Po paslaptingo kosmologinio singuliarumo seka ne mažiau paslaptinga Planko era (0 -10 -43 s). Sunku pasakyti, kokie procesai vyko šią trumpą naujagimio Visatos akimirką. Tačiau tikrai žinoma, kad iki Plancko momento pabaigos gravitacinė įtaka atsiskyrė nuo trijų pagrindinių jėgų, susijungusių į vieną Didžiojo susivienijimo grupę.
Norint apibūdinti ankstesnį momentą, reikia naujos teorijos, kurios dalis gali būti kilpos kvantinės gravitacijos modelis ir stygų teorija. Pasirodo, Planko era, kaip ir kosmologinis singuliarumas, yra itin maža trukmė, bet reikšminga moksliniu svoriu, turimų žinių apie ankstyvąją Visatą spraga. Be to, Plancko laikais būta savotiškų erdvės ir laiko svyravimų. Šiam kvantiniam chaosui apibūdinti galima panaudoti putojančių erdvėlaikio kvantinių ląstelių vaizdą.
Palyginti su Planko era, tolimesni įvykiai mums atrodo ryškioje ir suprantamoje šviesoje. Laikotarpiu nuo 10 -43 s iki 10 -35 s gravitacijos jėgos ir Didysis susivienijimas jau veikė jaunoje Visatoje. Šiuo laikotarpiu stiprus, silpnas ir elektromagnetinis poveikis buvo viena visuma ir sudarė Didžiojo susivienijimo jėgos lauką.
Kai nuo Didžiojo sprogimo praėjo 10 -35 s, Visata pasiekė 10 29 K temperatūrą. Tuo momentu stipri jėga atsiskyrė nuo elektrosilpnosios. Tai lėmė simetrijos pažeidimą, kuris įvairiose visatos dalyse įvyko skirtingai. Yra tikimybė, kad Visata buvo padalinta į dalis, kurios buvo atskirtos viena nuo kitos dėl erdvės ir laiko defektų. Ten gali būti ir kitų defektų – kosminių stygų ar magnetinių monopolių. Tačiau šiandien to negalime matyti dėl kito Didžiojo susivienijimo galios pasidalijimo – kosmologinės infliacijos.
Tuo metu Visata buvo pripildyta dujų iš gravitonų – hipotetinių gravitacinio lauko kvantų ir Didžiojo susivienijimo jėgos bozonų. Tuo pačiu metu leptonai ir kvarkai beveik nesiskyrė.
Kai kai kuriose visatos dalyse atsiskyrė jėgos, atsirado netikras vakuumas. Energija įstrigo aukštame lygyje, todėl erdvė padvigubėja kas 10–34 sekundes. Taip Visata iš kvantinių mastelių (viena milijardoji trilijono trilijono centimetro dalis) perėjo į maždaug 10 cm skersmens rutulio dydį.Dėl Didžiojo susivienijimo įvyko pirminės materijos fazinis perėjimas, kurį lydėjo pažeidžiant jo tankio vienodumą. Didžiojo susivienijimo epocha baigėsi maždaug 10 −34 sekundės po Didžiojo sprogimo, kai medžiagos tankis buvo 10 74 g/cm³, o temperatūra 10 27 K. sąlygomis. Šis atskyrimas lėmė kitą fazių perėjimą ir plataus masto Visatos plėtimąsi, dėl ko pasikeitė materijos tankis ir jos pasiskirstymas visoje Visatoje.
Viena iš priežasčių, kodėl mes tiek mažai žinome apie Visatos būklę iki infliacijos, yra ta, kad vėlesni įvykiai ją labai pakeitė, išsklaidydami daleles iki infliacijos amžiaus į tolimiausius visatos kampelius. Todėl net jei šios dalelės yra išsaugotos, šiuolaikinėje materijoje jas aptikti gana sunku.
Sparčiai vystantis Visatai, vyksta dideli pokyčiai, o po Didžiojo susivienijimo laikotarpio ateina infliacijos era (10 -35 - 10 -32). Šiai epochai būdingas itin greitas jaunos Visatos plėtimasis, tai yra infliacija. Šią trumpą akimirką Visata buvo netikro vakuumo vandenynas su dideliu energijos tankiu, kurio dėka tapo įmanoma plėtra. Tuo pačiu metu vakuumo parametrai nuolat keitėsi dėl kvantinių pliūpsnių – svyravimų (erdvės ir laiko putojimo).
Infliacija paaiškina Didžiojo sprogimo sprogimo pobūdį, tai yra, kodėl įvyko greitas Visatos plėtimasis. Einšteino bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinio lauko teorija buvo šio reiškinio aprašymo pagrindas. Norėdami apibūdinti šį reiškinį, fizikai sukūrė hipotetinį pripūtimo lauką, kuris užpildė visą erdvę. Dėl atsitiktinių svyravimų jis įgavo skirtingas vertes savavališkuose erdviniuose regionuose ir skirtingu laiku. Tada infliatoriaus lauke susiformavo vienoda kritinio dydžio konfigūracija, po kurios svyravimų užimta erdvinė sritis pradėjo sparčiai didėti. Dėl pripūtimo lauko noro užimti tokią padėtį, kurioje jo energija yra minimali, plėtimosi procesas įgavo vis didesnį pobūdį, dėl kurio Visata pradėjo didėti. Išsiplėtimo momentu (10 -34) netikras vakuumas pradėjo irti, dėl to pradeda formuotis didelių energijų dalelės ir antidalelės.
Visatos istorijoje prasideda hadronų era, kurios svarbus bruožas – dalelių ir antidalelių egzistavimas. Remiantis šiuolaikinėmis koncepcijomis, per pirmąsias mikrosekundes po Didžiojo sprogimo Visata buvo kvarko-gliuono plazmos būsenoje. Kvarkai yra visų hadronų (protonų ir neutronų) komponentai, o neutralios dalelės – gliuonai, stiprios sąveikos nešėjai, užtikrinantys kvarkų sukibimą su hadronais. Pirmosiomis Visatos akimirkomis šios dalelės tik susiformavo ir buvo laisvos, dujinės būsenos.
Kvarkų ir gliuonų chromoplazma paprastai lyginama su sąveikaujančios medžiagos skysta būsena. Tokioje fazėje kvarkai ir gliuonai išsiskiria iš hadroninės medžiagos ir gali laisvai judėti plazmos erdvėje, todėl susidaro spalvos laidumas.
Nepaisant itin aukštų temperatūrų, kvarkai buvo pakankamai surišti, o jų judėjimas priminė atomų judėjimą skystyje, o ne dujose. Be to, tokiomis sąlygomis įvyksta kitas fazinis perėjimas, kai šviesos kvarkai, sudarantys materiją, tampa bemasiai.
CMB stebėjimai parodė, kad pradinė dalelių gausa, palyginti su antidalelių skaičiumi, buvo nereikšminga viso kiekio dalis. Ir būtent šių protonų pertekliaus pakako sukurti Visatos substanciją.
Kai kurie mokslininkai mano, kad hadronų eroje taip pat buvo materijos slėpimas. Paslėptos masės nešėjas nežinomas, tačiau labiausiai tikėtinos laikomos tokios elementarios dalelės kaip aksionai.
Vystantis sprogimui temperatūra nukrito ir po dešimtosios sekundės pasiekė 3 * 10 10 laipsnių Celsijaus. Per vieną sekundę – dešimt tūkstančių milijonų laipsnių, o per trylika sekundžių – trys tūkstančiai milijonų. To jau pakako, kad elektronai ir pozitronai pradėtų greičiau anagyluotis. Anagiliacijos metu išsiskirianti energija pamažu sulėtino Visatos vėsimo greitį, tačiau temperatūra ir toliau mažėjo.
Laikotarpis nuo 10-4-10 s paprastai vadinamas leptonų era. Kai dalelių ir fotonų energija sumažėjo šimtą kartų, materija prisipildė leptonų-elektronų ir pozitronų. Leptonų era prasideda paskutinių hadronų skilimu į miuonus ir miuonų neutrinus ir baigiasi po kelių sekundžių, kai fotonų energija smarkiai sumažėja ir nutrūksta elektronų-pozitronų porų susidarymas.
Praėjus maždaug vienai šimtajai sekundės daliai po Didžiojo sprogimo, visatos temperatūra buvo 10 11 laipsnių Celsijaus. Tai daug karščiau nei bet kurios mums žinomos žvaigždės centras. Ši temperatūra yra tokia aukšta, kad negali egzistuoti nė vienas įprastos medžiagos komponentas, atomai ir molekulės. Vietoj to, jaunoji visata susidėjo iš elementariųjų dalelių. Viena iš šių dalelių buvo elektronai, neigiamai įkrautos dalelės, kurios sudaro išorines visų atomų dalis. Kitos dalelės buvo pozitronai, teigiamai įkrautos dalelės, kurių masė tiksliai lygi elektrono masei. Be to, buvo įvairių tipų neutrinų – vaiduokliškų dalelių, kurios neturėjo nei masės, nei elektros krūvio. Bet neutrinai ir antineutrinai vienas kito nesunaikino, nes šios dalelės labai silpnai sąveikauja tarpusavyje ir su kitomis dalelėmis. Todėl jų vis tiek reikėtų rasti aplink mus ir jie galėtų būti geras būdas išbandyti karštą ankstyvosios visatos modelį. Tačiau šių dalelių energijos dabar yra per mažos, kad jas būtų galima stebėti.
Leptonų eroje buvo tokių dalelių kaip protonai ir neutronai. Ir galiausiai Visatoje buvo šviesa, kuri, remiantis kvantine teorija, susideda iš fotonų. Proporcingai vienam neutronui ir vienam protonui buvo tūkstantis milijonų elektronų. Visos šios dalelės nuolat gimė iš grynos energijos, o vėliau buvo sunaikintos, sudarydamos kitų tipų daleles. Ankstyvosios visatos tankis esant tokioms aukštoms temperatūroms buvo keturis tūkstančius milijonų kartų didesnis nei vandens tankis.
Kaip minėta anksčiau, būtent šiuo laikotarpiu branduolinėse reakcijose vyksta intensyvus įvairių tipų vaiduoklinių neutrinų, vadinamų relikvija, gimimas.
Prasideda radiacijos era, kurios pradžioje Visata patenka į radiacijos erą. Eros pradžioje (10 s) radiacija intensyviai sąveikavo su įkrautomis protonų ir elektronų dalelėmis. Dėl temperatūros kritimo fotonai atvėso, o dėl daugybės išsibarstymo ant besitraukiančių dalelių dalis jų energijos buvo nunešta.
Praėjus maždaug šimtui sekundžių po Didžiojo sprogimo, temperatūra nukrenta iki tūkstančio milijonų laipsnių, tai yra karščiausių žvaigždžių temperatūra. Tokiomis sąlygomis protonų ir neutronų energijos nebepakanka atsispirti stipriai branduolio traukai, ir jie ima jungtis vienas su kitu, sudarydami deuterio turinčius vandenilio branduolius. Tada deuterio branduoliai prijungia kitus neutronus ir protonus ir virsta helio branduoliais. Po to susidaro sunkesni elementai – litis ir berilis. Pirminis besiformuojančios medžiagos atominių branduolių formavimasis truko neilgai. Po trijų minučių dalelės išsisklaidė taip toli, kad susidūrimai buvo reti. Pagal karštąjį Didžiojo sprogimo modelį maždaug ketvirtadalis protonų ir neutronų turėjo pavirsti helio, vandenilio ir kitų elementų atomais. Likusios elementarios dalelės suskyla į protonus, atstovaujančius įprasto vandenilio branduolius.
Praėjus kelioms valandoms po Didžiojo sprogimo, helio ir kitų elementų gamyba nutrūko. Milijoną metų visata tiesiog plėtėsi ir beveik nieko daugiau neįvyko. Tuo metu egzistavusi materija ėmė plėstis ir vėsti. Gerokai vėliau, po šimtų tūkstančių metų, temperatūra nukrito iki kelių tūkstančių laipsnių, o elektronų ir branduolių energijos nepakako tarp jų esančiai elektromagnetinei traukai įveikti. Jie pradėjo susidurti vienas su kitu, suformuodami pirmuosius vandenilio ir helio atomus (2 pav.).
Didysis sprogimas. Tai yra teorijos, tiksliau vienos iš teorijų, apie Visatos atsiradimą arba, jei norite, sukūrimo, pavadinimas. Pavadinimas, ko gero, per lengvas tokiam bauginančiam ir baimę keliančiam įvykiui. Ypač gąsdina, jei kada nors uždavėte sau labai sunkių klausimų apie visatą.
Pavyzdžiui, jei visata yra visa, kas yra, kaip tai prasidėjo? Ir kas atsitiko prieš tai? Jei erdvė nėra begalinė, tai kas yra už jos ribų? Ir į ką tiksliai šis daiktas turi būti dedamas? Kaip suprasti žodį „begalinis“?
Šiuos dalykus sunku suprasti. Be to, kai pradedi apie tai galvoti, apima baisus jausmas apie kažką didingo – baisaus. Tačiau klausimai apie visatą yra vienas iš svarbiausių klausimų, kuriuos žmonija uždavė sau per visą savo istoriją.
Susijusios medžiagos:
Žvaigždės ir žvaigždynai
Kokia buvo visatos egzistavimo pradžia?
Dauguma mokslininkų yra įsitikinę, kad visatos egzistavimo pradžią padėjo grandiozinis didelis materijos sprogimas, įvykęs maždaug prieš 15 milijardų metų. Daugelį metų dauguma mokslininkų dalijosi hipoteze, kad visatos pradžią paženklino didžiulis sprogimas, kurį mokslininkai juokaudami pavadino „Didžiuoju sprogimu“. Jų nuomone, visa materija ir visa erdvė, kuriai dabar atstovauja milijardai ir milijonai galaktikų ir žvaigždžių, prieš 15 milijardų metų tilpo mažoje erdvėje, ne didesnėje nei keli žodžiai šiame sakinyje.
Kaip susiformavo visata?
Mokslininkai mano, kad prieš 15 milijardų metų šis nedidelis tūris sprogo į mažytes daleles, mažesnes už atomus, todėl atsirado visata. Iš pradžių tai buvo mažų dalelių ūkas. Vėliau, sujungus šias daleles, susidarė atomai. Žvaigždžių galaktikos susidarė iš atomų. Nuo to Didžiojo sprogimo visata toliau plėtėsi kaip pripučiamas balionas.
Susijusios medžiagos:
Įdomūs faktai apie žvaigždes
Abejonės dėl Didžiojo sprogimo teorijos
Tačiau per pastaruosius kelerius metus visatos sandarą tyrinėjantys mokslininkai padarė netikėtų atradimų. Kai kurie iš jų abejoja Didžiojo sprogimo teorija. Ką tu gali padaryti, mūsų pasaulis ne visada atitinka mūsų patogias idėjas apie jį.
Medžiagų pasiskirstymas sprogimo metu
Viena iš problemų yra tai, kaip medžiaga pasiskirsto visoje visatoje. Kai objektas sprogsta, jo turinys tolygiai išsisklaido į visas puses. Kitaip tariant, jei medžiaga iš pradžių buvo suspausta nedideliu tūriu, o po to sprogo, tada medžiaga turėjo būti tolygiai paskirstyta Visatos erdvėje.
Tačiau tikrovė labai skiriasi nuo tikėtinų vaizdų. Mes gyvename labai netolygiai užpildytoje visatoje. Žvelgiant į erdvę, atskiri materijos gumulėliai atsiranda toli vienas nuo kito. Čia ir ten kosminėje erdvėje yra išsibarsčiusios didžiulės galaktikos. Tarp
Visatos vystymosi idėja natūraliai paskatino suformuluoti Visatos evoliucijos (gimimo) pradžios ir jos atsiradimo problemą.
pabaiga (mirtis). Šiuo metu egzistuoja keli kosmologiniai modeliai, kurie paaiškina tam tikrus materijos atsiradimo Visatoje aspektus, tačiau jie nepaaiškina pačios Visatos atsiradimo priežasčių ir proceso. Iš šiuolaikinių kosmologinių teorijų visumos tik Gamovo Didžiojo sprogimo teorija iki šiol galėjo patenkinamai paaiškinti beveik visus su šia problema susijusius faktus. Pagrindiniai Didžiojo sprogimo modelio bruožai išliko iki šių dienų, nors vėliau juos papildė amerikiečių mokslininkų A. Guto ir P. Steinhardto sukurta infliacijos teorija arba besiplečiančios Visatos teorija, kurią papildė sovietų. fizikas A.D. Linda.
1948 metais iškilus rusų kilmės amerikiečių fizikas G. Gamowas pasiūlė, kad fizinė Visata susiformavo gigantiško sprogimo, įvykusio maždaug prieš 15 mlrd. Tada visa materija ir visa Visatos energija buvo sutelkta viename mažame itin tankiame krešulyje. Jei tiki matematiniais skaičiavimais, tai plėtimosi pradžioje Visatos spindulys buvo visiškai lygus nuliui, o tankis – begalybei. Ši pradinė būsena vadinama išskirtinumas - taško tūris su begaliniu tankiu. Žinomi fizikos dėsniai singuliarumu neveikia. Šioje būsenoje erdvės ir laiko sąvokos praranda prasmę, todėl beprasmiška klausti, kur buvo šis taškas. Be to, šiuolaikinis mokslas nieko negali pasakyti apie tokios būsenos atsiradimo priežastis.
Tačiau pagal Heisenbergo neapibrėžtumo principą materijos negalima sutraukti į vieną tašką, todėl manoma, kad pradinėje būsenoje Visata turėjo tam tikrą tankį ir matmenis. Remiantis kai kuriais skaičiavimais, jei visa stebimos Visatos materija, kurios svoris yra apie 10 61 g, suspausta iki 10 94 g/cm 3 tankio, tada ji užims apie 10-33 cm 3 tūrį. Jokiame elektroniniame mikroskope jo pamatyti būtų neįmanoma. Ilgą laiką nieko nebuvo galima pasakyti apie Didžiojo sprogimo priežastis ir Visatos perėjimą prie plėtimosi. Tačiau šiandien yra keletas hipotezių, bandančių paaiškinti šiuos procesus. Jie yra infliacinio Visatos vystymosi modelio pagrindas.
Visatos „pradžia“.
Pagrindinė Didžiojo sprogimo koncepcijos idėja yra ta, kad ankstyvosiose jos atsiradimo stadijose Visata turėjo nestabilią vakuumo būseną su dideliu energijos tankiu. Ši energija atsirado iš kvantinės spinduliuotės, t.y. lyg iš nieko. Faktas yra tas, kad fiziniame vakuume nėra fiksuotų
dalelės, laukai ir bangos, bet tai nėra negyva tuštuma. Vakuume yra virtualių dalelių, kurios gimsta, trumpai egzistuoja ir iš karto išnyksta. Todėl vakuumas „verda“ su virtualiomis dalelėmis ir yra prisotintas sudėtingos sąveikos tarp jų. Be to, energija, esanti vakuume, yra tarsi skirtinguose jo aukštuose, t.y. yra vakuumo energijos lygių skirtumų reiškinys.
Kol vakuumas yra pusiausvyroje, jame yra tik virtualios (vaiduokliškos) dalelės, kurios trumpam pasiskolina energiją iš vakuumo, kad gimtų, o pasiskolinta energija greitai grąžinama, kad išnyktų. Kai dėl kokių nors priežasčių vakuumas tam tikrame pradiniame taške (singuliarumas) buvo sužadintas ir paliko pusiausvyros būseną, tada virtualios dalelės pradėjo gaudyti energiją be atatrankos ir virto tikromis dalelėmis. Galų gale, tam tikrame erdvės taške, kartu su su jomis susijusia energija susidarė daugybė tikrų dalelių. Kai sužadintas vakuumas žlugo, išsiskyrė milžiniška spinduliuotės energija, o supergalia suspaudė daleles į supertankią medžiagą. Ekstremalios „pradžios“ sąlygos, kai buvo deformuotas net erdvėlaikis, leidžia manyti, kad vakuumas taip pat buvo ypatingos būsenos, kuri vadinama „klaidingu“ vakuumu. Jai būdinga itin didelio tankio energija, kuri atitinka itin didelį medžiagos tankį. Šioje materijos būsenoje joje gali kilti stiprūs įtempiai, neigiamas slėgis, prilygstantis tokio masto gravitaciniam atstūmimui, kuris sukėlė nevaržomą ir greitą Visatos plėtimąsi – Didįjį sprogimą. Tai buvo pirmasis impulsas, mūsų pasaulio „pradžia“.
Nuo šio momento prasideda greitas Visatos plėtimasis, atsiranda laikas ir erdvė. Šiuo metu vyksta nevaržomas „erdvės burbulų“ – vienos ar kelių visatų embrionų, kurie gali skirtis vienas nuo kito savo pagrindinėmis konstantomis ir dėsniais, infliacija. Vienas iš jų tapo mūsų metagalaktikos embrionu.
Įvairiais vertinimais, „infliacijos“ laikotarpis, einantis eksponentiškai, trunka neįsivaizduojamai trumpą laiką – iki 10 – 33 s po „pradžios“. Tai vadinama infliacijos laikotarpis. Per šį laiką visatos dydis išaugo 1050 kartų – nuo milijardosios protono dydžio iki degtukų dėžutės dydžio.
Pasibaigus infliacijos fazei, visata buvo tuščia ir šalta, tačiau infliacijai išdžiūvus visata staiga tapo itin „karšta“. Šis šilumos pliūpsnis, kuris apšvietė kosmosą, atsirado dėl didžiulių energijos atsargų, esančių „klaidingame“ vakuume. Ši vakuumo būsena yra labai nestabili ir linkusi irti. Kada
skilimas baigiasi, atstūmimas išnyksta ir infliacija. O energija, surišta daugelio realių dalelių pavidalu, išsiskyrė spinduliuotės pavidalu, kuri akimirksniu įkaitino Visatą iki 10 27 K. Nuo to momento Visata vystėsi pagal standartinę „karštojo“ Didžiojo teoriją. Bang.
Ankstyvoji visatos evoliucija
Iškart po Didžiojo sprogimo Visata buvo visų rūšių elementariųjų dalelių ir jų antidalelių plazma, esanti termodinaminės pusiausvyros būsenoje 10 27 K temperatūroje, kurios laisvai transformavosi viena į kitą. Šioje grupėje egzistavo tik gravitacinė ir didelė (didžioji) sąveika. Tada Visata pradėjo plėstis, tuo pačiu sumažėjo jos tankis ir temperatūra. Tolesnė Visatos evoliucija vyko etapais ir buvo lydima, viena vertus, diferenciacijos, kita vertus, jos struktūrų komplikacijos. Visatos evoliucijos etapai skiriasi elementariųjų dalelių sąveikos charakteristikomis ir yra vadinami epochos. Svarbiausi pakeitimai užtruko mažiau nei tris minutes.
hadronų era truko 10-7s. Šiame etape temperatūra nukrenta iki 10 13 K. Tuo pačiu metu atsiranda visos keturios pamatinės sąveikos, nutrūksta laisva kvarkų egzistavimas, jie susilieja į hadronus, iš kurių svarbiausi yra protonai ir neutronai. Svarbiausias įvykis buvo pasaulinės simetrijos lūžis, įvykęs pirmosiomis mūsų Visatos egzistavimo akimirkomis. Dalelių skaičius pasirodė šiek tiek didesnis nei antidalelių skaičius. Šios asimetrijos priežastys vis dar nežinomos. Įprastoje, panašioje į plazmą, krūvoje kiekvienam milijardui dalelių ir antidalelių porų viena dalelė pasirodė esanti daugiau, jai trūko poros anihiliacijai. Tai nulėmė tolesnį materialios Visatos atsiradimą su galaktikomis, žvaigždėmis, planetomis ir protingomis būtybėmis kai kuriose iš jų.
leptono era truko iki 1 s nuo pradžios. Visatos temperatūra nukrito iki 10 10 K. Pagrindiniai jos elementai buvo leptonai, kurie dalyvavo tarpusavio protonų ir neutronų transformacijose. Šios eros pabaigoje materija tapo skaidri neutrinams; jie nustojo sąveikauti su medžiaga ir nuo tada išliko iki šių dienų.
Radiacijos era (fotonų era) truko 1 milijoną metų. Per šį laiką Visatos temperatūra sumažėjo nuo 10 milijardų K iki 3000 K. Šiame etape vyko pirminės nukleosintezės procesai, svarbiausi tolimesnei Visatos raidai – protonų ir neutronų susijungimas (ten buvo apie 8 kartus mažiau
mažiau nei protonai) į atomų branduolius. Pasibaigus šiam procesui, Visatos materiją sudarė 75% protonų (vandenilio branduolių), apie 25% buvo helio branduoliai, šimtosios procento dalys nukrito ant deuterio, ličio ir kitų šviesos elementų, po kurių Visata tapo skaidri. fotonų, nes spinduliuotė atsiskyrė nuo materijos ir suformavo tai, kas mūsų laikais vadinama reliktine spinduliuote.
Tada beveik 500 tūkstančių metų kokybinių pokyčių neįvyko – Visata lėtai vėso ir plėtėsi. Visata, nors ir išliko vienalytė, vis retėjo. Kai jis atvėso iki 3000 K, vandenilio ir helio atomų branduoliai jau galėjo užfiksuoti laisvuosius elektronus ir virsti neutraliais vandenilio ir helio atomais. Dėl to susidarė vienalytė Visata, kuri buvo trijų beveik nesąveikaujančių medžiagų mišinys: barioninės medžiagos (vandenilis, helis ir jų izotopai), leptonai (neutrinai ir antineutrinai) ir spinduliuotė (fotonai). Iki to laiko nebuvo aukštos temperatūros ir aukšto slėgio. Atrodė, kad ilgainiui Visatos laukia tolesnis plėtimasis ir vėsimas, „leptono dykumos“ susidarymas – kažkas panašaus į karščio mirtį. Bet tai neįvyko; priešingai, įvyko šuolis, sukūręs šiuolaikinę struktūrinę visatą, kuri, šiuolaikiniais skaičiavimais, užtruko nuo 1 iki 3 milijardų metų.
Visi yra girdėję apie Didžiojo sprogimo teoriją, kuri paaiškina (bent jau kol kas) mūsų visatos gimimą. Tačiau mokslo sluoksniuose visada atsiras norinčių mesti iššūkį idėjoms – beje, iš to dažnai išauga puikūs atradimai.
Tačiau Dikke suprato, kad jei šis modelis būtų tikras, tuomet nebūtų dviejų rūšių žvaigždžių – I ir II populiacijos, jaunų ir senų žvaigždžių. Ir jie buvo. Tai reiškia, kad mus supanti Visata vis dėlto išsivystė iš karštos ir tankios būsenos. Net jei tai nebuvo vienintelis Didysis sprogimas istorijoje.
Nuostabu, tiesa? Staiga pasigirdo keli tokie sprogimai? Dešimtys, šimtai? Mokslas dar turi išsiaiškinti. Dicke'as pasiūlė kolegai Peeblesui apskaičiuoti aprašytiems procesams reikalingą temperatūrą ir tikėtiną liekamosios spinduliuotės temperatūrą mūsų dienomis. Apytiksliai Peebleso skaičiavimai parodė, kad šiandien visata turėtų būti užpildyta mikrobangų spinduliuote, kurios temperatūra mažesnė nei 10 K, o Rollas ir Wilkinsonas jau ruošėsi ieškoti šios spinduliuotės, kai suskambo varpas ...
Sunkumai verčiant
Tačiau čia verta vežtis į kitą žemės kampelį – į SSRS. Arčiausiai kosminio mikrobangų fono atradimo buvo (ir taip pat darbo nebaigė!) SSRS. Per kelis mėnesius nudirbę didžiulį darbą, kurio ataskaita buvo paskelbta 1964 m., sovietų mokslininkai sudėjo, atrodė, visus dėlionės gabalėlius, trūko tik vieno. Jakovas Borisovičius Zeldovičius, vienas iš sovietinio mokslo milžinų, atliko skaičiavimus, panašius į tuos, kuriuos atliko Gamow (sovietų fizikas, gyvenantis JAV), komanda ir taip pat priėjo prie išvados, kad Visata turėjo prasidėti nuo karšto. Didysis sprogimas, dėl kurio foninė spinduliuotė pakilo iki kelių kelvinų.
Jakovas Borisovičius Zeldovičius, -
Jis netgi žinojo apie Edo Ohmo straipsnį žurnale „Bell System Technical Journal“, kuris apytiksliai apskaičiavo CMB temperatūrą, tačiau klaidingai interpretavo autoriaus išvadas. Kodėl sovietų tyrinėtojai nesuprato, kad Ohmas jau atrado šią spinduliuotę? Dėl vertimo klaidos. Ohmo straipsnyje buvo teigiama, kad jis išmatavo apie 3 K dangaus temperatūrą. Tai reiškė, kad jis atėmė visus galimus radijo trukdžių šaltinius ir kad 3 K yra likusio fono temperatūra.
Tačiau atsitiktinumo dėka ta pati (3 K) buvo atmosferos spinduliuotės temperatūra, kurią pakoregavo ir Ohmas. Sovietų specialistai klaidingai nusprendė, kad būtent šiuos 3 K Ohmas paliko po visų ankstesnių reguliavimų, juos taip pat atėmė ir liko be nieko.
Šiandien tokius nesusipratimus nesunkiai pašalintų elektroninis susirašinėjimas, tačiau septintojo dešimtmečio pradžioje Sovietų Sąjungos ir JAV mokslininkų bendravimas buvo labai sunkus. Tai buvo tokios gėdingos klaidos priežastis.
Išslydusi Nobelio premija
Grįžkime į tą dieną, kai Dicke'o laboratorijoje suskambo telefonas. Pasirodo, tuo pat metu astronomai Arno Penzias ir Robertas Wilsonas pranešė, kad jiems netyčia pavyko pagauti iš visko sklindantį silpną radijo triukšmą. Tada jie nežinojo, kad kita mokslininkų komanda savarankiškai sugalvojo tokios spinduliuotės egzistavimą ir netgi pradėjo kurti detektorių, kad galėtų jos ieškoti. Tai buvo Dicke'o ir Peebleso komanda.
Dar labiau stebina tai, kad kosminis mikrobangų fonas arba, kaip dar vadinamas, reliktas, radiacija buvo aprašyta daugiau nei dešimt metų anksčiau Visatos atsiradimo po Didžiojo sprogimo modelio rėmuose. Georgijus Gamovas ir jo kolegos. Nė viena mokslininkų grupė apie tai nežinojo.
Penziasas ir Wilsonas netyčia išgirdo apie Dicke'o vadovaujamų mokslininkų darbą ir nusprendė jiems paskambinti aptarti. Dikas atidžiai klausėsi Penziaso ir pasakė keletą pastabų. Padėjęs ragelį jis atsisuko į kolegas ir pasakė: „Vaikinai, mes pašokome“.
Beveik po 15 metų, kai daugybė matavimų įvairiais bangos ilgiais, kuriuos atliko daugelis astronomų grupių, patvirtino, kad jų atrasta spinduliuotė iš tikrųjų buvo Didžiojo sprogimo, kurio temperatūra siekia 2,712 K, reliktas, Penzias ir Wilsonas už savo darbą pasidalijo Nobelio premiją. išradimas. Nors iš pradžių jie net nenorėjo rašyti straipsnio apie savo atradimą, nes manė, kad tai yra nepagrįsta ir netelpa į stacionarios Visatos modelį, kurio laikėsi!
Teigiama, kad Penzias ir Wilsonas manytų, kad jiems užtektų būti paminėti penktomis ir šeštomis pavardėmis sąraše po Dicke'o, Peebleso, Rollo ir Wilkinsono. Šiuo atveju Nobelio premija, matyt, būtų atitekusi Dicke'ui. Bet viskas atsitiko taip, kaip atsitiko.
P.S. Prenumeruokite mūsų naujienlaiškį. Kartą per dvi savaites išsiųsime 10 įdomiausių ir naudingiausių medžiagų iš MIF tinklaraščio.
Didysis sprogimas priklauso kategorijai teorijų, kurios bando iki galo atsekti Visatos gimimo istoriją, nustatyti pradinius, esamus ir galutinius jos gyvenimo procesus.
Ar buvo kažkas prieš pasirodant visatai? Šį kertinį, beveik metafizinį klausimą mokslininkai užduoda iki šiol. Visatos atsiradimas ir evoliucija visada buvo ir tebėra karštų diskusijų, neįtikėtinų hipotezių ir vienas kitą paneigiančių teorijų tema. Pagrindinės visko, kas mus supa, kilmės versijos, remiantis bažnytine interpretacija, turėjo būti dieviškasis įsikišimas, o mokslo pasaulis palaikė Aristotelio hipotezę apie statišką visatos prigimtį. Pastarojo modelio laikėsi Niutonas, gynęs Visatos begalybę ir pastovumą, ir Kantas, savo raštuose plėtojęs šią teoriją. 1929 m. amerikiečių astronomas ir kosmologas Edwinas Hablas radikaliai pakeitė mokslininkų požiūrį į pasaulį.
Jis ne tik atrado daugybės galaktikų buvimą, bet ir Visatos plėtimąsi – nuolatinį izotropinį kosmoso dydžio didėjimą, prasidėjusį Didžiojo sprogimo momentu.
Kam esame skolingi už Didžiojo sprogimo atradimą?
Alberto Einšteino darbas apie reliatyvumo teoriją ir jo gravitacines lygtis leido de Sitteriui sukurti kosmologinį visatos modelį. Tolimesni tyrimai buvo susieti su šiuo modeliu. 1923 m. Weylas pasiūlė, kad materija, patalpinta į kosmosą, turi plėstis. Kuriant šią teoriją didelę reikšmę turi iškilaus matematiko ir fiziko A. A. Fridmano darbai. Dar 1922 metais jis leido plėstis Visatai ir padarė pagrįstas išvadas, kad visos materijos pradžia buvo viename be galo tankiame taške, o visko vystymąsi davė Didysis sprogimas. 1929 m. Hablas paskelbė savo dokumentus, paaiškinančius radialinio greičio priklausomybę atstumui, vėliau šis darbas tapo žinomas kaip "Hablo dėsnis".
G. A. Gamovas, remdamasis Friedmano Didžiojo sprogimo teorija, sukūrė idėją apie aukštą pradinės medžiagos temperatūrą. Jis taip pat pasiūlė kosminės spinduliuotės buvimą, kuri neišnyko plečiantis ir vėsstant pasauliui. Mokslininkas atliko preliminarius galimos liekamosios spinduliuotės temperatūros skaičiavimus. Jo manyta vertė buvo 1-10 K. Iki 1950 m. Gamow atliko tikslesnius skaičiavimus ir paskelbė rezultatą ties 3 K. 1964 m. radijo astronomai iš Amerikos, tobulindami anteną, pašalindami visus įmanomus signalus, nustatė parametrus. kosminės spinduliuotės. Jo temperatūra pasirodė esanti 3 K. Ši informacija tapo svarbiausiu Gamovo darbo ir kosminės mikrobangų foninės spinduliuotės egzistavimo patvirtinimu. Vėlesni kosminio fono matavimai, atlikti kosminėje erdvėje, galiausiai įrodė mokslininko skaičiavimų teisingumą. Susipažinti su reliktiniu radiacijos žemėlapiu galite adresu.
Šiuolaikinės idėjos apie Didžiojo sprogimo teoriją: kaip tai atsitiko?
Didžiojo sprogimo teorija tapo vienu iš modelių, visapusiškai paaiškinančių mums žinomos Visatos atsiradimą ir vystymąsi. Pagal šiandien plačiai priimtą versiją, iš pradžių egzistavo kosmologinis singuliarumas – begalinio tankio ir temperatūros būsena. Fizikai sukūrė teorinį Visatos gimimo pagrindimą taške, kuris turėjo nepaprastą tankio ir temperatūros laipsnį. Po Didžiojo sprogimo atsiradimo Kosmoso erdvė ir materija pradėjo nuolatinį plėtimosi ir stabilaus aušinimo procesą. Naujausių tyrimų duomenimis, visatos pradžia buvo nustatyta mažiausiai prieš 13,7 mlrd.
Prasideda Visatos formavimosi laikotarpiai
Pirmas momentas, kurio rekonstrukciją leidžia fizikinės teorijos, yra Planko epocha, kurios susidarymas tapo įmanomas praėjus 10-43 sekundėms po Didžiojo sprogimo. Medžiagos temperatūra siekė 10*32 K, o tankis 10*93 g/cm3. Per šį laikotarpį gravitacija įgijo nepriklausomybę, atsiskyrusi nuo esminių sąveikų. Nepaliaujamas temperatūros plėtimasis ir mažėjimas sukėlė elementariųjų dalelių fazinį perėjimą.
Kitas laikotarpis, pasižymėjęs eksponenciniu Visatos plėtimu, atėjo dar po 10-35 sekundžių. Ji buvo vadinama „kosmine infliacija“. Buvo staigus išsiplėtimas, daug kartų didesnis nei įprastai. Šis laikotarpis davė atsakymą į klausimą, kodėl temperatūra skirtinguose Visatos taškuose yra vienoda? Po Didžiojo sprogimo materija ne iš karto pasklido per Visatą, dar 10-35 sekundes buvo gana kompaktiška ir joje nusistovėjo šiluminė pusiausvyra, kuri nebuvo sutrikdyta infliacinio plėtimosi metu. Šis laikotarpis buvo pagrindinė medžiaga, kvarko-gliuono plazma, kuri buvo naudojama protonams ir neutronams formuoti. Šis procesas vyko toliau nukritus temperatūrai, jis vadinamas „bariogeneze“. Medžiagos atsiradimą lydėjo antimedžiagos atsiradimas vienu metu. Dvi antagonistinės medžiagos sunaikintos, tapdamos spinduliuote, tačiau vyravo įprastų dalelių skaičius, kuris leido atsirasti visatai.
Kitas fazinis perėjimas, įvykęs po temperatūros sumažėjimo, paskatino mums žinomų elementariųjų dalelių atsiradimą. Po to sekusi „nukleosintezės“ era buvo pažymėta protonų susijungimu į šviesos izotopus. Pirmieji susiformavę branduoliai turėjo trumpą gyvenimo trukmę, jie suyra neišvengiamų susidūrimų su kitomis dalelėmis metu. Stabilesni elementai atsirado jau po trijų minučių po pasaulio sukūrimo.
Kitas svarbus etapas buvo gravitacijos dominavimas prieš kitas turimas jėgas. Praėjus 380 tūkstančių metų nuo Didžiojo sprogimo, atsirado vandenilio atomas. Gravitacijos įtakos padidėjimas buvo pradinio Visatos formavimosi laikotarpio pabaiga ir paskatino pirmųjų žvaigždžių sistemų atsiradimo procesą.
Net po beveik 14 milijardų metų kosminis mikrobangų fonas vis dar išlieka. Jo egzistavimas kartu su raudonuoju poslinkiu pateikiamas kaip argumentas, patvirtinantis Didžiojo sprogimo teorijos pagrįstumą.
Kosmologinis singuliarumas
Jeigu pasitelkę bendrąją reliatyvumo teoriją ir nuolatinio Visatos plėtimosi faktą grįšime į laiko pradžią, tai visatos matmenys bus lygūs nuliui. Pradinis momentas arba mokslas negali tiksliai apibūdinti naudojant fizines žinias. Taikomos lygtys netinka tokiam mažam objektui. Reikalinga simbiozė, galinti sujungti kvantinę mechaniką ir bendrąjį reliatyvumą, bet, deja, ji dar nesukurta.
Visatos evoliucija: kas jos laukia ateityje?
Mokslininkai svarsto du galimus scenarijus: Visatos plėtimasis niekada nesibaigs arba pasieks kritinį tašką ir prasidės atvirkštinis procesas – suspaudimas. Šis esminis pasirinkimas priklauso nuo jos sudėties medžiagos vidutinio tankio vertės. Jei apskaičiuota vertė mažesnė už kritinę, prognozė yra palanki, jei ji didesnė, tada pasaulis grįš į išskirtinę būseną. Mokslininkai šiuo metu nežino tikslios aprašyto parametro reikšmės, todėl visatos ateities klausimas kyla ore.
Religijos ryšys su Didžiojo sprogimo teorija
Pagrindinės žmonijos religijos: katalikybė, stačiatikybė, islamas savaip palaiko šį pasaulio kūrimo modelį. Liberalūs šių religinių konfesijų atstovai sutinka su teorija apie visatos atsiradimą dėl kažkokio nepaaiškinamo įsikišimo, apibrėžto kaip Didysis sprogimas.
Visame pasaulyje žinomą teorijos pavadinimą – „Didysis sprogimas“ – netyčia pateikė Hoyle'o Visatos plėtimosi versijos priešininkas. Tokį sumanymą jis laikė „visiškai nepatenkinamu“. Po jo teminių paskaitų paskelbimo įdomų terminą iškart pamėgo visuomenė.
Didžiojo sprogimo priežastys nėra tiksliai žinomos. Pagal vieną iš daugelio versijų, priklausančių A. Yu. Glushko, pradinė medžiaga, suspausta į tašką, buvo juodoji hiperskylė, o sprogimą sukėlė dviejų tokių objektų, susidedančių iš dalelių ir antidalelių, kontakto. Naikinimo metu materija iš dalies išliko ir sukūrė mūsų Visatą.
Inžinieriai Penzias ir Wilson, atradę kosminę mikrobangų foninę spinduliuotę, gavo Nobelio fizikos premiją.
CMB temperatūros rodmenys iš pradžių buvo labai aukšti. Po kelių milijonų metų šis parametras pasirodė esąs gyvybės kilmę užtikrinančiose ribose. Tačiau iki šio laikotarpio pavyko susiformuoti tik nedaugeliui planetų.
Astronominiai stebėjimai ir tyrimai padeda rasti atsakymus į žmonijai svarbiausius klausimus: „Kaip viskas atsirado ir kas mūsų laukia ateityje?“. Nepaisant to, kad ne visos problemos buvo išspręstos, o pagrindinė Visatos atsiradimo priežastis neturi griežto ir harmoningo paaiškinimo, Didžiojo sprogimo teorija rado pakankamai patvirtinimų, kurie daro ją pagrindiniu ir priimtinu modeliu. visatos atsiradimas.
