От 1 с

От

Возникают термоядерные реакции с уча-

термоядер-

до 3

1011

стием протонов p и нейтронов n:

ных реакций

мин

до

p n 12H ;

12 H p 23He;

23He n 24He.

109 К

Возникают примеси легких элементов, ко-

торые измерены путем наблюдения релик-

тового излучения. Становление первона-

чального химического состава вселенной:

ядер водорода – 70%, ядер гелия

( частиц ) – 30% + плазма.



Эпоха

3 105

3 103

Возникновение газа в основном атомарного

перехода

лет

К

водорода из электронно-протонной плаз-

плазма-газ и

(300

мы, а также за счет рекомбинации электро-

становления

тыс

нов и ядер. Начинает доминировать веще-

прозрачной

лет)

ство, состоящее из нейтральных атомов –

Вселенной

водорода, дейтерия и гелия с небольшой

примесью молекул водорода; отделение

излучения от вещества.



Этап

От 1

Создание

неустойчивой

Критический

От

12,7

формирова-

млрд

относительно

флуктуа-

размер

и масса

млрд

ния галактик,

лет

ций плотности за счет

объекта, для ко-

лет

до

в том числе и

до 4

гравитационного

взаи-

торого обе силы

9,7

нашей Га-

млрд

модействия в

неравно-

(гравитации

и

млрд.

лактики,

лет

весной смеси из ней-

давления) урав-

лет

включающий

тральных атомов и фо-

новешиваются,

в себя сле-

тонов.

Гравитационному

называются

дующие со-

коллапсу (полному сжа-

длиной

и

мас-

бытия:

тию) препятствует вра-

сой Джинса (по

а) начало об-

щение и внутреннее дав-

имени

ученого

разования

ление, причем до отде-

Дж. Х. Джинса

галактик;

ления излучения от ве-

(1877-1984)).

б) галактики

щества

силы

давления

Если исходный

начинают

излучения

превышали

размер

тела

образовывать

гравитационные.

превосходит

скопления;

По современным

пред-

длину

Джинса,

в) сжатие

ставлениям,

централь-

то, в конце кон-

нашей про-

ными объектами

струк-

цов должна на-

тогалактики

туры Вселенной являют-

блюдаться

его

г) образова-

ся галактики, масса ко-

фрагментация.

ние звезд.

торых

эквивалентна

в

Если

же

этот

среднем 100 млрд. масс

размер

меньше

Солнца. К числу таких

длины

Джинса,

объектов

относится

и

то объект

дол-

наша Галактика – Млеч-

жен

коллапси-

ный путь. По своим

ровать

как

це-

свойствам

и форме

лое.

Образова-

большинство

галактик

ние

иерархиче-

можно разделить на два

ской

структуры

типа: спиральные и эл-

Вселенной –

га-

липтические.

лактик, их ско-

плений с одной

стороны,

и

звезд,

шаровых

скоплений,

пла-

нет и т.п., с дру-

гой

–

обуслов-

лено

флуктуа-

циями

плотно-

сти остывающе-

го однородного

шара,

имеющи-

ми

различную

природу.



Этап

9,1

2,7К

Формирование галактик сопровождалось

4,6 млрд

образования

млрд

возникновением и эволюцией звезд, среди

лет

Солнечной

лет

которых наше Солнце – относительно мо-

системы

лодая звезда как по возрасту, так и по вре-

мени рождения. При этом «старые» звезды

сыграли огромную роль в происхождении

химических элементов за счет термоядер-

ных реакций, взрывов красных гигантов и

«сверхновых» звезд.

Представляет очевидный интерес предсказание эволюции нашей

Вселенной, Галактики – Млечный путь, Солнца и Земли в будущем.

Что касается Вселенной, то очень часто такие оценки делают на ос-

новании закона Хаббла: H L,

где H

- постоянная Хаббла,

L - расстоя-

ние между галактиками, - скорость «разбегания» галактик.

Вычислим энергию некоторой галактики,

имеющей массу m,

кото-

рая находится на расстоянии L

от «наблюдателя» (см. рис. 7.1). Энергия

этой галактики складывается из кинетической энергии Wk

m 2

mH 2L2

и

GMm

2

2

потенциальной энергии

Wп

,

которая связана с гравитационным

L

взаимодействием галактики m с веществом

массы M , находящимся внутри шара радиу-

u

са L . Выразим массу M через плотность ,

M

4 L3

и, учитывая закон Хаббла, запи-

3

M

шем выражение для энергии галактики:

8G

L

W Wk Wn Wk (1

)

3H 2

(1)

Наблюдатель

Из этого выражения найдем k , т.е.

такое

значение

плотности

при котором

W 0,

т.е. вселенная не расширяется, как

Рис. 7.1

при W 0, и не сжимается,

как при W 0.

Подставив в выражение (1) известные зна-

чения H 15(км/с)/106

световых лет и G 6,67 10 11 м2/кг с2, получаем зна-

чение критической плотности k 10 32 кг/м3.

Самое удивительное, что с

учетом плотностей видимой материи

10-34кг/м3, а также плотностей тем-

ной материи и темной энергии, мы получаем значение

10 34

10 32 кг/м3,

100

Этапы (эоны, эры, периоды, эпохи)

Косм

Время от

Характерные процессы

Название

сегодняш-

. вре-

него мо-

мя

мента



Образование

9,1

4,6

млрд.

Образование Земли и всех планет из скон-

планет. Протопла-

млрд.

лет

денсировавшейся космической пыли. Скорей

нетный этап разви-

лет

всего, частицы пыли состояли из железа с

тия Земли

примесью никеля, либо из силикатов, в со-

став которых входит кремний. Каждая час-

тица была окружена льдом. Кроме пыли вез-

де присутствовал газ. Газы могли конденси-

роваться, образуя различные летучие соеди-

нения, в которых присутствует основный

элемент живых организмов - углерод.

Атмосфера Земли, возможно, как и других

планет содержала метан, аммиак, водяной

пар и водород. Происходило затвердевание

планет и интенсивное образование кратеров

на планетах.



Криптозой-

9,7

4

млрд.

Первое великое горообразование. Значитель-

ский эон Архео-

млрд.

лет

ная вулканическая деятельность, способст-

зойская эра

лет

вующая физико-химическим эволюционным

процессам. Образование самых старых зем-

ных пород. Зарождение микроорганизмов.



Протерозой-

11,2

2,5

млрд.

Второе великое горообразование. Интен-

ская эра

млрд.

лет

сивный процесс осадкообразования. Позд-

лет

няя

вулканическая деятельность. Эрозия

на обширных площадях. Многократные

оледенения. Возникновение атмосферы, бо-

гатой кислородом. Появляются примитив-

ные водоросли, грибы. Считается, что появ-

ляются различные морские простейшие.



Фанерозой-

13,16

542,0±1,0

Герцинское газообразование. Наблюдаются

ский эон

млрд.

млн. лет

сложные геологические процессы с подня-

Палезойская эра.

лет

тием,

а иногда с погружением суши и с

изменением размеров и глубины внутрикон-

тинентальных морей, а также климата. На-

блюдаются более редкие, чем при протеро-

зое, оледенения. Зарождение макроскопиче-

ских форм жизни. Самые ранние окамене-

лости. Первые растения на суше. Рыбы.

Папоротники. Первые земноводные. В кон-

це эры развиваются звероподобные пресмы-

кающиеся и земноводные.



Мезозойская

13,45

251,0±0,4

Альпийское горообразование. Мощное

эра

млрд.

млн. лет

горообразование: Анды, Альпы, Гималаи,

лет

Скалистые горы. Вымирание папоротников.

Образование хвойных, а затем дубовых и

кленовых лесов. Динозавры появляются,

достигают наивысшего расцвета и вымира-

ют. Зубчатые птицы вымирают. Появляются

первые современные птицы.



Кайнозой-

13,63

65,5±0,3

Продолжаются сложные геологические

ская эра

млрд.

млн. лет

процессы, в том числе дрейф материков,

лет

повторные оледенения, горообразование и

вулканическая деятельность (в основном на

американском континенте). Растительность

проходит через сложные эволюционные

процессы от максимального распростране-

ния лесов до упадка древесных форм и

расцвета травянистых. Этап мощной эволю-

ции живого мира от начала развития ан-

тропоидов (предшественников большинства

ныне живущих родов млекопитающих ) до

эпохи человека



Четвертич-

13,61

11,7 тыс

В эпоху Плейстоцена происходит общее по-

ный(антропогенны

млрд.

лет

холодание климата Земли, периодическое

й) период

лет

возникновение в средних широтах матери-

ковых оледенений.

В эпоху Голоцена возникает конец послед-

него ледникового периода. Климат теплый.

Упадок древесных форм, расцвет травяни-

стых. Современная геологическая эпоха, на-

чало которой совпадает с окончанием по-

следнего материкового оледенения Северной

Европы. Эпоха человека.