Космос - «мир, вселенная и мироздание» (др. греческий), первоначальное значение - «порядок, гармония, красота».
Впервые термин Космос для обозначения Вселенной был применён Пифагором...








Интересные сайты:




Феномен человека на фоне универсальной эволюции

Глава VI Космическая эволюция

Большой взрыв нашей Метагалактики

6.5. Большой взрыв нашей Метагалактики

В отличие от гравитационно устойчивой Вселенной с ее нулевой «бесконечной» плотностью, наша Метагалактика из-за ее конечности гравитационно неустойчива. Стало быть, расширение нашей Метагалактики — самая естественная вещь. А что ей еще делать? Только расширяться или сжиматься. Трудно себе представить стационарное состояние для столь большой и столь разреженной гравитационной системы, как наша Метагалактика.

6.5.1. Красное смещение

В 1922-1924 гг. А. А. Фридман, отказавшись от условия стационарности Вселенной (нашей Метагалактики), дал общее однородное и изотропное решение первоначальных уравнений Эйнштейна, т. е. этих уравнений без космологической постоянной [Friedmann, 1922,1924]. «Стационарность для Вселенной (нашей Метагалактики. — С. X.) невозможна — таков был вывод А. Фридмана. Но Вселенная (наша Метагалактика. — С.Х.) не обязательно должна именно сжиматься под действием тяготения. Если вначале задать всем массам скорости удаления друг от друга, то она будет расширяться, а тяготение будет только тормозить разлет. Таким образом, будет ли разлет или сжатие — зависит от начальных условий, от физики процессов, которые определили начальные скорости масс. Так была теоретически открыта необходимость глобальной эволюции Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х.) [Новиков, 1985. С. 93].

Существует два разных типа моделей Фридмана.

Если средняя плотность материи во Вселенной (в нашей Метагалактике. — С. X.) меньше некоторой критической величины или равна ей, то тогда Вселенная (наша Метагалактика. — С X) должна быть пространственно бесконечной. В этом случае современное расширение Вселенной (нашей Метагалактики. — С.Х.) будет продолжаться всегда.

В то же время, если плотность материи во Вселенной (нашей Метагалактике. — С. X.) больше той же критической величины, тогда гравитационное поле, порожденное материей, искривляет Вселенную (нашу Метагалактику. — С X.), замыкая ее на себя; Вселенная (наша Метагалактика. — С.Х.) в этом случае конечна, хотя и неограниченна, вроде поверхности сферы... Гравитационные поля достаточно сильны для того, чтобы в конце концов остановить расширение Вселенной (нашей Метагалактики. — С. X.), так что рано или поздно она начнет снова сжиматься» [Вайнберг, 1981. С. 39].

Красное смещение, обнаруженное в 1927-1929 гг. Э. П. Хабблом, показало, что реально имеет место расширение наблюдаемого мира. Речь идет о смещении спектральных линий галактик в сторону больших длин волн, которое большинством астрофизиков истолковывается сегодня как вызванное эффектом Допплера в результате их (галактик) разлета. Хаббл установил, что для расстояний, превышающих 6 • 106св. лет, скорость удаления галактики от нас прямо пропорциональна расстоянию до нее, причем коэффициент пропорциональности, который получил название постоянной Хаббла и который не зависит ни от расстояния до объекта, ни от направления на него на небе, представляет собой величину, огрубление говоря, обратно пропорциональную возрасту Метагалактики.

Определенный таким образом возраст нашей Метагалактики составляет, как говорилось, около 15 млрд лет, что согласуется с геологическим возрастом Земли (4,6 • 109лет), возрастом звездных шаровых скоплений ((10-17) • 109 лет) и возрастом нашей Метагалактики, получаемым средствами ядерной космохронологии (более (8-13)109 лет) [Зельдович, 1983. С. 14].

Закон Хаббла справедлив лишь на достаточно больших расстояниях: «Гравитационное притяжение между нашей Галактикой и ее соседями столь велико, что существенно отклоняет движения галактик „Местной группы" от универсального расширения» [Мизнер и др., 1977. Т. 2. С.466].

После открытия красного смещения, доказывающего расширение нашей Метагалактики, которое было принято за расширение всей Вселенной, космологи на время (до появления инфляционной теории — см. разд. 6.5.4) отказались от космологической постоянной Эйнштейна и связанной с ней идеи космического вакуума, поскольку Вселенная, как они решили (на наш взгляд, ошибочно — см. разд. 6.3), оказалась гравитационно неустойчивой.

6.5.2. Большой взрыв

К идее Большого взрыва Вселенной (нашей Метагалактики) космологи пришли, мысленно обращая расширение назад во времени. Если сегодня Метагалактика расширяется, то когда-то она находилась в более плотном состоянии. Принимая во внимание, какие гигантские массы здесь задействованы, нельзя не прийти к выводу о том, что это начальное состояние было чудовищно плотным и что исход из него носил взрывообразный характер.

Отнесенная ко Вселенной, идея Большого взрыва поражала воображение, приводя к выводу о существовании у нее начала: «Вселенная начинает существование из сверхплотного и сверхгорячего состояния, расширяется до максимальных размеров, а затем вновь сжимается и коллапсирует - никогда не делалось предсказания, внушающего столь благоговейное чувство. Оно противоречит здравому смыслу. Эйнштейн сам не мог поверить в свой вывод. Только наблюдения Хаббла заставили его и научную общественность отказаться от концепции вечного существования Вселенной [Мизнер и др., 1977. Т.З. С. 462].

Думается, что с открытием красного смещения произошло то, что так часто происходит с научными открытиями — преувеличение их масштаба. Без каких-либо на то оснований расширение наблюдаемого фрагмента Вселенной было отождествлено с расширением всей Вселенной (см. разд. 6.4).

6.5.3. Модель горячей Вселенной (нашей Метагалактики)

Потребовалось полтора десятилетия, чтобы Большой взрыв получил теоретическое оформление. В 1946 г. Г. Ламов выдвинул предположение о большой начальной температуре Вселенной (нашей Метагалактики), которое было развито им совместно с Р. Альфером и Р. Херманом в статье 1948 г. в модель горячей Вселенной (нашей Метагалактики). Постулировалось, что плазма и электромагнитное излучение на ранних стадиях расширения Вселенной (нашей Метагалактики) обладали высокой плотностью и температурой порядка и более 109 К. Первоначальной целью авторов этой модели было объяснение наблюдаемой распространенности химических элементов в Метагалактике. Эту задачу модель во многом решила, но она сделала и большее — предсказала электромагнитное реликтовое излучение в диапазоне от дециметровых до субмиллиметровых радиоволн, равномерно распределенное по небесной сфере и соответствующее по интенсивности тепловому излучению абсолютно черного тела при температуре около 3 К.

В ходе космологического расширения температура горячей плазмы и находящегося с ней в термодинамическом равновесии излучения падала. Через 10-23 с после Большого взрыва температура превышала 1030 К, а плотность достигала 1050 г/см3. В подобных условиях образование вещества исключалось, лишь через 10-20 с после быстрого снижения температуры образовались тяжелые элементарные частицы — протоны, нейтроны и мезоны. Примерно через 1 с после Большого взрыва температура упала до 1010 К, а плотность — до 1010 г/см3. Появившиеся более легкие элементарные частицы -электроны, нейтрино и мюоны — стали образовывать пары, которые аннигилировали в фотоны, испускавшие интенсивные световые импульсы [Аллен, Нельсон, 1991. С. 54-55].

Через несколько секунд наступил период, который длился от 2 до 1 000 с (температура упала с ~1010 до ~109 К, плотность — с ~10+5 до 10-1 г/см3) и во время которого происходило образование первичных элементов. В течение этого периода 25% барионов во Вселенной (в нашей Метагалактике) должно было превратиться в Не4 (а-частицы) и приблизительно 75% должно было остаться в виде Н1 (протонов). Появились в небольших количествах дейтерий, Не3 и Li, однако тяжелые элементы, по существу, не возникали. Они образовались позже в звездах [Мизнер и др., 1977. Т. 2. С. 441-442].

После образования первичных элементов вещество и излучение продолжали взаимодействовать тепловым образом, поддерживая друг у друга одинаковую температуру. Примерно через 300 тыс. лет после начала расширения температура упала до 3-4 тыс. К, и произошла так называемая рекомбинация протонов и электронов — плазма превратилась в нейтральный газ (водорода и гелия), в результате чего равновесие вещества с излучением нарушилось, и фотоны стали проходить через него, как через прозрачную среду. По мере расширения нашей Метагалактики температура свободно распространяющихся фотонов продолжала снижаться и к нашей эпохе составила около 3 К. Это излучение и сохранилось сегодня как реликт от эпохи рекомбинации [Физика..., 1999. С. 634-635; Новиков, 2001. С. 886]. Его обнаружение служит веским аргументом в пользу модели горячей Вселенной (нашей Метагалактики).

Существенно, что в ходе расширения нашей Метагалактики она остывает. Убывая, тепловая энергия при этом, естественно, не исчезает, но превращается в другие формы энергии, и происходит это, очевидно, некомпенсированным образом, как и в ряде других случаев (см. гл. 1 и разд. 3.1, 3.3.6, 8.4.3).





Назад     Содержание     Далее















Друзья сайта: