Мегамир – современные концепции

 

Наиболее общепринятой в настоящее время в космологии является модель однородной изотропной нестационарной горячей расширяющейся Вселенной, построенная на основе общей теории относительности А. Эйнштейна. В основе этой модели лежат два предположения: 1) свойства вселенной одинаковы во всех ее точках(однородность) и направлениях (изотропность); 2) наилучшим известным описанием гравитационного поля являются уравнения Эйнштейна.

В 1922 г. молодой советский физик-теоретик А. А. Фридман, анализируя космологические уравнения А. Эйнштейна, пришел к выводу, что они допускают нестационарность. Существует два типа моделей Фридмана: расширяющаяся и сжимающаяся Вселенная. Выбор их определяется величиной средней плотности материи во Вселенной относительно ее критического значения. По современным представлениям r_кр » 10^-26 кг/м³. Если средняя плотность материи во Вселенной r_ср<r_кр, то это соответствует расширяющейся (открытой) Вселенной. При r_ср>r_кр галактики будут сбегаться, что соответствует сжимающейся (закрытой) Вселенной. В настоящее время для средней плотности получено значение r_ср » 10^-28 кг/м³, что соответствует открытой модели. Красное смещение, открытое Э. Хабблом, – одно их важных доказательств правильности этих представлений.

Красное смещение – это понижение частот электромагнитного излучения: в видимой области спектра линии смещаются к его красному концу. Красное смещение оказалось пропорционально расстоянию до источника, что и подтвердило гипотезу об удалении их, т. е. о расширении Метагалактики – видимой части Вселенной.

Но если галактики разбегаются, то возникает очень простой и в тоже время сложный вопрос: «А что было в начале?». Ответ на этот вопрос наука получила только во второй половине ХХ века, и сводится он к модели Большого взрыва. Суть этой теории в следующем: 15–18 млрд лет назад все вещество Вселенной находилось в сверхплотном состоянии, при сверхвысокой температуре, занимая очень малый объем: r » 10^-33 см, r » 10⁹³ г/см³, Т » 10³¹К (так называемая сингулярная точка). По словам С. Вайнберга, в начале был взрыв, который произошел одновременно везде, заполнив с самого начала все пространство.

Горячесть начального состояния подтверждена в 1965 г. американскими астрономами А. Пензиасом и Р. Вильсоном, открывшими во Вселенной новое радиоизлучение, названное И. Шкловским реликтовым. Теоретически оно было предсказано Дж. Гамовым в 1948 г. при разработке им теории происхождения химических элементов.

Возникает интересный вопрос: из чего же образовалась Вселенная? Современная наука допускает (именно допускает, но не утверждает), что все могло создаться из ничего. «Ничего» в научной терминологии называется вакуумом.

Современная квантовая механика допускает, что вакуум может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него (что подтверждается современными физическими экспериментами) – вещество. Итак, Вселенная могла образоваться из «ничего», т. е. из «возбужденного вакуума».

На этом удивительное в современной физике не кончается. Отвечая на просьбу журналиста изложить суть теории относительности в одной фразе, Эйнштейн сказал: «Раньше полагали, что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранились бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время». Перенеся этот вывод на модель расширяющейся Вселенной, можно заключить, что до образования Вселенной не было ни пространства, ни времени.

Что же было после большого взрыва? Физика элементарных частиц расписала этот процесс буквально по микродолям секунды. Были найдены приближенные простые формулы, связывающие время, плотность и температуру. При t = 10^-23 с наступила эпоха тяжелых частиц и кварков. Спустя » 100 с протоны и нейтроны начали объединяться в ядра легких элементов, и закончился этот процесс через несколько часов после большого взрыва. Когда температура Вселенной упала до 3000–3500 К, началось образование атомов водорода и гелия (t в пределах млн лет). Далее образовались молекулы, химические элементы, планеты и т. д., а оставшееся излучение продолжало остывать. По расчетам температура реликтового излучения к настоящему времени должна быть 3–3,5 К. Открытое в какой-то мере случайно при изучении радиопомех и имеющее температуру 2,7 К, оно явилось основополагающим доказательством справедливости гипотезы «Горячей Вселенной» и ее открытой модели.

Модель «раздувающейся» Вселенной позволяет непротиворечиво объяснить непростые для уразумения космологические факты.

Вселенная представляет собой сложное эволюционное целое, ее объекты нарождаются и погибают. Эволюция Вселенной имеет глобальный характер, она захватывает и мельчайшие частицы, и огромные скопления галактик.