Часть 4.
В прошлой части я попытался обосновать события и структуру Вселенной до момента «Большого взрыва».
Сегодня поговорим о том, как эволюционировала наша Вселенная после него.
Ранняя Вселенная находится на пороге новой вехи своей эволюции, в ней уже идут необратимые последствия – предшественники грандиозного события. Еще мгновение, или событие, и энергии начнёт свой обмен на пространство-время.
Примерно 13,8 миллиардов лет назад происходит ускоренное расширение Вселенной. Оно было настолько стремительное, что за время в 10 в -32 степени секунд Вселенная увеличилась в объёме примерно в 10 в 30 степени раз.
Следует понимать, что привычное нам пространство-время находилось в границах расширяющейся Вселенной. За границей Вселенной, возможно, были флуктуации некого поля, куда расширялась наша Вселенная, обменивая свою внутреннею энергию, то есть преобразуя эти флуктуации в привычное нам пространство-время. Естественно, чем больше расширялась Вселенная, тем меньшей плотности была её энергия, но больше было пространства-время.
Так сохранялся общий уровень энергии (по закону сохранения энергии), а флуктуации некоего поля внутри нашей Вселенной сохранялись в виде квантовых флуктуаций вакуума, порождая виртуальные частицы.
Но это всё частности. Теперь по порядку.
Первые мгновения «Большого взрыва» называются «Планковской эпохой».
Планковская эпоха – это самое раннее из доступных теоретическое описание состояния Вселенной. Планковские величины, которыми могут оперировать современные теории, характеризуется фундаментальным пределом квантовой механики.
Это не означает, что Планковская величина – это предел всего и вся, но современная физика и теории «ломается» когда переходит границы этого барьера.
Считается, что в Планковскую эпоху все фундаментальные взаимодействия были объединены в единую силу из-за физических параметров, где температура Вселенной была 10 в 32 степени Кельвинов, диаметр Вселенной был 10 в −35 степени метров, плотностью 10 в 97 степени кг/м³ и энергия 1,956⋅10 в 9 степени Джоулей.
- Планковская длина, или диаметр – это минимально возможная величина существования материи (элементарной частицы). Всё, что меньше Планковской длины, коллапсирует в сингулярность.
- Планковская плотность – это предельная плотность существования материи (элементарной частицы). Всё, что больше неё, коллапсирует в сингулярность.
- Планковская энергия – это максимально возможная энергия у элементарной частицы (например, если фотон будет обладать энергией больше, чем 10 в 19 степени ГэВ (1,956⋅10 в 9 степени Дж), то он коллапсирует в сингулярность.
Начиная с первого мгновения «Большого взрыва» и до 10 в −43 степени секунд после него эволюция Вселенной происходила с «медленным расширением». Сразу после Планковской эпохи происходит резкое экспоненциальное расширение Вселенной. Гравитационное излучение обретает самостоятельную форму, и через 10 в −42 степени секунд после момента "Большого взрыва" началась новая эпоха – эпоха Инфляции. В эту эпоху Вселенная расширялась стремительно, ускоренно.
Скорость расширения Вселенной превосходила скорость света, что никак не нарушает фундаментальные законы, так как на скорость расширения пространства все современные теории не ставят ограничений. То есть, пространство может сжиматься и расширяться со сколь угодно большой скоростью, хоть в миллионы раз быстрее скорости света.
Ускоренное расширение происходило из-за поля с максимально сильным и отрицательным давлением, порождённым, возможно, тёмной энергией. Через 10 в −36 степени секунд после момента «Большого взрыва» это поле начало распадаться, что ознаменовало окончание эпохи Инфляции. Вселенная за это время увеличилась в 10 в 50 степени раз, после чего её расширение значительно замедлилось.
Распад поля породил первое вещество – кварк-глюонную плазму. Расширяясь и остывая, из кварк-глюонной плазмы во Вселенной начали самоорганизовываться первые частицы – барионы материи. Это были протоны и нейтроны и их античастицы - антипротон и антинейтрон.
Началась эпоха Бариогенеза, продлившаяся в промежутке времени с 10 в −35 степени по 10 в −32 степени секунд с момента с «Большого Взрыва».
На каждые 1 000 000 000 частиц материи, по невыясненным до сих пор причинам, появлялось 999 999 999 частиц антиматерии.
Антиматерия - это вещество, отличающееся противоположным электрическим зарядом и квантовыми числами.
Как я писал ранее в третьей части, любую частицу можно охарактеризовать рядом квантовых чисел.
У антиматерии эти квантовые числа противоположны квантовым числам материи.
Например, квантовые числа t-кварка:
- Электрический заряд: 2/3;
- Лептонное число: 0;
- Квантовое число: 1;
- Барионное число: 1/3.
У античастицы анти-t-кварк:
- Электрический заряд -2/3;
- Лептонное число: 0;
- Квантовое число: -1;
- Барионное число: -1/3.
То же самое справедливо и для остальных частиц.
Из третьей части мы знаем, что любая частица – это колебание квантового поля, которое зависит от квантовых чисел. Так вот, для общего и условного понимания, материя характеризуется колебаниями поля в положительную сторону, а антиматерия - в отрицательную. Положительные колебания поля, сталкиваясь с отрицательными, взаимно гасятся. Этот процесс называется аннигиляцией (взаимоуничтожением).
Однако, квантовые числа не исчезают, а преобразовываются в другие частицы, которые должны обладать суммарными квантовыми числами проаннигилировавших частиц материи и антиматерии.
Проще всего описать аннигиляцию электрона и позитрона.
У электрона заряд -1, у позитрона +1;
Лептонное число электрона +1, у позитрона – 1;
Барионные числа электрона и позитрона равны 0.
Суммируем квантовые числа - получаем 0. Такими же нулевыми квантовыми числами обладает гамма кванты - фотоны.
Таким образом, вещество начало аннигилировать, заполняя пространство фотонами (электромагнитным излучением). Вся порождённая антиматерия проаннигилировала с веществом и исчезла, так как вещества было на одну миллиардную часть больше. Соответственно, вещества осталось 1/1 000 000 000 часть от изначально образовавшегося количества.
Именно эта материя и распределена теперь во Вселенной.
Данные об измерении энергии фотонов и их количестве показывают, что их в 2 миллиарда раз больше чем, материи. Это и позволило вычислить, сколько антивещества проаннигилировало.
Через 3 минуты после «Большого взрыва» температура Вселенной снизилась достаточно для начала фазового перехода, то есть образования первичных элементов из оставшейся материи. Вселенная вступала в новую эру – эпоху Нуклеосинтеза.
Протоны и нейтроны начали объединяться в атомы.
В течение нескольких минут образовалось примерно 75% Водорода, 25% Гелия и немного Лития. Образовывались стабильные изотопы водорода – Протий, Дейтерий, и изотопы Гелия – Гелий 3, Гелий 4.
Внешние условия нуклеосинтеза не позволяли образовываться элементам тяжелея Лития. Более того, сами образованные элементы ещё находились в неравновесном состоянии, но из-за высокой температуры во Вселенной процесс ионизации и обратный ему процесс рекомбинации протонов с электронами находились в равновесии. При этом температура во Вселенной всё ещё не позволяла свободно существовать водороду, что препятствовало звёздообразованию.
Гамма-кванты (фотоны) всё ещё путешествовали по образованной материи, не отделяясь от неё.
Гравитация, с дальнейшим падением температуры и расширением Вселенной, приобрела доминирующее значение.
Приблизительно через 380 000 лет после «Большого взрыва» плотность вещества снизилась настолько, что материя стала прозрачна для электромагнитного излучения. К этому времени образованного пространства во Вселенной было уже достаточно, и электромагнитное излучение начало своё путешествие по Вселенной.
То самое первое электромагнитное излучение сохраняется до сих пор и называется “реликтовым”.
Примерно в это же время Вселенная остыла настолько, что водород уже мог стабильно и самостоятельно существовать.
Период времени с 380 тыс. лет и до 550 миллионов лет после «Большого взрыва» назван «Тёмными Веками».
В это время Вселенная заполнена Водородом, Гелием, Литием, а так же более тяжёлыми элементами, вплоть до Бора. Присутствует излучение атомов водорода и изначальное реликтовое излучение. Это спокойное время для Вселенной, где отсутствуют прочие источники ионизации. Огромные массы тёмной материи начали концентрировать нейтральный водород, равномерно распределённый во Вселенной, в центрах будущих звёздообразований. Благодаря «облакам» тёмной материи, имевшим массу в несколько галактик, образовывались гравитационные колодцы, куда и стремилось вещество.
Это время недоступно для прямого наблюдения, поэтому мы можем знать о процессах, происходивших там, по косвенным признакам и теоретическим моделям.
Через 550 миллионов лет началось самое интересное, с точки зрения образования жизни и, в дальнейшем, разума. Об этом в следующей статье.
Часть 5. Смысл разума: главное небесное тело в эволюции Вселенной
================================================================
Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!
Часть 1. Смысл разума: тупиковая ветвь эволюции?
Часть 2. Смысл разума: квантовая эволюция Вселенной
Часть 3. Что было до «Большого взрыва»? Разум?
