В начальный момент Вселенная имела гигантскую плотность и температуру. На первой секунде своего существования мир имел плотность ~1093 г/см³ и температуру ~1032К. Современная температура Солнца в тысячу раз меньше. Приблизительно через 10-35 секунд после наступления Планковской эпохи (самая ранняя эпоха в истории наблюдаемой нами Вселенной) фазовый переход вызвал экспоненциальное расширение Вселенной. Данный период получил название Космической инфляции. После окончания этого периода строительный материал Вселенной представлял собой кварк-глюонную плазму. По прошествии времени температура упала до значений, при которых стал возможен следующий фазовый переход, называемый бариогенезисом. На этом этапе кварки и глюоны объединились в барионы, такие как протоны и нейтроны. При этом одновременно происходило асимметричное образование как материи, которая превалировала, так и антиматерии, которые взаимно аннигилировали, превращаясь в излучение.
Дальнейшее падение температуры привело к следующему фазовому переходу - образованию физических сил и элементарных частиц в их современной форме. После чего наступила эпоха нуклеосинтеза, при которой протоны, объединяясь с нейтронами, образовали ядра дейтерия, гелия-4 и ещё нескольких лёгких изотопов. После дальнейшего падения температуры и расширения Вселенной наступил следующий переходный момент, при котором гравитация стала доминирующей силой. Через 380 тысяч лет после Большого взрыва температура снизилась настолько, что стало возможным существование атомов водорода (до этого процессы ионизации и рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии).
После эры рекомбинации материя стала прозрачной для излучения, которое, свободно распространяясь в пространстве, дошло до нас в виде реликтового излучения.
В течение короткого промежутка времени после Большого взрыва Вселенная была заполнена фундаментальными частицами. Эти частицы, в отличие от нуклидов, протонов и нейтронов - неделимы. Из них и состоят, собственно, протоны и нейтроны - основа ядерной материи. Это фундаментальные фермионы, взаимодействующие друг с другом посредством единого, на тот период развития Вселенной, фундаментального взаимодействия. Такое взаимодействие происходило через частицы - бозоны. Их четыре: фотон (гаммаквант), глюон и два бозона - W и - Z. А сами фундаментальные частицы, т.е. фермионы - это шесть видов кварков и шесть видов лептонов.
Именно эта группа частиц из 12 фермионов, взаимодействующих друг с другом посредством 4-х бозонов, по сути и есть зародыш Вселенной. Среди кварков и лептонов были их антиподы - античастицы, отличавшиеся от обычных частиц знаком некоторых характеристик взаимодействия. В простейшем случае - это электрический заряд. Например, один из лептонов - электрон может быть как отрицательно заряженным (е-), так и положительно (е+), в этом случае его называют позитроном. Античастицы существуют практически у всех частиц, за исключением фотона (у).
Сверхвысокие начальные температуры Вселенной приводили к столкновениям частиц и их взаимному превращению.
Диаграмма Большого взрыва - сотворения мира с основными моментами и характеристиками расширяющейся Вселенной. До 10'6 сек господствовала эпоха Великого объединения всех трех фундаментальных взаимодействий, закончившаяся слиянием кварков в адроны. На 10 секунде наступила эра доминирования излучения над веществом (радиационная эра). Лишь через 40000 лет вещество начало преобладать над излучением, что привело к образованию атомов (через 400000 лет). Эра вещества продолжается до наших дней, спустя более 13 миллиардов лет после Начала.
Возраст Вселенной
По исследованиям космического спутника WMAP9, возраст наблюдаемой Вселенной составляет 13,830 ± 0,075 млрд лет. Новые данные, полученные с помощью мощного телескопа-спутника «Планк», принадлежащего Европейскому космическому агентству, показывают, что возраст Вселенной составляет 13,798 ± 0,037 миллиарда лет (68%-й доверительный интервал). WMAP9 (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) - космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва. Запущен 30 июня 2001 года. С октября 2001 по 2009 год передавал на Землю результаты сканирования небесной сферы; на основе данных была составлена радиокарта неба на нескольких длинах волн: от 1,4 см до 3 мм. В настоящий момент выведен из эксплуатации.
Образование и развитие Вселенной по современным представлениям, основанным на теории Большого взрыва приведено на рис.
История Вселенной
Заключение
вселенная модель взрыв
Теория Большого взрыва применяется для естественнонаучного описания образования Вселенной. Отправной исторической точкой для её формирования можно считать открытие теории относительности в начале 20 века, которая позволяет по-новому описывать образование и природу энергии взаимодействия на микро и макро уровнях, череда открытий, дополнений, экспериментов продолжается до наших дней. Самые значимые из них - это: 1929 год - Эдвин Хаббл сформулировал эмпирический Закон Красного смещения для галактик (Закон Хаббла), который, если интерпретировать красное смещение как меру скорости удаления, согласуется с решениями Эйнштейновских уравнений общей теории относительности для гомогенных изотропных расширяющихся пространств. Хотя основные концепции, лежащие в основе теории расширяющейся Вселенной были хорошо известны и понятны и ранее, это утверждение, сделанное Эдвином Хабблом и Милтоном Хьюмасоном, привело к гораздо большему и широкому признанию этой точки зрения, которая утверждает, что чем больше расстояние между какими-либо двумя галактиками, тем выше скорость их взаимного удаления (то есть тем быстрее они разлетаются друг от друга); 1964 - американские радиоастрономы А. Пензиас и Р. Вилсон открыли космический фон излучения и измерили его температуру. Она оказалась равной именно 2,73 К. Подтверждение теории Гамова. В настоящее время это излучение носит название реликтового; термин ввёл советский астрофизик И.С. Шкловский.
Эксперименты современности это в первую очередь коллайдеры в Женеве, Чикаго, Новосибирске и др. городах в развитых странах мира (коллайдер - ускоритель на встречных пучках, предназначенный для изучения продуктов их соударений) - изучение частиц и полей; а также космические экспедиции и спутники - изучение космического пространства.
Модель Большого взрыва описывает раннее развитие Вселенной - начало расширения Вселенной, перед которым Вселенная находилась в сингулярном (характеризующемся бесконечной плотностью и температурой вещества) состоянии. По современным представлениям, наблюдаемая нами сейчас Вселенная возникла 13,77 ± 0,059 млрд лет назад из «сингулярного» состояния и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.