Горячая Вселенная.

В 1965 года при отладке радиотелескопа было обнаружено фоновое радиоизлучение во всех направлениях. Исследования показали, что распределение энергии по длинам волн соответствует температуре 2,73ºΚ и максимум излучения соответственно на волне 1 мм. Объектов, излучающих на этой волне, теплового спектра в астрономии не обнаружено. Излучение было признано реликтовым, то есть оставшимся с тех пор, когда температура и плотность вещества во Вселенной были высоки, вещество было не прозрачно и излучение было связано с веществом. Затем вещество охладилось, перешло из ионизированного состояния в нейтральное, стало прозрачным и излучение оторвалось от вещества, и заполнило все пространства, со всех направлений. Расчеты показали, что вещество стало прозрачным при плотности ρ~10^-20 г/см³ в миллиард раз больше, чем сейчас, а значит размеры Вселенной более в 1000 раз меньше. Значит, и длинна волны были в 1000 раз меньше, это 1мкм, что соответствовало температуре 3000 – 4000ºΚ. Так появились наблюдательные данные для построения модели горячей Вселенной. Еще более ранние состояния вещества можно получить по реликтовым нейтрино, которое оторвалась от вещества при плотности 10⁷ г/см³, т. е. в 10²⁷ раз плотнее, чем для излучения. К сожалению реликтовых нейтрино, с энергией несколько десятитысячных долей электрон-вольт мы регистрировать не умеем и не так скоро научимся.

Экстраполируя назад нынешний закон расширения Вселенной прейдем к ее начальному моменту, который был свыше 10 млрд. лет назад. Тогда Вселенная была в сверхплотном и в сверх горячем состоянии и начале расширяться, с момента так называемого большого взрыва. До этого она была в сингулярном состоянии, закон физики для которого нам не известен. Этот период называется Планковской эрой.

Адронная эра

Время, сек. : 10^-43с – 10^-35с; Температура, ºΚ : 10³²; Плотность, г/см³: 10⁹⁴;

10^-35с; 10²⁸; 10⁷⁸;

10^-5с; 3*10¹²; 10¹⁶;

Это границы применимости релятивисткой теории тяготения. При плотности 10⁹⁴ г/см³ вся масса современной Вселенной размещалась в ядре размером 10^-10 мм.

Условие второго периода адронной эры могли допускать зарядовую ассиметрию. Во второй и третий период неограниченно, а недостижимой скоростью шла аннигиляция и материализация нуклонов и антинуклонов. Сначала самых тяжелых – гиперонов. Когда температура была более 10¹⁵ºΚ, а энергия квантов более 10⁵ МэВ. Затем начали образовываться более легкие частицы в том числе протоны и нейтроны, когда энергия квантов опустилась до 10³ МэВ. Тяжелые частицы продолжали аннигилировать и распадаться до полного исчезновения, а для рождения новых уже не хватало энергии квантов.

Лентонная эра: время температура плотность

10^-4с; 10¹²ºΚ; 10¹⁴г/см³;

10^-3с; 3*10¹¹ºΚ; 10¹²г/см³;

2*10^-1с; 2*10¹⁰ºΚ; 10⁷г/см³;

Первый период лептонной эры соответствует границе применимости экспериментально проверенных законов физики. В первый период формировались тяжелые мезоны, пока энергия квантов хватило для материализации этих частиц. Далее во втором и третьем этапах формировались в основном электроны и позитроны до падения энергии квантов до 1МэВ, что соответствует температуре порядка 10¹⁰ºΚ. Естественно продолжалась аннигиляция и распад более тяжелых и неустойчивых частиц. Он сопровождался излучением реликтовых мезонных нейтрино. В настоящее время температура этих нейтрино упала до 2ºΚ и мы не может пока регистрировать надежно даже более энергичные нейтрино. Освоив их регистрации, мы можем заглянуть в раннюю историю нашей Вселенной.

Эра излучения: время температура плотность

10с; 10¹⁰ºΚ; 10⁴г/см³;

100с; 10⁸ºΚ; 10²г/см³;

10⁵лет; 10⁴ºΚ; 10^-15г/см³;

Эра излучения характеризуется продолжением аннигиляции легких частиц. Энергия фотонов в единице объема пространства во много раз превосходит энергию массы покоя в веществе . На втором периоде начинается ядерный синтез, около 10% протонов, соединившись по 4 – е порождают альфа частицу или ядро гелия. Большая часть гелия появилась именно в этот период. Постепенно энергия фотонов падает пропорционально расширению объема Вселенной, а энергия покоя вещества остается неизменной. Вещество остывает, превращаясь в ионизированную плазму, как в недрах звезд, а затем в нейтральное вещество. Энергия вещества становиться больше фотонной, вещество становится прозрачным, и излучение отрывается от вещества, образуя реликтовый фон.

Эра вещества: время температура плотность

10⁶лет; 4*10³ºΚ; 10^-20 г/см³;

10⁹лет; 30ºΚ; 10^-26г/см³;

10⁹÷2*10¹⁰ лет; 2,7ºΚ; 10^-29 ÷ 10^-30г/см³;

Через миллион лет от Большого взрыва, вещество становиться прозрачным, излучение отрывается от него, исчезает антивещество. Исчезновение антивещества не совсем понятно. Либо в самом начале антивещество было как минимум на одну миллиардную долю меньше, либо его выдавило излучения. В первый миллиард лет начали формироваться галактики и звезды. Началась звездная эра, продолжающейся до настоящего времени.

Описанный сценарий развития Вселенной стал классическим, но имеет много неясных и противоречивых мест. Почему взорвалась Вселенная и есть ли соседние, или вложенные друг в друга, как сферы различного диаметра, Вселенные. Каковы свойства протогалактик. Космический телескоп Хаббла зарегистрировал самые далекие и слабые галактики до 29 - 30 звездной величины. Их оказалось до 1млн. на квадратный градус. Нужно исследовать их состав, строение и эволюцию.

Нужны космические телескопы диаметром более 10 м и радиотелескопы диаметром сотни метров. Пора устанавливать телескопы на Луне, где идеальные условия для наблюдений. Надо построить под Землей нейтринные станции и научиться регистрировать реликтовые нейтрино. Нужны мощнейшие ускорители (колайдеры) для изучения взаимодействия и физики частиц при высоких энергиях, наблюдаемых во Вселенной. Нужны большие ресурсы, глубокий научный поиск, новые технологии для изучения и освоения, гигантской лаборатории – Вселенной, где есть Все частицы и звезды, черные дыры и непостижимый вакуум, субсветовые скорости и медлительные миллиард летние процессы, температуры, плотности, давления, которые еще долго не сможет создать человек. Здесь Есть Все! Именно здесь надо искать новые технологии, новое понимание мира, новый уровень жизни людей и спасение нашей цивилизации на многие века. Но пока ресурсы тратятся на самоуничтожение человечества и биосферы Земли в условиях смертельно опасной для выживания нашей цивилизации рыночной экономики.