Эволюция вещества - Модель Большого Взрыва и хронология Вселенной
Температура раскаленной плотной материи на начальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается в соотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT. Согласно соотношению h??kT понижалась и энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота ????Понижение энергии фотонов во времени имело для возникновения частиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобы фотон превратился?(материализовался) в частицу и античастицу с массой mO и энергией покоя mOC??? ему необходимо обладать энергией 2 mOC??или большей. Эта зависимость выражается так :
Со временем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведения энергии частицы и античастицы (2mOC?), фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц с массой mO. Так, например, фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2*938 Мэв, не способен материализоваться в протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 мэв.
В предыдущем соотношении можно заменить энергию фотонов h? кинетической энергией частиц kT,
То есть
Знак неравенства означает следующее: частицы и соответствующие им античастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор, пока температура вещества T не упала ниже указанного значения.
На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы Здесь и далее: см. словарь специальных терминов.. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция Здечь и далее: см. словарь специальных терминов. может происходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс
Частица + античастица ?????гамма-фотона
При условии соприкосновения вещества с антивеществом. Процесс материализации
Гамма-фотон ??частица + античастица
Мог протекать лишь при достаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результате понижающейся температуры раскаленного вещества приостановилась, эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.
А) Адронная эра.
Длилась примерно от t=0 соответствует моменту отсчета времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики. t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012...1013.
При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.
Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(10??K?. Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов h? составляла около миллиарда эв (10??Мэв???что соответствует энергии покоя барионов.
В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 10???K фотоны не обладали уже достаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распад гиперонов происходил на этапе с 10?? до 10?? секунды.
К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10?? с.), температура ее понизилась до 10???K, а энергия 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?? с., в ней исчезли все мезоны.
На этом и кончается адронная эра, 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.
Б) Лептонная эра.
Длилась примерно от t=0 соответствует моменту отсчета времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики. t=10-4 до t=101. К концу эры плотность порядка 107 кг/м3 при T=109.
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 10???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".
Все пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.
В) Фотонная эра или эра излучения.
Длилась примерно от t=0 соответствует моменту отсчета времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики. 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 10???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, объем 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 все же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом ее 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 ее звездной эрой. Она продолжается со времени завершения "Большого Взрыва" (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом "Большого Взрыва" ее 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.
Похожие статьи
-
Большой Взрыв: продолжение - Модель Большого Взрыва и хронология Вселенной
Итак, мы выяснили, что Вселенная постоянно расширяется; тот момент с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом; тогда началась...
-
Вопрос о происхождении Вселенной со всеми ее известными и пока неведомыми свойствами испокон веков волнует человека. Но только в ХХ веке, после...
-
История Вселенной согласно стандартной модели Большого взрыва - Происхождение Вселенной
В нулевой момент времени Вселенная возникла из сингулярности. В течение первой миллионной доли секунды, когда температура значительно превышала 1012 К, а...
-
Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва - Эволюция Вселенной
Рассмотрим один из многих возможных сценариев развития событий по модели БВ и горячей Вселенной. Сразу после БВ Вселенная представляла собой...
-
Горячая модель Вселенной - Эволюция вещества во Вселенной
Фундаментальное взаимодействие модель горячая вселенная Модель горячей Вселенной -- космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается с...
-
Первые секунды после Большого взрыва После загадочной космологической сингулярности следует не менее таинственная планковская эра (0 -10 -43 С). Трудно...
-
Сегодня космология еще не в состоянии ответить на ряд принципиальных вопросов. Среди них основные: что было до начала наблюдаемого расширения? Будет ли...
-
Большой взрыв - Эволюция и происхождение Вселенной
О Большом Взрыве ежегодно публикуется огромное число статей и в научной и в научно-популярной печати. Но самое-то интересное заключается в том, что...
-
Сценарий Большого взрыва - Космические тела
Как и любая схема, претендующая на объяснение данных о спектре микроволнового космического излучения, химического состава догалактического вещества и...
-
Эволюция Вселенной, Адронная эра - Эволюция Вселенной
Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: Адронную , Лептонную , Фотонную и Звездную . Адронная эра Длилась примерно от t=0 соответствует...
-
Лептонная эра, Фотонная эра или эра излучения, Звездная эра - Эволюция Вселенной
Длилась примерно от t=0 соответствует моменту отсчета времени начала расширения и начала отсчета времени существования Метагалактики. t=10-4 до t=101. К...
-
Сценарий Большого взрыва - Большой взрыв
Как и любая схема, претендующая на объяснение данных о спектре микроволнового космического излучения, химического состава догалактического вещества и...
-
Начало Вселенной - Эволюция Вселенной
Процесс эволюции Вселенной происходит очень медленно. Ведь Вселенная во много раз старше астрономии и вообще человеческой культуры. Зарождение и эволюция...
-
Большой взрыв - Теории происхождения Вселенной
О Большом Взрыве ежегодно публикуется огромное число статей и в научной и в научно-популярной печати. Но самое-то интересное заключается в том, что...
-
Большой взрыв - Теория происхождения Вселенной
Большой взрыв - это гипотетическое начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном состоянии (т. е. сверхплотном...
-
Большой Взрыв - Релятивистская космология: прошлое и будущее нашей Вселенной
Началом работы Вселенского ускорителя был Большой Взрыв. Этот термин очень часто применяют сегодня космологи. Наблюдаемый разлет галактик и скоплений...
-
Теория Большого взрыва была придумана для того, чтобы объяснить происхождение вселенной. Почему-то из знакомства с ней обычно выносят больше вопросов,...
-
Модель расширяющейся Вселенной - Эволюция Вселенной
Наиболее общепринятой в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей...
-
Микрофизика - Эволюция и происхождение Вселенной
Согласно бурно развивающейся в последние годы кварковой теории все адроны состоят из "более" элементарных частиц -- кварков. Если эта теория верна (а она...
-
Инфляционная модель Вселенной - Космологические модели Вселенной
Долгое время ничего нельзя было сказать о причинах Большого взрыва, переходе к расширению Вселенной. Но сегодня появились некоторые гипотезы, пытающиеся...
-
Дальнейшее развитие Вселенной и ее исследование - Теория Большого Взрыва
Теория большой взрыв вселенная Наша Вселенная постоянно эволюционирует, изменяется. Что же будет с нею в дальнейшем обозримом будущем? Учитывая что наша...
-
Остановимся подробнее на этапах развития Вселенной, попытаемся восстановить, опираясь на последние достижения современной физики, последовательность...
-
Теория Большого взрыва "Вначале был взрыв. Не такой взрыв, который знаком нам на Земле и который начинается из определенного центра и затем...
-
Согласно теоретическим расчетам Ж. Леметра, радиус Вселенной в первоначальном состоянии был равен 10-12 см, что близко по размерам к радиусу электрона, а...
-
Модель Большого Взрыва - Теория Большого Взрыва
Итак, одна из современных теорий - теория Большого Взрыва (Big Bang) смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с космологией. В...
-
Сразу после рождения Вселенная продолжала расти и охлаждаться. При этом охлаждение происходило, в том числе и благодаря банальному расширению...
-
Модели будущего вселенной - Эволюция Вселенной
Каково же будущее Вселенной? Многие выдающиеся ученые ХХ века неоднократно задавались этим вопросом. В 1917г. А. Эйнштейн выступил с гипотезой о...
-
Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи, и с тех пор она расширяется и остывает. Астрономы...
-
Модель Большого взрыва - Космологические модели Вселенной
Теория Большого Взрыва (Big Bang) смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с космологией. В основе этой теории лежит...
-
ВСЕЛЕННАЯ. ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ - Астрономическая картина мира
Современная космология - это сложная, комплексная и быстро развивающаяся система естественно-научных (астрономия, физика, химия и др.) и философских...
-
Гипотеза большого взрыва - Основные характеристики Вселенной
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Этот вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом,...
-
Инфляционная Вселенная - Большой взрыв
Помимо вопроса о происхождении Вселенной современные космологи сталкиваются с рядом других проблем. Чтобы стандартная теория большого взрыва могла...
-
Инфляционная Вселенная - Большой взрыв и его последствия
Помимо вопроса о происхождении Вселенной, современные космологи сталкиваются с рядом других проблем. Чтобы стандартная теория большого взрыва могла...
-
Большой Взрыв - Открытие взрывающейся Вселенной
Какой же была Вселенная в момент своего рождения? Этот вопрос имеет смысл, только если он относится к мгновению, следующему непосредственно за началом,...
-
Заключение - Космологическая проблема: Большой взрыв и основные этапы физической истории Вселенной
Сегодня ученые в состоянии объяснить большинство свойств нашей Вселенной, начиная с момента в 10-42 секунды и до настоящего времени и даже далее. Они...
-
Модель Большого Взрыва - Эволюция Вселенной
Итак, одна из современных теорий -- теория Большого Взрыва (Big Bang) смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с космологией. В...
-
Модель. Взаимодействие точечных зарядов - Эволюция вещества во Вселенной
Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы. Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о...
-
А был ли Большой Взрыв? - Модель Большого Взрыва и хронология Вселенной
На этот вопрос современная наука дает совершенно определенный ответ: Большой Взрыв был! Вот что, например, написал по этому поводу академик Я. Б....
-
Модель Большого Взрыва - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13...
-
Адронная эра - Релятивистская космология: прошлое и будущее нашей Вселенной
Длилась примерно от t=10 -6 С До t=10 -4 С. Плотность порядка 10 17 кг/м 3 при T=10 12 ...10 13 К . При очень высоких температурах и плотности в самом...
Эволюция вещества - Модель Большого Взрыва и хронология Вселенной