Модель гарячого Всесвіту

Модель гарячого Всесвіту

Американский фізик Георгій Антонович Гамов в 1946 року заклав підвалини одній з фундаментальних концепцій сучасної космології - моделі «гарячої Всесвіту » .

В цієї моделі основну увагу переноситься на стан речовини і обов’язкові фізичні процеси, на різних стадіях розширення Всесвіту, включаючи найбільш ранні стадії, коли стан було незвичним.

С побудовою моделей «гарячого Всесвіту «в космології поруч із законами тяжіння активно застосовуються закони термодинаміки, дані ядерної фізики та фізики елементарних частинок. Виникає релятивістська астрофізика.

Модель гарячого Всесвіту отримала емпіричне підтвердження у 1965 року у відкритті реліктового випромінювання американськими вченими Пензиасом і Уилсоном.

Реликтовое випромінювання — один із складників загального фону космічного електромагнітного випромінювання. Реліктове випромінювання рівномірно розподілено по небесної сфері, і по інтенсивності соответсвует тепловому випромінюванню абсолютно чорного тіла при температкур близько 3К.

Согласно моделі гарячого Всесвіту, плазма й електромагнітний випромінювання на ранніх стадіях розширення Всесвіту мали високої щільністю і температурою. У результаті космологічного розширення Всесвіту ця температура падала. При досягненні температури близько 4000 До відбулася рекомбінація протонів і електронів, після чого рівновагу що утворився речовини (водню і гелію) з випромінюванням порушилося — кванти випромінювання не мали яка потрібна на іонізації речовини енергією і проходили нього ніби крізь прозору середу. Температура обособившегося випромінювання продовжувала знижуватися і до нашої епосі становить близько 3К. Отже, це випромінювання збереглося донині як релікт від епохи рекомбінації і безперервної освіти нейтральних атомів водню і гелію. Воно залишилося як відлуння бурхливого народження Всесвіту, яке часто називають Великим вибухом.

В основі сучасної космології лежать уявлення про однорідності і ізотропність Всесвіту: у Всесвіті немає жодних виділених крапок і напрямів, тобто. всі крапки та напрями рівноправні. Це твердження про однорідності і ізотропність Всесвіту часто називають космологічним постулатом.

В теорії однорідної ізотропного Всесвіту виявляються можливими дві моделі Всесвіту: відкрита й замкнута.

В відкритої моделі кривизна тривимірного простору негативною чи (в межі) дорівнює нулю, Всесвіт нескінченна; у такому моделі рассотяния між скупченнями галактик згодом необмежено зростають.

В замкнутої моделі кривизна простору позитивна, Всесвіт кінцева (але так ж безмежна, як й у відкритої моделі); у такому моделі розширення згодом змінюється стиском.

На основі результатів спостережних даних не можна зробити жодного вибору між відкритими і замкнутої моделями. Ця неопределнность неможливо б'є по загальному характері минулого й сучасного розширення, але впливає вік Всесвіту (тривалість розширення) — величину недостатньо певну по даним спостережень.

В моделях однорідної ізотропного Всесвіту виділяється її особливе початкова стан — сингулярність. Цей стан характеризується величезної щільністю є і кривизною простору. З сингулярності починається вибухове, замедляющееся згодом розширення.

Значение постійної Хаббла (вірніше, параметра Хаббла) визначає час, минуле з початку розширення Всесвіту, що зараз становить 10−20 млрд. років.

Современная космологія малює картину Всесвіту поблизу сингулярності. У разі дуже високої температури поблизу сингулярності було неможливо існувати як молекули і атоми, а й навіть атомні ядра; існувала лише рівноважна суміш різних елементарних частинок.

Уравнения сучасної космології дозволяють знайти закон розширення однорідної і ізотропного Всесвіту роздивилися й описати зміна її фізичних параметрів у процесі розширення.

Из цих рівнянь слід, що початкові високі щільність і температура швидко падали.

Общие закони фізики надійно перевірені при ядерних плотностях, а таку щільність Всесвіт має через 10−4с з початку розширення. Отже, від цього часу стану сингулярності фізичні властивості эволюционирующей Всесвіту цілком піддаються вивченню (часом цю межу відсувають безпосередньо до сингулярності).

В останні десятиліття розвиток космології і фізики елементарних частинок дозволило теоретично розглянути саму початкову сверхплотную стадію розширення Всесвіту, що завершилася час t близько 10−36 з. Цю стадію розширення Всесвіту назвали інфляційної. І на цій стадії, коли температура була до неймовірності висока (більше 1028 До), Всесвіт розширювалася з прискоренням, а енергія в одиниці обсягу залишалася постійної.

До моменту рекомбінації, який відбувся приблизно через мільйон років по його початку розширення, Всесвіт була непрозорою для квантів світла. Тому з допомогою електромагнітного випромінювання не можна зазирнути у епоху, попередню рекомбінації. Сьогодні можна зробити з допомогою теоретичних моделей.

Вначале розширення Всесвіту її температура була настільки висока, що енергії фотонів вистачало народження пар всіх відомих частинок і складу. При температурі 1013 До у Всесвіті народжувалися і гинули (аннигилировали) пари різних частинок і їх складу. При зниженні температури до 5×1012 До майже всі протони і нейтрони аннигилировали, перетворившись на кванти випромінювання; залишилися ті їх, котрим «забракнуло «складу. Фотони, енергія яких на той час стала менше, не могли породжувати частинки й античастинки. Спостереження реліктового фону показали, що початковий надлишок частинок проти античастицами становив незначну частку (одну мільярдну) від їх загальної числа. Саме з цих «надлишкових «протонів і нейтронів переважно полягає речовина сучасної що спостерігається Всесвіту.

При температурі 2×1010 До з речовиною перестали взаємодіяти нейтрино — від цього історичного моменту мав залишитися «реліктовий фон нейтрино », знайти який, можливо, вдасться майбутньому.

Спустя лічені секунди від початку розширення Всесвіту почалася епоха, коли утворилися ядра дейтерію, гелію, літію і берилію — епоха первинного нуклеосинтезу. Тривала ця епоха приблизно 3 хвилини. Її результатом в основному стало освіту ядер гелію. Інші елементи, важчі, ніж гелій, склали мізерну частина речовини.

Определение хімічного складу (особливо зміст гелію, дейтерію і літію) найстаріших зірок і міжзоряному середовища молодих галактик одна із способів перевірки висновків теорії гарячого Всесвіту.

После епохи нуклеосинтезу (t близько 3 хв.) і по епохи рекомбінації (t близько 106 років) відбувалося спокійне розширення й остигання Вселенной.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.