Происхождение Вселенной [Возникновение, Образование, Появление, Формирование]

Согласно современным взглядам Вселенная спонтанно (без причины) возникает в виде кванта пространства-времени. Этот процесс описывается квантовой механикой, согласно которой возникновение Вселенной имеет много возможных направле­ний. Вселенная может иметь много измерений, элементарные частицы, в том числе протоны и электроны, могут получить разные массы. Обязательно ли во Вселенной остаются четыре измерения и те соотношения между массами и зарядами эле­ментарных частиц, которые существуют в нашей Вселенной, мы не знаем. Но с точки зрения квантовой механики, возмож­но, существует много Вселенных, в которых реализуются все возможности. Но мы никогда ничего о них не узнаем. Даже само их существование навсегда останется только гипотезой, ибо между разными Вселенными в принципе не может быть никаких связей. Наша же Вселенная такова, потому что в дру­гой Вселенной мы просто не могли бы появиться.

История Вселенной начинается с 10^-43 с после момента «ноль», который мы называем моментом рождения Вселенной. До этого момента не существует ни времени, ни пространст­ва; поэтому нельзя спрашивать о том, где и когда существу­ют другие Вселенные. У них своё пространство и своё время, для нас этот вопрос просто не имеет смысла. Дело в том, что в физическом вакууме существуют только «виртуальные» (т. е. «возможные») частицы. В нем непрерывно происходит самопроизвольное рождение пар частица-античастица. Этот процесс становится возможным потому, что существует прин­цип неопределённости, который заключается в том, что произ­ведение ΔEΔt ≥ ћ, где ћ — постоянная Планка, делённая на 2π.

Если промежуток времени достаточно мал, то неопределён­ность энергии может стать настолько большой, что появятся частица и античастица, которые просуществуют время Δt. В отличие от «реальных» частиц «виртуальные» не могут слу­жить основой системы отсчёта. Поэтому в вакууме невозмож­но установить соотношения раньше-позже или право-ле­во. Но в остальном «виртуальные» частицы ничем не отлича­ются от «реальных». Они имеют массу и заряд, который проявляется в эксперименте; в частности, они образуют плотность вакуума. В нашей Вселенной в настоящее время плотность ва­куума, как это следует из спектроскопических экспериментов, имеет порядок 10^-30 кг/м³.

В момент возникновения радиус Вселенной составляет 10^-35 м, плотность 10¹⁰¹ кг/м и температура 10³⁰ K. Естествен­но, что при таких условиях ничего похожего на наш мир не было. В частности, элементарные частицы в это время не име­ли массы. Плотность определялась энергией взаимодействия между ними (E = mc²). Материя в момент возникновения Все­ленной была в состоянии физического вакуума. В отличие от обычной материи (состоящей из элементарных частиц) в физическом вакууме имеются гравитационные силы оттал­кивания.

Сразу же после возникновения Вселенная под действием этих сил начинает расширяться. Причём это расширение про­исходит с огромной скоростью: уже к моменту t = 10^-35 с после начала размеры Вселенной увеличиваются примерно в 10^{3 • 10^8} раз (это невероятное число означает единицу с трёмястами мил­лионами нулей). Такая скорость расширения не противоречит принципу максимальной скорости света, поскольку эта ско­рость относится к расширению пространства, а не к движе­нию в пространстве «реальных» частиц.

Плотность материи во Вселенной не изменяется (работа сил, вызывающих расширение, увеличивает энергию вещества, а энергия и масса связаны соотношением Эйнштейна), темпера­тура падает и тогда, когда достигает некоторого предела; ва­куум распадается, в нем возникают элементарные частицы и античастицы. Это начало формирования той Вселенной, в ко­торой мы живём.

Протоны и антипротоны

В период времени от 10^-35 до 10^-8 с важных событий не происходит, а к момен­ту времени 10^‑8 с появляются протоны и антипротоны. Плот­ность вещества к этому моменту падает до 10 кг/м³, а темпе­ратура — до 10 K. К моменту времени 10 с температура падает до 10¹⁰ K, и в процессе столкновений уже не могут возникать частицы и античастицы. В дальнейшем в реакциях аннигиля­ции исчезают все античастицы. При этом оказывается, что ча­стиц было несколько больше. На 1 000 000 000 античастиц (ан­типротонов и позитронов) приходилось 1 000 000 001 частица (протонов и электронов). В результате сейчас наш мир состо­ит из протонов и электронов, а не из антипротонов и позитро­нов. Причина таится в особенностях процессов, происходив­ших в период времени до 10^-35 с.

Ядерные реакции

Примерно в течение времени от 1 до 300 с происходят ядерные реакции слияния протонов и нейтронов, в результате че­го образуются дейтерий, гелий и литий. Количество образо­вавшихся дейтерия и гелия зависит от плотности вещества в момент их образования, а значит, и от средней плотности ве­щества в настоящий момент. Расчёт показывает, что доля ге­лия по весу должна составлять от 25 до 30%. Это хорошо со­гласуется с современными значениями. Более тяжёлые эле­менты образовались в звёздах.

В следующий миллион лет продолжается расширение Вселенной, сопровож­дающееся постепенным уменьшением температуры. Первое вре­мя температура достаточно высока, чтобы газ оставался иони­зованным. Но ионизованный газ (плазма) сильно взаимодей­ствует с излучением, и их температуры остаются равными. Но как только температура во Вселенной падает до 4000 K, а это происходит примерно через миллион лет после начала расши­рения, начинается рекомбинация атомов и излучение «отры­вается» от вещества. С этого момента излучение и вещество ведут себя по-разному. Материал с сайта http://wiki-what.com

Излучение, возникшее в тот момент, когда температура по­низилась до 4000 K, приходит к нам в настоящее время из областей, удалённых на многие миллиарды световых лет. По закону Хаббла эти области удаляются от нас со скоростями, близкими к скорости света. Эффект Доплера в этом случае ко­лоссален. Для изменения длин волн в данном случае следует использовать сложную формулу теории относительности:

(λ — λ₀) / λ₀ = Δλ / λ = z = √((c + v) / (c — v)),

где z для реликтового излучения примерно равно 1000, т. е. пришедшее к нам излучение должно иметь максимум в длине волны около 1 мм, поскольку по закону Вина T = 4000 K. Максимум излучения приходится на длину волны, равную 725 нм. Это излучение было открыто в 1965 г. Как и ожидалось, оно приходит к нам со всех направлений с одинаковой интенсивностью, т. е. вещество в момент отрыва излучения было действительно в высокой степени однородно.

• Формирование галактик.
• Формирование звёзд.
• Формирование планетных систем.