Возникновение Вселенной и ее эволюция

Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва примерно 13,7 млрд. лет из особого возбужденного вакуумподобного состояния, обладающего большой размерностью и большой плотностью энергии (космологической сингулярности типа диска). В таком состоянии возникают сильнейшее напряжения и отрицательные давления, вызывающие стремительное расширение сингулярности и генерацию материи внутрь нее. При разрыве и уходе в бесконечность трех действительных пространственных координат и одной мнимой координаты (времени) возникло четырехмерное пространство-время. Остальные координаты остались свернутыми в трубочки толщиной около 10 ^-33 см. С точки зрения математики пространства с четырьмя измерениями обладают наибольшим числом особенностей. Комментарий: по-видимому, материя в таком псевдоэвклидовом четырехмерном мире обладает наибольшим числом возможных способов распределения в пространстве в каждый момент времени.

Следующая, инфляционная стадия раздувания Вселенной началась, с момента 10^-43 сек, и продолжалась, до 10^-35 сек. В ходе Большого Взрыва, т.е. космологического расширения, возмущения метрики спонтанно рождались параметрическим образом из вакуумных флуктуаций. Скалярная мода возмущения метрики привела к космологическому возмущению плотности и образованию галактик, векторная мода - обеспечила вихревое движение вещества, тензорная мода возмущения метрики породила гравитационные волны. За это время Вселенная увеличилась более чем в (10¹⁰)⁵ раз, и достигла размера порядка современного радиуса 10²⁸ см. Единое взаимодействие расщепилось сначала на гравитационное, затем на сильное и электрослабое, которое разделилось на электромагнитное и слабое. Температура начала убывать обратно пропорционально квадратному корню из времени.

Стадия горячей Вселенной началась с эры адронов при температуре 10¹² К, плотности 10¹⁴ г/см³ и длилась 10^-4 сек, было равновесие между частицами и античастицами, остались барионы (протоны и нейтроны), мезоны, античастицы пропали, т.к. их оказалось меньше, возникла барионная асимметрия Вселенной(преобладание вещества над антивеществом). Из равновесия с гамма-излучением вышли последовательно гипероны, нуклоны, мезоны. Именно из них и возникла вещественная Вселенная.

В эре лептонов при температуре большей10¹⁰ и меньшей 10¹² К и плотности меньшей 10¹⁴ и большей 10 ⁴ г/см³ в течении времени меньше 10 сек и больше 10^-4сек вымирают электрон-позитронные пары, Через 0,2 сек остаются реликтовые нейтрино существующие до настоящего времени.(пока не обнаружены экспериментально).

В эре фотонов спустя примерно 300 000 лет при температуре меньшей 10¹⁰ К и большей 3000 К и плотности меньшей 10⁴ г/см³ и большей 10 ²¹ г/см³ образуются атомы, свет (фотоны) отделяется от вещества (на каждый атом во Вселенной приходится 1млрд. реликтовых фотонов).

Последняя стадия пылевой Вселенной включает звездную эру, которая началась спустя 1 млн. лет после Большого Взрыва при температурах меньше 3000 К и плотностях меньших 10 ^–21 г/см³. Тяготение стало сжимать первичные газовые сгустки с массой порядка 10⁵ масс Солнца в плоские тела («блины») с массой 10¹³ масс Солнца, из которых образовались галактики (звездные скопления). Вспыхнули звезды первого поколения галактик.

Изменения температуры, энергии, плотности и размеров Вселенной в зависимости от времени представлены на рис.2.23.

Следует заметить, что при изучении Вселенной и её объектов проверка теорий затруднена или невозможна, вследствие чего «в астрофизике часто ошибаются, но никогда не сомневаются» (Л. Ландау). Примером служит идея Э.Б. Глиннера альтернативная инфляционной космологии «… наблюдаемая вселенная вначале была вакуумоподобна, (т.е.космологическая среда была несингулярна и лоренц- инвариантна). В ранней, несингулярной фридмановской космологии, фридмановская вселенная возникает при фазовом переходе вакуумоподобной среды в обычную среду. В течение перехода возникающая обычная среда ускоряется (причина расширения вселенной) и, в терминах сопутствующей ей системы отсчета, расширяется, переходя в конечном счете к состоянию инерциального фридмановского разлета… Идея раздувания, видимо, ошибочна…» [9].

рис 2.23. Эволюция Вселенной после Большого Взрыва. [5]