Начало и конец Вселенной
и рассеиваются и все пространство оказывается
заполненным очень разреженным, но весьма однородным газом. Тем не менее, в
нем все же есть заметные флуктуации плотности. Астрономы пока еще точно не
знают, отчего они образовались, но скорее всего это было вызвано
своеобразной ударной волной, пронесшейся через несколько секунд (или минут)
после взрыва.
В возрасте около 10 миллионов лет Вселенная имела температуру, которую
мы сейчас называем комнатной. Может показаться, что она в то время была
абсолютно пуста и черна, но на самом деле там было сильно разреженной
вещество будущих галактик.
Чем ближе к моменту рождения Вселенной, тем больше разогревается газ;
за несколько миллионов лет до этого события появляется слабое свечение,
которое постепенно приобретает темно-красный оттенок, - температура на этом
этапе составляет примерно 1000 К. Вселенная производит жутковатое
впечатление, но все еще прозрачна и однородна; постепенно желтым. И вдруг
при температуре 3000 К. происходит нечто странное – до этого момента
Вселенная была прозрачной (правда, смотреть в ней было не на что, но свет
сквозь нее проходил), а теперь все заволок ослепительно сияющий желтый
туман, через который ничего не видно.
Двигаясь еще дальше назад во времени, мы увидим, что Вселенная состоит
почти целиком из плотного излучения, в которое кое-где вкраплены ядра
атомов. По мере роста температуры яркость тумана все возрастает. Повсюду
появляются легкие частицы и их античастицы – Вселенная на этом этапе
представляет собой смесь излучения, электронов, нейтронов и их античастиц.
Наконец, при еще более высоких температурах, появляются тяжелые частицы их
античастицы, а также черные дыры. Вселенная превращается в невообразимую
кашу – частицы и излучение врезаются друг в друга с колоссальной силой.
Теперь она очень мала, размером с надувной мяч, а еще через долю секунды
может превратиться в сингулярность. Но до того перед нами закроется
“занавес”. Мы не в состоянии сказать, что в действительности произойдет в
последнюю долю секунды в последнюю долю секунды, потому что не в силах
заглянуть за “занавес”, о котором я говорил, занавес нашего неведения. При
таких условиях отказывает не только общая теория относительности, но,
возможно, и квантовая теория, поэтому мы и не можем сказать наверняка,
появляется ли сингулярность.
Абсолютная сингулярность.
Вселенская сингулярность или состояние близкое к ней, о чёрной дыре. В
отличие от черный дыр, которые имеют массу, равную массе крупной звезды;
теперь же речь идет о сингулярности, содержащей всю массу Вселенной. Но
помимо этого есть еще одно фундаментальное отличие. В случае
сколлапсировавшей звезды был горизонт событий, в центре которого помещалась
сингулярность; иными словами, черная дыра находилась где-то в нашей
Вселенной. В случае вселенской черной дыры сразу же возникают трудности –
несли вся наша Вселенная сколлапсировала в черную дыру, значит все вещество
и пространство исчезли в сингулярности, то есть не останется ничего, в чем
можно было бы находится – не будет Вселенной.
Более того, в случае вселенской черной дыры (может быть, вернее будет
сказать, квазичерной дыры) нельзя быть уверенным в том, что имеешь дело с
истинной сингулярностью.
Но даже если сингулярности не было, остается вопрос, что было раньше,
намного раньше. Один из ответов на него может выглядеть так: раньше была
другая Вселенная, которая сколлапсировала, превратившись или почти
превратившись в сингулярность, из которой затем возникла наша Вселенная.
Возможно, что такие коллапсы и возрождения происходили неоднократно. Такую
модель называют осциллирующей моделью Вселенной.
Посмотрим теперь, когда отказывает общая теория относительности; это
происходит через 10(-43) с после начала отсчета времени (интервал,
называемый план-ковским временем). Это как раз тот момент, когда
задергивается «занавес»; после него во Вселенной царит полный хаос, но с
помощью квантовой теории мы можем хотя бы грубо представить себе, что там
происходило.
Ранее уже упоминалось о точке зрения Стивена Хокинга, согласно которой
на самой ранней стадии развития Вселенной образовывались маленькие черные
дыры; он также доказал, что эти черные «дырочки» испаряются примерно через
10(-43) с. Отсюда вытекает, что по истечении этого интервала времени во
Вселенной существовала странная «пена» из черных дыр. Сотрудник Чикагского
университета Дэвид Шрамм так выразился по этому поводу: «...Мы приходим к
представлению о пространстве-времени как о пене из черных мини-дыр, которые
внезапно появляются... ре комбинируют и образуются заново». В этот момент
пространство и время были совершенно не похожи на теперешние — они не
обладали непрерывностью. Эта пена представляла собой по сути дела смесь
пространства, времени, черных дыр и «ничего», не связанных друг с другом. О
таком состоянии мы знаем очень мало.
Температура в момент, о котором идет речь, составляла примерно 10(32)
К — вполне достаточно для образования частиц. Частицы могут образовываться
Посмотрим теперь, когда отказывает общая теория относительности; это
происходит через 10(-43) с после начала отсчета времени (интервал,
называемый план-ковским временем). Это как раз тот момент, когда
задергивается «занавес»; после него во Вселенной царит полный хаос, но с
помощью квантовой теории мы можем хотя бы грубо представить себе, что там
происходило. Ранее уже упоминалось о точке зрения Стивена Хокинга, согласно
которой на самой ранней стадии развития Вселенной образовывались маленькие
черные дыры; он также доказал, что эти черные «дырочки» испаряются примерно
через 10(-43) с. Отсюда вытекает, что по истечении этого интервала времени
во Вселенной существовала странная «пена» из черных дыр. Сотрудник
Чикагского университета Дэвид Шрамм так выразился по этому поводу: «...Мы
приходим к представлению о пространстве-времени как о пене из черных мини-
дыр, которые внезапно появляются... ре комбинируют и образуются заново». В
этот момент пространство и время были совершенно не похожи на теперешние —
они не обладали непрерывностью. Эта пена представляла собой по сути дела
смесь пространства, времени, черных дыр и «ничего», не связанных друг с
другом. О таком состоянии мы знаем очень мало.
Температура в момент, о котором идет речь, составляла примерно 10(32) К
— вполне достаточно для образования частиц. Частицы могут образовываться
двумя способами. В первом случае при достаточно высокой энергии (или, что-
то же самое, при высокой температуре) рождаются электроны и их античастицы
— это так называемое рождение пар. Например, при температуре 6 миллиардов
градусов столкновение двух фотонов может дать пару электрон — позитрон. При
еще более высоких температурах могут рождаться пары протон — антипротон и
так далее; в целом, чем тяжелее частица, тем большая энергия требуется для
ее рождения, т. е. тем выше должна быть температура.
[pic]
Упрощенное изображение эпох Вселенной, начиная с Большого
Взрыва
Раньше мы видели, что есть и второй способ образования пар частиц — они
могут появляться сразу же за горизонтом событий черных мини-дыр под
действием приливных сил. Мы также говорили о том, что при испарении черных
мини-дыр рождались ливни частиц, а поскольку вселенская черная дыра подобна
мини-дыре, там происходило то же самое.
Итак, есть два способа рождения частиц. Какой же из них следует считать
более важным? По мнению ас-1трономов, основная масса частиц образовалась за
счет наличия высоких энергий, так как только на самом раннем этапе
приливные силы были настолько велики, чтобы приводить к рождению частиц в
значительных количествах. Однако многое еще здесь неясно, и впоследствии
может оказаться, что второй метод также играет существенную роль.
Краткий период времени, следующий непосредственно за моментом 10(-43) с,
обычно называют квантовой эпохой.
В эту эпоху все четыре фундаментальных взаимодействия были объединены.
Вскоре после момента 10(-43) с единое поле распалось, и от него отделилась
первая из четырех сил. Позднее по очереди отделились другие силы, которые
изменялись по величине. В конце концов получились четыре знакомых нам
взаимодействия.
Раздувание.
Одна из трудностей, на которую наталкивается традиционная теория Большого
взрыва, — необходимость объяснить, откуда берется колоссальное количество
энергии, требующееся для рождения частиц. Не так давно внимание ученых
привлекла видоизмененная теория Большого взрыва, которая предлагает I ответ
на этот вопрос. Она носит название теории раздувания и была предложена в
1980 году сотрудником Массачусетского технологического института Аланом
Гутом. Основное отличие теории раздувания от традиционной теории Большого
взрыва заключается в описании периода с 10(-35) до 10(-32) с. По теории
Гута примерно через 10(-35) с Вселенная переходит в состояние
«псевдовакуума», при котором ее энергия исключительно велика. Из-за этого
происходит чрезвычайно быстрое расширение, гораздо более быстрое, чем по
теории Большого взрыва (оно называется раздуванием). Через 10(-35) с после
образования Вселенная не содержала ничего кроме черных мини-дыр и
«обрывков» пространства, поэтому при резком раздувании образовалась не одна
вселенная, а множество, причем некоторые, возможно, были вложены друг в
друга. Каждый из участков пены превратился в отдельную вселенную, и мы
живем в одной из них. Отсюда следует, что может существовать много других
вселенных, недоступных для нашего наблюдения.
Хотя в этой теории удается обойти ряд трудностей трад
| |  скачать работу |
Начало и конец Вселенной |
