Как устроена Вселенная Часть II
Любим Ваши ЛАЙКИ!
Как устроена Вселенная
Часть II
Если бы звезды были видны только лишь из одного места Земли,
туда бы стекалось больше паломников, чем куда-либо.
Римский философ Сенека
О точке сингулярности
Как устроена Вселенная
Часть II
Согласно общей тории относительности (ОТО), на которой основаны решения Фридмана, Вселенная могла иметь особую точку – сингулярную. Сингулярность от лат singularis – отдельный, особый. Но было неясно: следует ли из ОТО, что у Вселенной должно было быть начало времени – большой взрыв?
Началом ответа на этот вопрос можно считать работу английского физика и математика Рождера Пенроуза, опубликованную в 1965 году.
Ему удалось математически доказать, что при сжатии звезды под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимается до нуля, то же самое происходит и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. Иными словами, возникнет сингулярность в некой области пространства- времени, которую назвали «черной дырой» [1].
Теорема Пенроуза относилась к звездам, и в ней ничего не говорилось о том, испытала ли Вселенная в прошлом большой взрыв? Если большой взрыв был, то должно быть и начало времени!
За решение этого вопроса взялся Стивен Хокинг. Он применил теорему Пенроуза по отношению ко Вселенной, изменив направление времени на обратное, так, чтобы сжатие перешло в расширение. По теореме Пероуза конечным состоянием любой коллапсирующей звезды должна была стать сингулярность. При обращении времени эта теорема утверждает, что в модели Фридмана начальным состоянием расширяющейся Вселенной тоже должна быть сингулярность. Хокинг вел в теорему Пенроуза в качестве условия требование, чтобы Вселенная была бесконечной в пространстве. Ему необходимо было доказать, что сингулярность должна существовать при условии, что Вселенная расширяется достаточно быстро, чтобы не началось повторное сжатие.
Дальнейшую работу Хокинг и Пенроуз продолжили совместно. В 1970 году они, исходя из общей теории относительности, доказали, что у Вселенной должна была быть сингулярная точка, и, следовательно, было начало времени. Из их доказательства следовало, что ОТО представляет собой неполную теорию, так как в ней нет ответа на вопрос: как возникла Вселенная, потому что все физические теории, и она сама нарушаются в точке возникновения Вселенной [2].
Предсказав наличие точки сингулярности, в которой плотность становится бесконечной (в случае черных дыр и в случае большого взрыва), ОТО сама предрекла свое поражение.
Итак, теория подтвердила наличие большого взрыва, в результате которого возникла наша Вселенная.
В 1930-е годы среди ученых рассматривалась модель холодной Вселенной, в которой вещество существовало в виде холодных нейтронов. Однако, как выяснилось позднее, в такой Вселенной в результате цепочки ядерных реакций (с образованием протона, дейтерия и т. д.) все вещество, в конце концов, превратилось бы в гелий. Это противоречит наблюдениям, поскольку подавляющая часть вещества Вселенной состоит из водорода.
Горячая Вселенная Гамова
В 1948 году российский ученый Георгий Гамов предложил модель горячей Вселенной, расширив идею Фридмана о том, что первичное вещество было не только очень плотным, но и очень горячим [3].
Учитывая, что расширяющаяся Вселенная продолжает охлаждаться, можно экстраполировать ее температуру назад во времени. Это и было сделано. Оказалось, что в момент взрыва Вселенная была бесконечно плотной и горячей, в виде огненного шара.
Надо сказать, что Георгий Гамов, выдающийся русский физик и астрофизик, который сотрудничал с Эйнштейном, Дираком, Ландау, в 1933 году, эмигрировал в США, из-за чего был лишен звания академика АНСССР и все прочих регалий. Даже в научных работах его имя было запрещено и на его работы нельзя было ссылаться. После перестройки запреты по поводу Гамова были сняты, и все научные регалии ему возвращены, но посмертно.
Идея горячей Вселенной Гамова состояла в том, что в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходят ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут синтезируются все химические элементы. Это не совсем так, ибо, как выяснилось позже, в этом ядерном котле синтезируются только легкие элементы, а элементы тяжелее гелия синтезируются в звездах.
По мнению Гамова, вещество огненного шара представляло собой однородную горячую плазму, состоящую, в основном, из электронов и протонов, обильно перемешанных космическим излучением .
Действительно, при повышении температуры до нескольких сотен градусов распадаются молекулы, а при дальнейшем ее росте постепенно разрушаются ядра. Эксперименты показали, что при температуре около 3000 градусов Кельвина электроны отрываются от ядер, которые примерно при миллиарде градусов распадаются на протоны и электроны (собирательно, нуклоны). С приближением к триллиону градусов нуклоны разбиваются на свои элементарные составляющие – кварки.
Чтобы понять состав огненного шара, надо знать, что происходит при высокоэнергичных столкновениях частиц. Именно с этой целью создаются ускорители элементарных частиц – коллайдеры. В коллайдерах частицы, направленные навстречу друг другу, разгоняются почти до скоростей, близких к скорости света и при столкновениях возникают необычные явления. Например, две частицы при столкновениях изменяют свой тип, и могут породить целый фейерверк из десятка новых части, разлетающихся из точки столкновения. Прекрасное подтверждение того, что энергия и масса взаимообратимы [4].
Нечто подобное, по мнению исследователей, происходило и в первые доли секунды после большого взрыва. В ранней Вселенной частицы безостановочно сталкиваются друг с другом, и огненный шар наполняется всеми типами частиц, какие только могут быть созданы в этих столкновениях.
Сегодня в Большом Адроном Коллайдере (БАК) под Женевой в результате столкновения встречных потоков протонов получено состояние праматери–легкая кварк-глюонная плазма, которая, по мнению исследователей , соответствует состоянию Вселенной через10-34 секунды после большого взрыва. Ученые почти приблизились к эпицентру акта творения.
Это безмассовое состояние праматери ученые надеются наделить массой. Это произойдет, если удастся получить протоны и электроны. Пока этого не произошло, хотя за счет столкновения ионов свинца исследователи сумели получить состояние Вселенной через 10-11 секунды после Большого взрыва, т.е. гораздо позднее. Это- безмассовая тяжелая кварк-глюонная плазма. Но материи пока нет.
Обратите внимание , о каких ничтожно малых промежутках времени идет речь. Дело в том, что формирование Вселенной и происходило за малые промежутки времени. Все самое главное укладывается в первую секунду.
И этот чрезвычайно малый промежуток времени, за который, в основном¸ была сформирована наша Вселенная, ученые условно разбили на так называемые «эпохи».
Эпохи формирования Вселенной
По современным представлениям наблюдаемая нами сегодня Вселенная возникла приблизительно 13,5-14 млрд. лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.
Мы уже знаем, что теория большого взрыва и горячей Вселенной не дает никаких объяснений тому, что предшествовало этому моменту, но она и не отрицает возможность существования чего-либо до взрыва.
Согласно теории Фридмана в начальный момент времени расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю, а плотность и кривизна Вселенной должны были быть бесконечными.
Уравнения Фридмана можно использовать для определения температуры и плотности огненного шара в любой момент времени. Например, спустя одну секунду после Большого взрыва температура составляет 10 миллиардов градусов, а плотность — около 1 тонны на кубический сантиметр. Но к одной минуте Вселенная уже должна быть сформирована. И поскольку точка сингулярности существует, и большой взрыв был, то, значит, было и начало времени.
Именно это утверждал Святой Августин, который говорил: «Время – это свойство вселенной, которое появилось вместе с ней самой».
В честь святого Августина Георгий Гамов предложил назвать состояние Вселенной «до и в момент» Большого взрыва Августинской эпохой. Так что наша Вселенная началась с Августинской эпохи.
А далее ученые, основываясь на ОТО, буквально по долям секунды (названные «эпохами») представили теоретически процесс формирования Вселенной.
Планковская эпоха следует за Августинской эпохой и по времени занимает от 10-43 с. после большого взрыва до 10-35.секунды. Начиная с планковской эпохи действует ОТО и возможно научное исследование процесса.
При этом планковская температура плазмы 1032К, а планковская плотность 1093г/см3. Вселенная в этот момент однородна и изотропна; является геометрически плоской. Во время планковской эпохи по предположению ученых гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий.
Инфляционная эпоха (инфляции – это раздувание) начинается через 10-35 с. после Большого взрыва и длиться до 10-32 с. Она характерна увеличением размера Вселенной в 10100 раз ( по расчетам Линде). Во Вселенной, заполненной излучением, начинают образовываться кварки и гипероны. Вот это состояние и сумели смоделировать ученые на БАК.
Эпоха электрослабых взаимодействия расположена между 10-32 и 10-12 с. Электромагнитные и слабые взаимодействия пока еще объединены в единое электрослабое взаимодействие. За счет высоких энергий образуются некоторые тяжелые частицы, в частности, бозоны. По предположениям ученых, именно в этот момент должен появиться бозон Хиггса, который соединит кварки и глюоны в протоны, наделив их массой. Заметим, что на БАК состояние первоматерии получениы при 10-35 с. и 10-11 с после большого взрыва, но бозона Хигса пока нет.
Эпоха кварков располагается между 10-12 и 10-6 с. Электромагнитное, гравитационное , сильно и слабое взаимодействия формируются в современном виде, но поскольку температуры и энергии еще слишком велики кварки пока не группируются в адроны. Адроны- частицы, участвующие в сильных взаимодействиях , например, протоны.
Эпоха адронов наступает между 10-6 и 1 с. после большого взрыва. Кварк-глюонная плазма охлаждается, и кварки начинают группироваться в протоны и нейтроны. Примерно через 1 с. должны были высвободиться нейтрино и начать свободно двигаться в пространстве.
Надо иметь в виду, что температура Вселенной хотя и снижалась от эпохи е эпохе, но была еще чрезвычайно высока. Так, через 0, 1 сек. после начало расширения температура была около 30 млрд. К. , а через секунду после взрыва она составляла 10 млрд. градусов.
Эпоха нуклеосинтеза расположена между 1 секундой и 3-мя минутами после большого взрыва. Интенсивно образуются нуклоны, которые представляют собой протоны и нейтроны, иными словами — ядра. За время этой эпохи образовался первичный состав звездного вещества: около 25% гелий, 4% дейтерий, следы тяжелых элементов, остальное – водород.
Примерно через 380 000 лет, когда температура Вселенной достигла значение 4000 К, стали образовываться атомы. Из состояния плазмы, непрозрачной для электромагнитного излучения, материя перешла в газообразное состояние. С этого момента Вселенная стала прозрачна для излучения.
Космолог Джозеф Силк в своей книге «Большой Взрыв» пишет о том, что в течение первых 380 000 лет после Большого Взрыва наблюдать раннюю Вселенную было не проще , чем высматривать что-то в густом тумане. То есть, плотность Вселенной была чрезвычайно большой, и прозрачной она стала, когда плотность и температура упали до такого уровня, что смогла образоваться материя [5].
Излучение, предсказанное Гамовым, практически перестало взаимодействовать с веществом, оно как бы отделилось от него и стало эволюционировать независимо.
Эволюция вещества привела к образованию того сложного, многообразного Мира, в котором мы живем. А излучение, которое впоследствии назвали реликтовым, продолжало равномерно заполнять все пространство, только плотность и температура его с расширением Вселенной уменьшалась.
Как устроена Вселенная. Часть 1
1. Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. «Научно-эзотерические основы Мироздания». лекция № 22.
2.ХокингС., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000
3. Эйнштейн А. Сборник научных трудов. Т.I-IV.: Наука, 1966.
4. Астафьев Б.А. Основы Мироздания. М.: Белые альвы, 2002.
5Хайш Б. Теория Бога. Доказательство существования Бога в современной науке. М.: ООО Издательство «София»,2010.
24.11.2011, 10:42
Юрий
Свежие статьи:
Гороскоп на октябрь 2025 года для каждого знака Зодиака
Арчена прогноз: Ракеты на Россию 2025?!
Арчена прогнозы на ближайшее время, итоги того что сбылось
Надежда Королёва омлайн последнее видео 2026 прогноз
Выздоровление с помощью активации Сигнатурной Клетки и Шишковидной Железы
Гороскоп на сентябрь 2025 год для каждого знака Зодиака
Исмаэль Перес о Тайном правительстве: Невидимые архитекторы систем
Прогнозы по странам и событиям на 2025 год Надежда Королева
Исмаель Перез о событиях в Иране. Антихристова сила и разделение измерений
Sorry, the comment form is closed at this time.
Sorry, the comment form is closed at this time.