Согласно теории Большого взрыва, вся материя была сжата в одной ...
25 января 2021 года
10:00
Согласно теории Большого взрыва, вся материя была сжата в одной ...
Текст новости:
Согласно теории Большого взрыва, вся материя была сжата в одной точке. Тогда почему там не образовалась черная дыра?
Правильно сказать так: решения уравнений ОТО в приложении к начальным условиям Вселенной дают бесконечности. Математически это называется сингулярность. А вот что там было физически - об этом науке неизвестно. Физики в настоящий момент примерно представляют, что происходило в первые доли секунды (вплоть до 10^-43 с) после Большого взрыва, а также имеют ряд гипотез, объясняющих, как именно этот Большой взрыв мог произойти. Но чтобы вот так однозначно заявить, что дескать материя вся была в одной точке - такого физического описания не существует. Это упрощение.
В целом таймлайн примерно такой:
Точка 0 - Большой взрыв. В рамках теории ОТО не моделируется, потому что все решения уходят в бессмысленные бесконечности. Как, кстати, и сингулярности черных дыр.
Период от 0 до планковского времени (10^-43 с). Все четыре основных взаимодействия (сильное, слабое, электромагнитное и гравитация) были объединены. Поскольку в настоящий момент теоретически выполнено объединение только для трех из четырех взаимодействий, то адекватного научного описания событий в эту эпоху не существует. Это одна из главных проблем космологии на сегодняшний день.
Великое объединение (от 10^-43 до 10^-36 с). В этот промежуток времени температура уже несколько снизилась (примерно до 10^27 К), квантовые эффекты поутихли, произошло отделение гравитационной силы. Название "великое объединение" обусловлено тем фактом, что при энергиях той эпохи три оставшихся взаимодействия сливаются в одно. На сегодняшний день существует несколько теорий Великого объединения, но живьем это объединение никто не наблюдал - энергии, необходимые для этого, лежат далеко за пределами возможностей современных ускорителей частиц.
Электрослабая эпоха (от 10^-36 до 10^-12 с). Вселенная продолжает расширяться, температура продолжает падать, и вот уже энергия снижается ниже предела электрослабого объединения, при котором сливаются вместе слабое взаимодействие и электромагнитное. В этом периоде есть много неясностей, хотя математические модели такого объединения существуют давно, еще академик Сахаров работал над нарушением CP-симметрии. Само нарушение электрослабой симметрии произошло ближе к концу этого периода. Считается, что именно нарушение симметрии электрослабого взаимодействия отвечает за разницу в количестве материи и антиматерии, наблюдаемую во Вселенной.
Инфляционный период (до 10^-32 с). Гипотетический процесс экспоненциального роста пространственной метрики Вселенной. За доли секунды (т.е. между 10^-33 и 10^-32 с) размеры Вселенной выросли в 10^26 раз в каждом из трех измерений. Именно инфляцией объясняется крупномасштабная однородность Вселенной. В мелком масштабе мы видим разнообразные галактики и звезды, но Вселенная в целом - место весьма однообразное. Без привлечения инфляционного периода объяснения этому наблюдаемому факту не было.
Эпоха кварков (до 10^-6 с). Температура снижается настолько, что начинают формироваться кварки. Сильное взаимодействие уже тоже отпочковалось, но температура еще слишком высокая, чтобы сформированные кварки могли объединиться в адроны (нейтроны или протоны, например). Как только энергия снизилась ниже энергии связи адронов, начала формироваться материя.
1 секунда. Температура снижается до нескольких миллиардов кельвинов. Нейтрино перестают взаимодействовать с материей. Примерно в это же время гравитация начинает формировать первые черные дыры. Размеры Вселенной все еще достаточно скромные, а плотность материи велика, поэтому в тех или иных местах Вселенной гипотетически могли образовываться первичные ЧД. Интересно, что эти ЧД могли состоять не из нейтронов и протонов, как обычные черные дыры, а из другой материи, например, тех же нейтрино. А значит, они могут оказаться как раз той таинственной темной материей, которая никак не обнаруживается, но вносит значительный гравитационный вклад в движение галактик.
2 секунды. Эпоха лептонов. В этот период во Вселенной доминировали электроны и другие частицы такого типа - лептоны. Большая часть адронов (т.е. протонов и нейтронов) уже аннигилировала с анти-адронами. А лептоны остались.
10 секунд. Эпоха фотонов. Лептоны тоже аннигилировали со своими анти-частицами с выделением фотонов. В этот период и по сей день во Вселенной начинают доминировать фотоны. Проще говоря, излучения сегодня "больше", чем материи.
20 минут. Формирование первых ядер атомов. Большая часть материи аннигилировала с антиматерией, но оставшейся все равно оказалось много. Температура снизилась до пределов, когда становится возможным ядерный синтез. Возникают первые элементы, в основном водород и его изотопы, но также гелий и литий. Наблюдение за старыми галактиками показывает, что число этих легких элементов в них согласуется с предсказанием теории Большого взрыва.
47,000 лет (и далее). Доминирование материи. В этот плотность материи настолько увеличивается, что гравитационный вклад в общую энергию Вселенной начинает преобладать. Расширение Вселенной замедляется. Примерно 9 миллиардов лет спустя, преобладать начинает темная энергия, и Вселенная вновь начинает расширяться ускоренно, что происходит и по сей день.
100,000 лет. Формируются первые молекулы. Речь, конечно, идет лишь о самых простых и стабильных молекулах, потому что температуры все еще зашкаливают по земным меркам.
370,000 лет. Формируются первые электрически нейтральные атомы. Т.е. протоны начинают захватывать электроны. У этого процесса есть важное следствие: электрически нейтральному атому гораздо сложнее захватить пробегающий мимо фотон (для этого фотон должен передать энергию электрону на орбите). Т.е. фотоны с этого момента получают возможность путешествовать по Вселенной в виде излучения свободно. До этого Вселенная была непрозрачна для излучения. Вот это самое первичное фотонное излучение мы сейчас можем наблюдать в виде микроволнового реликтового излучения. В силу красного смещения, обусловленного расширением Вселенной, изначальный спектр тех фотонов сместился в микроволновую область. Наблюдаемое реликтовое излучение - это одно из самых сильных подтверждений теории Большого взрыва.
100-300 миллионов лет. Формируются первые звезды и крупномасштабные структуры. Первые звезды - это водород и гелий. Огромные, горячие и, увы, пока не обнаруженные напрямую.
350-500 миллионов лет. Первые галактики.

Связанные объекты: #Большой взрыв (найти в новостях), #Великое объединение (найти в новостях), #Вселенная (найти в новостях), #Без (найти в новостях), #Нейтрино (найти в новостях), #ЧД (найти в новостях), #Расширение Вселенной (найти в новостях).

Текст со страницы (автоматическое получение):
Установите официальное мобильное приложение ВКонтакте и оставайтесь в курсе новостей ваших друзей, где бы вы ни находились.
Автоматическая система мониторинга и отбора информации
Источник
Другие материалы рубрики
  25 января 2021 года
10:04
Бурная жизнь скоплений галактик