секунд при температуре 10K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”.
Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.
в) Фотонная эра или эра излучения.
Длилась примерно от t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012…1013.
На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 10K , а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества.
Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.
Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hвсех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергии излучения Er. Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является средней энергией вещества Em во Вселенной.
Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em).
Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие (то есть Er = Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период “Большого Взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.
“Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции.
Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).
г) Звездная эра.
После “Большого Взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения “Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом “Большого Взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры.
Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.
«Итоги первых шагов Маленькой Вселенной»
Согласно гипотезе «горячей Вселенной» расширение Метагалактики началось от состояния материи, характеризующегося чрезвычайно высокой плотностью и температурой, с «Большого Взрыва».
В пользу этой гипотезы свидетельствует
• реликтовое излучение;
• закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера;
• характер распространения химических элементов во Вселенной.
На ранних стадиях расширения Метагалактики в ходе реакций, происходивших между «элементарными» частицами, образовались ядра атомов водорода и гелия.
Более тяжелые химические элементы появились позже, как продукты ядерных реакций, происходивших в недрах звезд.
Эти элементы рассеивались в пространстве (например, в результате взрыва сверхновых), и из них постепенно возникали новые тела: звезды и планеты.
Будущее нашей Вселенной зависит от ее критической плотности. То есть от ее фактического определения. А здесь главная проблема состоит в том, есть ли на самом деле огромные массы какого-либо скрытого вещества Замедление расширения пропорционально плотности Вселенной.
Возможна ситуация, когда при сегодняшней скорости расширения плотность вещества Вселенной достаточно мала и замедление мало. Тогда расширение будет протекать неограниченно. Но возможно, что плотность достаточно велика, а значит велико замедление расширения. В результате расширение прекратится и заменится сжатием.
Заключение
Хотя академик Я.Б. Зельдович не сомневался в правильности теории «Большого взрыва», и в его пользу говорят, как это было уже упомянуто выше: реликтовое излучение; закон Хаббла, основанный на эффекте Доплера; характер распространения химических элементов во Вселенной – автор данной работы всё же оставляет за собой право немного скептически относиться к данной теории.
Во-первых, теория не дает ответа на следующие вопросы:
1. Что заставило вещество Вселенной расширяться?
2. Что происходило до начала расширения, до момента сингулярнгости?
3. Конечны ли пространство и масса? Откуда они берутся.
Во-вторых, несмотря на то, что теория «Большого Взрыва» основывается на ОТО, допускается разбегание некоторых частиц со скоростями, в несколько раз превышающими скорость света. Так же в теории указываются ограничения на возможную плотность вещества (не более 1097), хотя с другой стороны выдвигается гипотеза о первоначальной точечности Вселенной, а следовательно и все-таки о бесконечной плотности (т.к. масса бесконечна).
В-третьих, по нашему мнению, довольно абстрактно, альтернативно рассматриваются такие вопросы, плотно примыкающие к теории «Большого взрыва», как границы и открытость Вселенной, евклидова и неевклидова модель Вселенной.
Наконец, не находят веского фактического подтверждения (хотя по теоретическим выкладкам все получается хорошо и главное – «удобно» ) существование таких частиц как гипероны, мезоны.
То есть все методы анализа полученных данных, исследования, выдвижения гипотез осуществляются при довольно высокой степени допущений. Такая степень не позволительна для гипотезы, хотя может быть и подходит для столь глобальной теории.
Остается только верить ил надеяться, что космология когда-либо заполнит эти «белые дыры», сделает свои выводы обоснованными и по возможности фактически подтвержденными.
Кстати, о «белых дырах». Вероятнее всего, именно их изучение позволит нам узнать ответы на многие вопросы, потому что существует гипотеза: именно белые дыры являются кусками первозданной сингулярности, первозданного ядра расширения.
В этот направлении, по-видимому, и стоит ждать новых открытий в данной области, т.к. данный вопрос в целом является еще не полностью изученным и требует серьёзных исследований.
Словарь специальных терминов.
Адроны – общее название элементарных частиц (барионов,включая все резонансы и мезоны), подверженных сильному взаимодействию (это взаимодействие ответственно за устойчивость атомных ядер).
Античастицы – электрические частицы, масса и спин которых точно равен массе и спину данной частицы, а электрический заряд, магнитный момент и другие подобные характеристики равны по величине и противоположны по знаку тем же характеристикам частицы. Характерным свойством таких пар (частица-античастица) является их аннигиляция при столкновении и рождение их в процессах взаимодействия частиц высоких энергий.
Аннигиляция – превращение частиц и античестицц при их столкновении в другие частицы (например, протон + антипротон = n–мезонов; электрон + позитрон = nФотонов).
Барионы – «тяжёлые» элементарные частицы с массой меньше протона и спином, равным ½. К ним относят, например нуклоны (протоны и нейтроны), а так же много других частиц /см. кварки/.
Бозоны – большой класс элементарных частиц с целочисленным спином (например, фотоны со спином 1). К этому классу принадлежат мезоны, промежуточные векторные бозоны и др. частицы.
Векторные нуклоны – см. барионы.
Гамма-излучение – излучение, возникающее при торможении заряженных частиц большой энергии в веществе, аннигиляции пар и т.д.
Глюоны – гипотетические элементарные частицы (спин равен