Модель Большого Взрыва
частиц и
фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения
самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а
новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст
Вселенной достиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом адронная эра
заканчивается, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами,
но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие
(ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную
эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.
Лептонная эра.
Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1
Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой,
чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и
нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по
сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже.
Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в
мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд при
температуре 1010 K, 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.
Фотонная эра или эра излучения.
На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура
Вселенной понизилась до 1010 K , 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 h? всех
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 грандиозная 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).
После “большого взрыва” наступила продолжительная эра вещества,
эпоха преобладания частиц, так называемая "звездная эра". Она продолжается
со времени завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до
наших дней. По сравнению с периодом “большим взрыва” её развитие
представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине
низкой плотности и температуры.
Вселенная вступила в звездную эру в форме водородного газа с огромным
количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся
в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и
его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых
лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и
в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение
газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода
между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью
собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик.
Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной - сверхгалактики - являются
результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на
ранних этапах истории Вселенной. Правда, стоит отметить, что эти
сверхгалактики обладают на редкость упорядоченным ячеистым строением.
Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверхгалактик и скоплений
галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на
водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы
называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря
на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной
частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную
сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд,
которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор
напоминают гигантское завихрение.
Астрономические исследования показывают, что скорость вращения
завихрения предопределяет форму галактики, родившейся из этого вихря. Из
медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время
как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики.
В результате силы тяготения очень медленно вращающийся вихрь сжимался
в шар или несколько сплюнутый эллипсоид. Размеры такого правильного
гигантского водородного облака были от нескольких десятков до нескольких
сотен тысяч световых лет. Нетрудно определить, какие из водородных атомов
вошли в состав рождающейся эллиптической, точнее говоря эллипсоидальной
галактики, а какие остались в космическом пространстве вне нее. Если
энергия связи сил гравитации атома на периферии превышала его кинетическую
энергию, атом становился составной частью галактики. Это условие называется
критерием Джинса. С его помощью можно определить, в какой степени зависела
масса и величина протогалактики от плотности и температуры водородного
газа.
Протогалактика, которая вообще не вращалась, становилась
родоначальницей шаровой галактики. Сплющенные эллиптические галактики
рождались из медленно вращающихся протогалактик. Из-за недостаточной
центробежной силы преобладала сила гравитационная. Протогалактика сжималась
и плотность водорода в ней возрастала. Как только плотность достигала
определенного уровня, начали выделятся и сжимается сгустки водорода.
Рождались протозвезды, которые позже эволюционировали в звезды. Рождение
всех звезд в шаровой или слегка приплюснутой галактике происходило почти
одновременно. Этот процесс продолжался относительно недолго, примерно сто
миллионов лет. Это значит, что в эллиптических галактиках все звезды
приблизительно одинакового возраста, т.е. очень старые. В эллиптических
галактиках весь водород был исчерпан сразу же в самом начале, примерно в
первую сотую существования галактики. На протяжении последующих 99 сотых
этого периода звезды уже не могли возникать. Таким образом, в эллиптических
галактиках количество межзвездного вещества ничтожно.
Спиральные галактики, в том числе и наша, состоят из очень старой
сферической составляющей ( в этом они похожи на эллиптические галактики) и
из более молодой плоской составляющей, находящейся в спиральных рукавах.
Между этими составляющими существует несколько переходных компонентов
разного уровня сплюснутости, разного возраста и скорости вращения. Строение
спиральных галактик, таким образом, сложнее и разнообразнее, чем строение
эллиптических. Спиральные галактики кроме этого вращаются значительно
быстрее, чем галактики эллиптические. Не следует забывать, что они
образовались из быстро вращающихся вихрей сверхгалактики. Поэтому в
создании спиральных гала
| |  скачать работу |
Модель Большого Взрыва |
