Вселенная. 
Космология о начале Вселенной. 
Модели Вселенной

Первоначальную плотность вещества Леметр назвал протоатомом с плотностью 1093 г/см³, из которого Богом был создан мир. Из этой модели следует, что понятие плотности вещества может быть использовано для определения границы применимости понятий пространства и времени: при плотности 1093 г/см³ понятия времени и пространства теряют свой обычный физический смысл. Эта модель привлекла внимание к физическому состоянию со сверхплотными и сверхгорячими физическими параметрами. Кроме этого, были предложены модели пульсирующей Вселенной: Вселенная расширяется и сжимается, но никогда не доходит до крайних пределов.

2.

2. Модель «Большого взрыва»

Наш соотечественник Г. Гамов (1904;1968) работал в Петроградском университете и был знаком с космологическими идеями А. Фридмана. В 1934 г. он был послан в командировку в

США, где остался до конца своей жизни. Под влиянием космологических идей А. Фридмана Г. Гамов заинтересовался двумя проблемами: 1) относительной распространенностью химических элементов во Вселенной и 2) их происхождением. К концу первой половина ХХ в.

велась оживленная дискуссия по этим проблемам: где могут образовываться тяжелые химические элементы, если водород (11Н) и гелий (42Н) являются самыми распространенными химическими элементами во Вселенной. Г. Гамов предположил, что химические элементы ведут свою историю от самого начала расширения Вселенной.

Модель Г. Гамова называется моделью «Большого взрыва», но она имеет и другое название: «А-Б-Г-теория». В этом названии указаны начальные буквы авторов статьи (Альфер, Бете, Гамов), которая была опубликована в 1948 г. и содержала модель «горячей Вселенной», но основная идея этой статьи принадлежала Г. Гамову.

Кратко о сути этой модели.

1. «Исходное начало» Вселенной, по модели Фридмана, было представлено сверхплотным и сверхгорячим состоянием.

2. Это состояние возникло в результате предыдущего сжатия всей материальной, энергетической составляющей Вселенной.

3. Этому состоянию соответствовал чрезвычайно малый объем.

4. Энергия-материя, достигнув некоторого предела плотности и температуры в этом состоянии, взорвалась, произошел Большой взрыв, который Гамов назвал «Космологическим Большим взрывом».

5. Речь идет о необычном взрыве.

6. Большой взрыв придал определенную скорость движения всем фрагментам исходного физического состояния до Большого взрыва.

7. Поскольку исходное состояние было сверхгорячим, то расширение должно сохранить остатки этой температуры по всем направлениям расширяющейся Вселенной.

8. Величина этой остаточной температуры должна быть приблизительно одинаковой во всех точках Вселенной. Это явление было названо реликтовым, фоновым излучением.

В 1953 г. Г. Гамов вычислил волновую температуру реликтового излучения. У него получилось 10 К. Реликтовое излучение − это микроволновое электромагнитное излучение. В 1964 г.

американские специалисты А. Пензиас и Р. Вильсон случайно обнаружили реликтовое излучение. Установив антенны нового радиотелескопа, они не могли избавиться от помех в диапазоне 7,8 см.

Эти помехи, шум шли из космоса, одинаковые по величине и по всем направлениям. При измерении этого фона излучения получили температуру меньше 10К.

Таким образом, гипотеза Г. Гамова о реликтовом, фоновом излучении подтвердилась. В своих работах о температуре фонового излучения Г. Гамов использовал формулу А. Фридмана, выражающую зависимость изменения плотности излучения во времени. В параболической (К > 0) модели Вселенной Фридман рассматривал состояние, когда излучение преобладает над веществом в неограниченно расширяющейся Вселенной.

Согласно модели Гамова в развитии Вселенной существовало две эпохи: а) преобладание излучения (физического поля) над веществом и б) преобладание вещества над излучением. В начальный период излучение преобладало над веществом, затем было время, когда их отношение было равным, и период, когда вещество стало преобладать над излучением. Гамов определил границу между этими эпохами − 78 млн лет.

2.

3. Модель «Инфляционной Вселенной»

Термин «инфляция» трактуется как вздутие. Два исследователя А. Гут и П. Сейнхардт предложили эту модель. В этой модели эволюция Вселенной сопровождается гигантским вздутием квантового вакуума: за 10−30с происходит увеличение размеров Вселенной в 1050 раз. Инфляция является адиабатическим процессом.

Он связан с охлаждением и возникновением различия между слабым, электромагнитным и сильным взаимодействием. Аналогия раздувания Вселенной может быть, грубо говоря, представлена как внезапная кристаллизация переохлажденной жидкости. Первоначально инфляционная фаза рассматривалась как «второе рождение» Вселенной после Большого взрыва. В настоящее время инфляционные модели используют понятие инфлатонного поля. Это гипотетическое поле (от слова «инфляция»), в котором благодаря случайным колебаниям образовалась однородная конфигурация этого поля размером более 10−33см.

Из нее произошло расширение и разогревание Вселенной, в которой мы живем. Описание событий во Вселенной на основе модели «Инфляционной Вселенной» полностью совпадает с описанием на основе модели Большого взрыва, начиная с 10−30с расширения. Фаза раздувания означает, что наблюдаемая Вселенная составляет только часть Вселенной. Согласно модели «Инфляционной Вселенной» предполагается следующий ход событий.

1) t − 10−45с. К этому моменту после начала расширения Вселенной ее радиус составлял приблизительно 10−50см. Это событие является необычным с точки зрения современной физики. Возможно, что ему предшествуют события, порождаемые квантовыми эффектами инфлатонного поля. Это время меньше времени «эры Планка» − 10−43с. Но это не смущает сторонников этой модели, которые проводят вычисления со временем 10−50 с;

2) t − приблизительно от 10−43 до 10−35с − эпоха «Великого объединения» или объединения всех сил физического взаимодействия;

3) t − приблизительно от 10−35до 10−5 − быстрая часть инфляционной фазы, когда диаметр Вселенной увеличился в 1050 раз. Речь идет о возникновении и образовании электронно-кварковой среды;

4) t − приблизительно от 10−5 до 105с происходит вначале удержание кварков в адронах, а затем образование ядер будущих атомов, из которых в дальнейшем образуется вещество.

Из этой модели следует, что через одну секунду от начала расширения Вселенной идет процесс возникновения вещества, разъединение его с фотонами электромагнитного взаимодействия и образования протосверхскоплений и протогалактик. Разогревание происходит в результате возникновения частиц и античастиц, взаимодействующих между собой. Этот процесс называется аннигиляцией. Авторы модели считают, что аннигиляция асимметрична в сторону образования обыкновенных частиц, из которых состоит наша Вселенная. Таким образом, основная идея модели «Инфляционной Вселенной» − исключить из космологии понятие «Большого взрыва» как особого, необычного, исключительного состояния в эволюции Вселенной. Однако в этой модели появляется не менее необычное состояние. Это состояние конфигурации инфлатонного поля. Возраст Вселенной в этих моделях оценивается в 10−15 млрд лет.

Заключение

Вселенная — это весь существующий материальный мир, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по формам, которые принимает материя в процессе своего развития.

Главные составляющие Вселенной — галактики. Солнце вместе с планетной системой входят в нашу Галактику, наблюдаемую в форме Млечного Пути. Кроме звезд и планет, Галактика содержит разреженный газ и космическую пыль.

Первыми релятивистскими моделями в космологии являются модели А. Фридмана, которые привели к созданию модели «Космологического Большого взрыва».

Исследования Э. Хаббла галактик открыли явление «разбегания галактик». Оно стало рассматриваться как подтверждение релятивистских моделей о неустойчивости плотности энергии-материи во Вселенной, т. е. возможности ее сжатия и расширения.

Открытие реликтового излучения существенно утвердило позиции модели «Большого взрыва» или «Великого космологического треска». Это излучение свидетельствует о существовании во Вселенной в далеком прошлом некоего сверхгорячего и сверхплотного состояния в чрезвычайно малом объеме.

Модели «Инфляционной Вселенной» ввели особую стадию в эволюцию Вселенной, назвав ее инфляционной, которая ведет к существенному увеличению объема Вселенной за относительно короткое время. Расширение и разогревание идет из однородной конфигурации инфлатонного поля без образования черных дыр.

Существуют также альтернативные моделям «Большого взрыва» и «Инфляционной Вселенной»: модели «Стационарной Вселенной», «Холодной Вселенной» и «Самосогласованной космологии».

Библиографический список Горелов А. А. Концепции современного естествознания. − М, 1997. − С.

34.

Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. − М.: Дашков и К°, 2007. − 540с.

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов. − М.: Академия, 2006. − 608с.

Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. − М.: Академический Проект, 2000. − 639с.

Идлис Г. М. Революции в астрономии, физике и космологии. − М., 1985. − 232с.

Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учебник. − М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2006. − 264с.

Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учебник. — М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. − С. 423−433.

Новоженов В. А. Концепции современного естествознания. − Барнаул, 2001. − С. 176−181.

Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник / А. П. Садохин. М., 2006. С.

145.

Юрина Н. М. Концепции современного естествознания: учеб. пособие / Н. М. Юрина, Л. Н. Щербакова. − Белгород, 2008. − С. 36.

Найдыш В. М. Концепции современного естествознания: Учебник. М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2004. С.423−433.

Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Академический Проект, 2000. 639с.

Садохин А. П. Концепции современного естествознания: учебник / А. П. Садохин. М., 2006. С.

145.

Горелов А. А. Концепции современного естествознания. М, 1997. С.

34.

Юрина Н. М. Концепции современного естествознания: учеб. пособие / Н. М. Юрина, Л. Н. Щербакова. Белгород, 2008. С. 36.

Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. М., 2007. С.

247.

Новоженов В. А. Концепции современного естествознания. Барнаул, 2001. С. 176.

Новоженов В. А. Концепции современного естествознания. Барнаул, 2001. С. 181.

Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учебник. М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2006. 264с.

Лихин А. Ф. Концепции современного естествознания: учебник. М.: ТК Велби, изд-во Проспект, 2006. 264с.

Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: учеб. пособие для студ. вузов. М.: Академия, 2006. 608с.