Современные концепции мегамира.

Образование Вселенной. До 20-го столетия представлялось, что Вселенная неизменна и время ее существования бесконечно. Отдельные явления, не вписывающиеся в эту парадигму, происходящие во Вселенной, считались случайными. В частности, происхождение жизни на Земле – яркий пример такого исключительного случая, произошедшего при сочетании необычно большого объема необходимых для этого факторов на земле. Впервые о том, что Вселенная расширяется было объявлено американским ученым Хабблом в 1929 году. Согласно его данным сами галактики не изменяются, но расстояние между ними со временем растет и, что чем дальше от нас галактики, тем с большей скоростью они отдаляются.

В то же время, следует отметить, что теоретические разработки в Европе опередили наблюдения Хаббла. Прежде всего, это работы советского ученого Александра Фридмана. Он, анализируя космологическую теорию Эйнштейна, основывающуюся на идее стационарности Вселенной, нашел серьезную ошибку. И уже на основе новой идеи разработал эволюционную теорию Вселенной, которая по его данным развивалась во времени. Свои результаты он послал Эйнштейну, но ответа не последовало. И Фридман опубликовал свою теорию - развивающейся Вселенной в немецком журнале в 1922 году. Статья Фридмана не привлекла к себе внимания, хотя была опубликована в очень известном журнале. Возможно, как считают многие, этому помешало непризнание теории Фридмана Эйнштейном, считавшим Вселенную стационарной. Сегодня теория Александра Фридмана, спустя почти сто лет, признана повсеместно. По его теории возможны несколько сценариев развития Вселенной. Какой из них реализуется, зависит от плотности вещества во Вселенной. Если плотность вещества больше определенного критического значения, то Вселенная, в конце концов, коллапсирует, если плотность вещества ниже этого значения, то Вселенная будет постоянно расширяться. Человечество до сих пор не знает плотность вещества во Вселенной и потому сегодня дальнейшая судьба Вселенной неизвестна.

Хаббл в 1936 году все свои результаты опубликовал в книге «Королевство туманностей». В эти годы большинство ученых приняли теорию расширяющейся Вселенной. Следовательно, если логически думать, то галактики или группы галактик разбегаются из какого-то одного центра – центра расширения. Поэтому у Вселенной должно было быть начало, до которого она должна была быть в сверхплотном состоянии. О таком состоянии в книге «Первичный атом» в 1951 году пишет автор гипотезы «Большого взрыва» Леметр. Согласно его взглядам первичная Вселенная была в виде ядра, которое при каких-то обстоятельствах начало делиться, как уран в атомной бомбе. Сегодня есть много воззрений по поводу того, что в начале своего существования Вселенная имела бесконечно малый точечный размер, меньше чем атом. В настоящее время очень много вопросов к теории «Большого взрыва», но в целом она принята и в некоторых отношениях экспериментально доказана. Поэтому можно вернуться к самому процессу от начала взрыва до формирования сегодняшней картины Вселенной.

Большинство ученых утверждают, что Большой взрыв произошел 18 млрд. лет назад. До этого Вселенная имела размер с электрон. Что происходило в точечной Вселенной, на этот вопрос не могут дать ответа ни теория относительности, ни квантовая теория. Образование элементов и веществ во Вселенной, как об этом говорит концепция Большого взрыва, происходило последовательно. В первые мгновения после взрыва состояние космоса таковым (коллосальные давление и температура), что ни один элемент, из известных сегодня, не мог существовать. Полагают, что с момента начала расширения, через 10^-4 с, размер Вселенной по радиусу составлял чуть больше сегодняшнего расстояния от земли до солнца, т. е. несколько более 150 млн. км, а температура 10¹² К. Здесь очень интересно то, что скорость расширения превышала скорость света. Этот период некоторые физики называют адронной эрой в развитии Вселенной или эрой тяжелых частиц барионов и мезонов. Наряду с ними существовали и легкие частицы – лептоны (фотоны, нейтрино и др.). Физики также считают, что одновременно с образованием частиц шло образование и античастиц. Поэтому между ними интенсивно шел процесс аннигиляции. Поскольку частиц было больше, чем античастиц, то, в конце концов, современный мир построен из частиц. Из оставшихся барионов в нашей Галактике построены звезды, планеты, межзвездный газ и все живое на Земле.

Вслед за барионной эрой наступила лептонная. В это время основной вклад вносили легкие частицы: мюоны, электроны, позитроны, нейтрино, антинейтрино, фотоны. Лептонная эра продолжалась в интервале от 10^-4 до 10 секунд и температуре от 10¹² до 10¹⁰ К, плотность вещества во Вселенной в это время составляла 1,5*10⁵ г/куб. см. Следовательно, все эти процессы сопровождались понижением плотности и завершением процессов аннигиляции.

Далее на смену лептонному времени пришло время излучения. Оно продолжалось около 1 млн. лет. Температура снизилась до 3000К, а плотность до 10^-20 г/куб. см. В этот отрезок времени основное значение в гравитации имело излучение. Вещество Вселенной тогда было в виде плазмы и эффективно поглощало, излучало и рассеивало фотоны. К концу эры излучения энергия фотонов понизилась, и они уже были неспособны ионизировать вещество, что сопровождалось образованием нейтральных атомов и излучения. В итоге вместо протонов и ядер гелия возникли атомы водорода и гелия.

С этого момента началась эра вещества, продолжающаяся по настоящее время. Экспериментальным подтверждением ситуации существования ранней Вселенной, когда еще не существовало ни звезд, ни галактик стало обнаружение в 1965 году реликтового радиоизлучения. Это излучение горячей плазмы, давшей все многообразие видимого сегодня мира, возникло в первые мгновения после начала взрыва и сегодня существует в космосе вне вещества.

Температура реликтового излучения сегодня около 2,7 К, а реликтового нейтринного излучения – 2 К. Реликтовые нейтрино несут нам информацию о том, какой была ситуация во Вселенной спустя 0,01 с после начала расширения, а реликтовое излучение (диапазон волн 0,6 – 60 см) – о ситуации через 1 миллион лет.

Основываясь на теории «Большого взрыва» ученые установили, что галактики начали возникать из газопылевых туманностей около 10 млрд. лет тому назад.