Тема 5 Эволюция Вселенной - от рождения до ... Будущего.

“История мидян темна и непонятна. Ученые делят ее, тем не менее, на три периода:

первый, о котором ровно ничего неизвестно. Второй, который последовал за первым.

И, наконец, третий период, о котором известно столько же, сколько о первых двух”. А. Аверченко. “Всемирная история”

Эволюция Вселенной - основные этапы. (Важно: как возникла Вселенная - до сих пор ученые не знают, поэтому далее рассматривается процесс эволюции, или развития,Вселенной).

1. В период времени от 0 до 10^-35 с - рассматривается теория раздувающейся (инфляционной) Вселенная, согласно которой Вселенной мгновенно раздулась до огромных размеров, а затем обратно сжалась. Образно говоря, роды Вселенной происходили в вакууме. Точнее сказать, Вселенная рождалась из вакуумоподобного состояния; законы квантовой механики позволяют считать, что пустое пространство (вакуум) в действительности заполнено частицами (материей) и античастицами (антиматерией), которые постоянно создаются, живут какое-то время, встречаются снова и аннигилируют. Инфляция мешает нам - она совершенно стерла все, что было во Вселенной до ее начала! Но для осуществления инфляции была необходима энергия (чтобы «раздуть» Вселенную!), откуда ее взять? Сегодня ученые предполагают, что во время инфляции «работает» сам экспоненциально расширяющийся космос с невероятным количеством скрытой в нем потенциальной энергии. Можно представить, что в инфляционный период Вселенная раздувается от «нулевых» размеров и до каких-то (возможно и очень-очень больших), но спустя примерно t=10^-35с - 10^-34с начинается новый период развития Вселенной – начинает работать иак называемая Стандартная модель, или модель Большого Взрыва (Big Bang).

2. 10^-34с - Инфляция заканчивается, в небольшой области (наша будущая Вселенная!) находится вещество и излучение. В этот момент температура Вселенной составляет не менее 10¹⁵К, но не более 10²⁹ К (для сравнения, самая высокая температура, Т=10¹¹ К, на сегодня возможна при вспышке Сверхновой). Вселенная, вся ее материя и энергия, сосредоточены в объеме, сопоставимым с размером одного протона (!). Возможно, в это время действует единый тип взаимодействий и проявляются новые элементарные частицы - скалярные Х-бозоны. После инфляционного периода расширение продолжается, но с намного меньшей скоростью: Вселенная не остается постоянной, энергия распределяется на больший объем, поэтому температура Вселенной падает, Вселенная охлаждается.

3. 10^-33с - разделение кварков и лептонов на частицы и античастицы. Дисимметрия между числом частиц и античастиц (антич.<частиц ~10^-10). Таким образом, вещество во Вселенной преобладает над антивеществом.

4. 10^-10c - T=10¹⁵K. Разделение сильного и слабого взаимодействий.

1 сек. Т=10¹⁰К. Вселенная остыла. Остались только фотоны (кванты света), нейтрино и антинейтрино, электроны и позитроны и маленькая примесь нуклонов.

Процессы рождения и аннигиляции элементарных частиц.

Отметим, что при эволюции Вселенной происходят процессы взаимного преобразования вещества в излучение и наоборот. Проиллюстрируем это тезис на примере процессов рождения и аннигиляции элементарных части. Процессы рождения пар электрон-позитрон при столкновении гамма-квантов и аннигиляции пар электрон-позитрон с превращением в фотоны: -> e⁺ + e^- e⁺ + e^- ->  Для рождения пары электрон-позитрон надо затратить энергию около 1 Мэв, значит, такие процессы могут идти при температуре выше десяти миллиардов градусов (напомним, что температура Солнца около 10⁸ К)

6. 3 мин. Т=10⁹К. Нуклоны участвуют в термоядерных реакциях: происходит космологический нуклеосинтез легких элементов (в основном ядра гелия), и, конечно, в наибольшем количестве остается основной элемент Вселенной - водород. Вещество - гелий - 22-28%, остальное - протоны. Основная энергия - в излучении - фотоны - 69%, нейтрино - 31%.