Стандартная модель эволюции Вселенной

Эта модель предполагает что начальная температура внутри сингулярности превышала 10¹³ градусов по абсолютной шкале Кельвина. Плотность материи равнялась приблизительно 10⁹³ г/см³. В подобном состоянии неизбежно должен был произойти Большой взрыв, с которым связывают начало эволюции в стандартной модели Вселенной, называемой поэтому также моделью Большого взрыва. Предполагаемые процессы, проходившие после Большого взрыва, описаны выше. Предполагается, что такой взрыв произошел примерно 20 миллиардов лет назад и сопровождался сначала быстрым, а потом более умеренным расширением и соответственно постепенным охлаждением Вселенной. По степени этого расширения ученые судят о состоянии материи на разных стадиях ее эволюции. Полагают, например, что через 0,01 с после взрыва плотность материи с невообразимо большой величины должна была упасть до 1 0¹⁰ г/см³. В этих условиях в расширяющейся Вселенной, по-видимому, должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино, а также небольшое количество нуклонов (протонов и нейтронов). При этом могли происходить непрерывные превращения пар электрон + позитрон в фотоны и обратно - фотоны в пару электрон + позитрон. Но уже через три минуты после взрыва из нуклонов образуется смесь легких ядер: 2/3 водорода и 1/3 гелия. Остальные химические элементы образовались из этого дозвездного вещества в результате ядерных реакций. В момент, когда возникли нейтральные атомы водорода и гелия, вещество сделалось прозрачным для фотонов, и они стали излучаться в мировое пространство. В настоящее время такой остаточный процесс наблюдается в виде реликтового излучения. Это явление находится в полном соответствии с моделью «горячей Вселенной». Оно сохранилось до наших дней и наблюдается именно как реликт, или остаток, от той весьма отдаленной эпохи образования нейтральных атомов водорода и гелия.

Известный американский астроном К. Саган построил наглядную модель эволюции Вселенной, в которой космический год равен 15 миллиардам земных лет, а 1 секунда - 500 годам. Тогда в земных единицах времени эволюция представится так:

Большой взрыв Образование галактик 1 января 0 час. 0 мин

Образование Солнечной системы 10 января

Образование Земли 9 сентября

Возникновение жизни на Земле 14 сентября

Океанский планктон 25 сентября

Первые рыбы 18 декабря

Первые динозавры 19 декабря

Первые млекопитающие 24 декабря

Первые приматы 26 декабря

Первые гоминиды 29 декабря

Первые люди 31 декабря примерно в 22 часа 30 мин.

По мере расширения и охлаждения во Вселенной происходили процессы разрушения существовавших раньше симметрий и возникновения на этой основе новых структур.

Тот факт, что любая эволюция сопровождается разрушением принципа положительной обратной связи, согласно которому неравновесность и неустойчивость, возникающие в открытой системе, вследствие взаимодействия со средой со временем не ликвидируются, а наоборот, усиливаются. Это приводит в конечном счете к разрушению прежних симметрий и возникновению новой структуры. Очевидно, что о первоначальной эволюции Вселенной мы можем судить только на основании тех результатов, которые известны нам сегодня. Поэтому любая модель, которая строится для объяснения современного ее состояния, должна учитывать эти факты. Другими словами, о ранней эволюции Вселенной мы можем делать заключения только путем экстраполяции, или распространения известного на неизвестное, и выдвижения гипотез о неизвестных этапах ее развития.

Предполагают, что одним из первых результатов расширения и, соответственно, охлаждения Вселенной было нарушение симметрии между веществом и антивеществом, а именно такими разноименно заряженными материальными частицами, как электрон, несущий отрицательный заряд е^-, и позитрон с противоположным положительным зарядом е⁺. Их взаимодействие при столкновении приводит к образованию двух фотонов.

Как возникло подобное нарушение симметрии, осталось неизвестным, приходится только догадываться. Неясно также то, каким способом антивещество оказалось отделенным от вещества, и что удерживает их от аннигиляции, или уничтожения. По-видимому, здесь мы встречаемся с исторической реконструкцией. Так как частицы вещества и антивещества при взаимодействии аннигилируют, т.е. е^- + е+ —> 2у, то предполагают, что в далеком прошлом наш вещественный мир каким-то образом оказался изолированным от мира антивещественного. Иначе он не мог бы существовать вследствие процессов аннигиляции вещества и антивещества. В общих чертах формирование Вселенной, согласно стандартной модели, представляется следующим образом. Когда температура Вселенной после взрыва упала до 6 миллиардов градусов по Кельвину, первые 8 с после взрыва там существовала в основном смесь электронов и позитронов. Пока эта смесь находилась в тепловом равновесии, количество частиц разного рода оставалось примерно одинаковым. Между частицами происходили непрерывные столкновения, в результате чего возникали пары фотонов, а из столкновения последних -электрон и позитрон.

На этой стадии происходило непрерывное превращение вещества в излучение и, наоборот, излучения в вещество. Вследствие этого между веществом и излучением сохранялась симметрия. Нарушение этой симметрии произошло после дальнейшего расширения Вселенной и соответственно понижения ее температуры. Именно на этой стадии возникли более тяжелые ядерные частицы - протоны и нейтроны. Самым главным результатом этой стадии микроэволюции нашей области Вселенной было образование крайне незначительного перевеса вещества над излучением, которое оценивается примерно как излишек одного протона или нейтрона на миллиард фотонов. Как раз из этого излишка в процессе дальнейшей эволюции возникло то огромное богатство и разнообразие материальных образований, явлений и форм, начиная от атомов, молекул, кристаллов, минералов и кончая разнообразными горными образованиями, планетами, звездами и звездными ассоциациями, галактиками и скоплениями галактик.

Конечно, в стандартной модели имеется еще много неясного и спорного, но она опирается на такой твердо установленный факт, как смещение спектральных линий света, идущего от далеких галактик, который интерпретируется как удаление, или «разбегание», их от наблюдателя. Кроме того, эта гипотеза основывается на такой фундаментальной идее, как нарушение симметрий в процессе образования все новых и более сложных материальных структур и систем, которая лежит в фундаменте современной концепции системного подхода и синергетической самоорганизации. Этим, однако, не ограничивается связь синергетики со стандартной моделью Вселенной. Процессы микроэволюции Вселенной, продолжавшиеся не менее 1 0 миллиардов лет, привели к образованию молекул и тем самым явились предпосылкой для начала макроэволюции Вселенной, в результате которой возникли окружающие нас макротела, разнообразные их системы вплоть до галактических. Здесь существенное значение принадлежит различным физическим взаимодействиям. В настоящее время, как отмечалось выше, различают четыре типа физических взаимодействий. Непосредственно мы можем воспринимать два их типа:

- гравитационные взаимодействия, т.е. силы тяготения, которые действуют на все макротела и притом на достаточно больших расстояниях. Именно они, как хорошо известно, определяют движения планет, звезд, галактик и других космических систем;

- электромагнитные силы, которые играют решающую роль при образовании молекул, химических соединений, кристаллов и всех систем, которые занимают промежуточное положение между микромиром и мегамиром, состоящим из космических объектов и систем.

Остальные два типа физических взаимодействий (ядерные и слабые) непосредственно не воспринимаются человеком, но играют существенную роль при образовании разнообразных объектов микромира. Следует, впрочем, отметить, что приведенная характеристика четырех типов взаимодействий относится лишь к их современному состоянию. В ходе эволюции они соотносились иначе, а на первоначальном этапе, когда Вселенная была достаточно горячей, ядерные силы нахо-дились в симметрии с гравитационными, а силы электромагнитного взаимодействия - со слабыми взаимодействиями. Только вследствие нарушения симметрии между сильными ядерными и гравии-тационными силами стало возможным образование небесных тел, галактик и других космических систем. В свою очередь, нарушение симметрии между электромагнитными силами и слабыми вза-имодействиями привело к образованию огромного множества тел, структур и систем, которые сос-тавляют окружающий нас видимый мир. Таким образом, благодаря нарушению симметрии между разными типами физических взаимодействий стало возможно не только возникновение микро- и макрообъектов, но также последующая взаимосвязанная эволюция микроскопической и макро-скопической ветвей развития.

Микроэволюция обеспечила условия для развертывания макроэволюции. Освобождение гравитационных сил, произошедшее вследствие разрушения их симметрии с ядерными силами примерно через 700 тысяч лет после взрыва, привело к образованию звезд, галактик, их скоплений и других космических систем. В свою очередь гравитационные и ударные волны способствовали возникновению и развитию ядерных реакций внутри звезд и ядер галактик и их скоплений. Следовательно, микро- и макроэволюции дополняли друг друга, вот почему они представляют собой две ветви единого процесса. Отсюда становится ясным, что возникновение и эволюция физических, химических, геологических и других систем неорганической природы прочно укладывается в рамки космической и земной эволюции. Однако наиболее важным для понимания места человека во Вселенной является возникновение жизни на Земле и социально-экономическая и культурно-историческая эволюция человечества.