Развитие Вселенной (по Дж.Гамову, 1948)

В момент Большого взрыва размеры Вселенной были нулевыми, а температура – бесконечно велика (10²⁶ градусов – уровень "обратного счета", доступного теориям, соответствующий времени 10^-43 секунды). Через секунду температура упала до десяти миллиардов градусов (такая t⁰ возможна при взрыве водородной бомбы). Вселенная состояла тогда из фотонов, электронов и нейтрино, небольшого количества протонов и нейтронов и их античастиц.

Сначала был только “свет”. Для того, чтобы излучение превратилось в вещество (процесс, обратный аннигиляции), энергия фотона, рождающего пару частица-античастица, должна быть больше E = 2 mc² (где m – масса покоя чатицы). Температура, соответствующая такой энергии: T = 2 mc²/k, где k – постоянная Больцмана = 0,00008617 эВ/К. Пороговая температура для рождения пар электрон-позитрон (масса е^- соответствует энергии 0,511 МэВ) – 6^.10⁹ К.

Процесс появления вещества из первичного излучения давно описан (Бытие 1, 6-10):

И сказал Бог: да будет твердь посреди воды, и да отделяет она воду от воды.

И создал Бог твердь; и отделил воду, которая под твердью, от воды, которая над твердью. И стало так.

И назвал Бог твердь небом. И был вечер, и было утро: день вторый.

И сказал Бог: да соберется вода, которая под небом, в одно место, и да явится суша. И стало так.

И назвал Бог сушу землею, а собрание вод назвал морями. И увидел Бог, что это хорошо.

Тот же фрагмент в Торе (Брейшит 1, 6-8):

И сказал Всесильный: “Да будет пространство посреди воды и отделяет оно воду от воды”.

И создал Всесильный пространство, и разделил между водою, которая под пространством, и между водою, которая над пространством; и стало так.

И назвал Всесильный пространство небом. И был вечер, и было утро: день второй.

Согласно расчетам Гамова, в первоначальной смеси частиц на каждый протон, нейтрон и электрон должно было присутствовать около 40 млн. фотонов. Начальный баланс частиц и античастиц отличался примерно на одну миллиардную (десятимиллиардную) в пользу частиц, что и привело к нашей Вселенной. Через сто секунд температура упала уже до миллиарда градусов, стали появляться первые атомные ядра – дейтерий, гелий, затем литий и бериллий). Через несколько часов после Большого взрыва новые элементы перестали образовываться.

Стандартная модель (станд. сценарий) – это подробно разработанная теория, начиная с 0,01 сек – времени возникновения равновесного "газа", в котором не видны более ранние стадии. Температура 10¹¹ К, доля нейтронов ок. 46% от суммы протонов и нейтронов. В предположении, что размер Вселенной обратно пропорционален температуре (современная реликтовая темп. 3 К, а "длина окружности" около 125 млрд. свет. лет), получаем, что при 10¹¹ К длина окружности – 4 световых года [[14]]. Т.е. скорость "расширения" – 0,65 световых года (радиус) за 0,01 секунду. Такое значительное превышение скорости света связано с тем, что происходит рождение самого пространства [[15]].

Примерно через 3 мин. 2 сек. температура понизилась до 1 млрд (10⁹) градусов, начинают получаться ядра. Соотношение протоны/нейтроны = 8:1 и оно сохранилось. Следующие 500 тыс. лет – без изменений.

Вселенная представляет собой смесь лептонов (нейтрино и антинейтрино), реликтовое излучение (фотоны) и барионы (водород, гелий, очень мало их изотопов) [[16]]. Четыре фундаментальных взаимодействия не дают предпосылок для дальнейшего развития [[17]]. Структурирование Вселенной до образования звезд заняло до 3 млрд. лет [[18]].

Отдельные области начали через миллион лет снова сжиматься, образуя газовые скопления, затем внутри этих скоплений (будущих галактик) начали появляться звезды. Более тяжелые звезды иногда взрывались (сверхновые), снабжая галактики тяжелыми элементами. Затем снова начинался процесс сжатия облаков космического газа. Наше Солнце – звезда второго или третьего поколения, образовавшаяся около пяти миллиардов лет назад. Температурные диапазоны синтеза элементов (ядер) [[19]] следующие: при температуре центра Солнца около 15 млн C^о идет только синтез гелия из водорода; при 100 млн C^о ядра гелия сливаются в углерод; при дальнейшем росте температуры в центре звезды до 600 млн C^о из углерода начинает синтезироваться магний; при 200 млн C^о из магния образуется сера, а при 4000 млн C^о из атомов серы синтезируется железо (процессы сложны и многоступенчаты). Однако уже к окончанию синтеза водорода из гелия звезда тратит около 2/3 своей ядерной энергии. Синтез более тяжелых элементов требует уже притока энергии, который возникает при быстром коллапсе до белого карлика, особенно на стадии его взрыва (сверхновая) [[20]].

Дата добавления: 2014-12-16