Автор: Пользователь скрыл имя, 22 Декабря 2010 в 23:39, реферат
Человек с давних пор интересовался устройством Вселенной. Звезды притягивали к себе наших предков, заставляли смотреть на них в удивлением и трепетом. Физика добилась больших успехов в изучении макроскопических и микроскопических свойств природы, однако понимание и объяснение свойств Вселенной в целом происходило не так уверенно. Извечные вопросы, которые всегда волновали человечество, во многом не разрешены до сих пор. Тем не менее, к настоящему времени сложились определенные научные представления о происхождении и эволюции Вселенной. Одним из основных затруднений при изучении астрономических и космологических явлений и объектов является то, что над ними нельзя провести контрольных экспериментов. Можно наблюдать лишь естественный ход событий.
Предполагается, что качественной состав элементарных частиц, образовавших новую Вселенную, менялся при ее расширении. Когда Вселенной «исполнилось» 10-3с, все фундаментальные взаимодействия в Природе были объединены и имели одинаковую интенсивность. Через 10-23с возникли тяжелые фундаментальные частицы – кварки и антикварки. По мере уменьшения температуры и роста времени за счет аннигиляции число пар этих тяжелых частиц уменьшилось, затем они быстро исчезали. Далее еще через 10-2с после БВ наступает время легких частиц (лептонов). Вселенная как бы «омолодилась» и практически состояла из лептонов и излучения (квантов). Затем от 1-10с Вселенная, продолжая расширяться, потеряла и эти частицы, которые при аннигиляции превратились в фотоны. Этим фотонам же не хватало энергии. Чтобы образовать электрон-позиторную пару, поэтому излучение преобладало над веществом (эпоха излучения).
Через приблизительно 100 с после БВ температура Вселенной упала до 109К, и скорости оставшихся протонов уменьшились настолько, что за счет ядерных сил притяжения они начали соединяться в ядра легких элементов , в основном гелия, затем лития и бериллия. По прошествии нескольких часов после БВ образование этих ядер закончилось. Этот период эволюции называется временем нуклеосинтеза. Далее в течении миллионов лет Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. При этом энергии фотонов были значительно больше сил связи электронов и ядер, и поэтому атомы не могли образоваться. Затем при уменьшении температуры до 104К энергия электромагнитного притяжения ядра и электрона стала больше энергии фотонов, и тогда начали образовываться атомы. Фотоны перестали взаимодействовать с веществом, как говорят космологи, - Вселенная стала прозрачной. С момента БВ до наших дней реликтовое излучение заполняет нашу Вселенную. За это время температура упала с 104К до 3К в наше время. Таким образом, РИ несет информацию о молодой Вселенной, когда ей исполнился «всего» 1млн. лет.
Теперь в рамках модели расширяющейся Вселенной можно построить схему физической истории Вселенной.
В начальный период времени прозрачная Вселенная была однородным «бульоном» из элементарных частиц, ядер, атомов и фотонов. Затем флуктуационно возникают области, где плотность материи несколько выше. Это, в свою очередь, приводят к увеличению гравитации в этих областях, а значит, к отставанию этих областей от общего темпа расширения Вселенной. Атомы и частицы в этих областях за счет уменьшения объема испытывали большое число столкновений, газ разогревался, возникали термоядерные реакции. Давление внутри области возрастало, область переставала сжиматься.
Сценарий БВ в целом оправдывает доверие научного мира. За исключением первых мгновений эволюции Вселенной, но не может объяснить конкретную причину БВ – причину «первотолчка», не дает ответа, почему мощность взрыва была не больше, и не меньше. Теория не может также объяснить причину крупномасштабной однородности Вселенной, но одновременно в меньших масштабах допускает наличие в прошлом отклонений от однородности, которые и привели впоследствии к возникновению галактик. При этом предполагается, что расширение происходит с большой степенью однородности и изотропности, а удаленные друг от друга неоднородности причинно между собой не связаны
Модель раздувающейся Вселенной
Частично эти вопросы снимает еще одна современная модель - сценарий раздувающейся вселенной (РВ). Раздувание идет экспоненциально, со скоростью, значительно большей скорости света. Объяснение этому парадоксальному выводу таково, что это был еще не наш мир со стандартным набором мировых констант, а сингулярность с квантовой гравитацией. Это модель хаотического раздувания в период времени от 10-43 до 10-32 с, и она носит также название «инфляционной Вселенной». Суть ее в том, что внутри быстро расширяющейся, перегретой Вселенной небольшой участок пространства охлаждается и начинает расширяться сильнее, подобно тому как переохлажденная вода стремительно замерзает, расширяясь при этом. Это фаза быстрого расширения позволяет устранить некоторые проблемы, присущие стандартным теориям БВ. Поскольку раздувающаяся, расширяющаяся Вселенная является принципиально открытой системой, то о возрастании энтропии в ней говорить не имеет смысла и тем самым снимается проблема теп-вакуума, лишенного вещества и излучения. Заметим, что проблема вакуума сейчас становится одной из центральных в физике.