Реферат: Происхождение Вселенной. Большой взрыв

Московский государственный

открытый университет

филиал г. Сафоново

Курсовая работа

По предмету

«Теоретические основыпрогрессивных технологий»

Тема:

«Происхождение вселенной.

Большой взрыв»

Выполнила: Белозерская

Лариса Мирзоджоновна

Специальность060800 П

КурсI

Шифр зачетки3041662

Проверил:ст. преподаватель

СкрипкаМ.В.

г. Сафоново 2005 г.

Содержание:

TOC o «1-3»

Содержание:____________________________________________ PAGEREF _Toc467959005 h 2

1. Введение_____________________________________________ PAGEREF _Toc467959006 h 3

2. Реликтовое излучение__________________________________ 4

3. Сценарий далекого прошлого.__________________________ PAGEREF _Toc467959009 h 4

4. Большой Взрыв_______________________________________ 8

5. Эволюция вещества___________________________________ 11

5.1. Адронная эра.____________________________________ 12

5.2. Лептонная эра.____________________________________ 13

5.3. Фотоннаяэра или эра излучения.___________________ 14

5.4. Звезднаяэра._____________________________________ 16

6. Критикасовременной теории Большого Взрыва__________ 16

7. Вывод______________________________________________ 19

8. Глоссарий __________________________________________ 21

9. Список используемойлитературы______________________ 23

10. Расчетнаячасть_____________________________________ 24

1.Введение.

Космология — это физическое учение оВселенной, включающее в себя теорию всего охваченного астрономическиминаблюдениями мира как части Вселенной.

Величайшим достижениемсовременной космологии стала модель расширяющейся Вселенной, названная теориейБольшого взрыва.

Согласно этой теории,всё наблюдаемое пространство расширяется. Но что же было в самом начале? Всёвещество в Космосе в какой-то начальный момент было сдавлено буквально в ничто- спрессовано в одну-единственную точку. Оно имело фантастически огромнуюплотность — её практически невозможно себе представить, она выражается числом,в котором после единицы стоят 96 нулей, — и столь же невообразимо высокуютемпературу. Астрономы назвали такое состояние сингулярностью.

В силу каких-то причинэто удивительное равновесие было внезапно разрушено действием гравитационныхсил — трудно даже вообразить, какими они должны были быть при бесконечноогромной плотности «первовещества»!

Этому моменту учёныедали название «Большой взрыв». Вселенная начала расширяться иостывать.

Следует отметить, чтовопрос о том, каким же было рождение Вселенной — «горячим» или«холодным», — не сразу был решён однозначно и занимал умы астрономовдолгое время. Интерес к проблеме был далеко не праздным — ведь от физическогосостояния вещества в начальный момент зависит, например, возраст Вселенной.Кроме того, при высоких температурах могут протекать термоядерные реакции.Следовательно, химический состав «горячей» Вселенной долженотличаться от состава «холодной». А от этого в свою очередь зависятразмеры и темпы развития небесных тел...

На протяжениинескольких десятилетий обе версии — «горячего» и«холодного» рождения Вселенной — существовали в космологии на равных,имея и сторонников, и критиков. Дело оставалось «за малым» — следовало подтвердить их наблюдениями.

2.Реликтовое излучение.

Современная астрономия на вопрос о том, существуют лидоказательства гипотезы горячей Вселенной и Большого взрыва, может датьутвердительный ответ. В 1965 г. было сделано открытие, которое, как считаютучёные, прямо подтверждает то, что в прошлом вещество Вселенной было оченьплотным и горячим. Оказалось, что в космическом пространстве встречаютсяэлектромагнитные волны, которые родились в ту далёкую эпоху, когда не было ещёни звёзд, ни галактик, ни нашей Солнечной системы.

Возможность существования такого излучения былапредсказана астрономами гораздо раньше. В середине 1940гг. американский физикДжордж Гамов (1904-1968) занялся проблемами возникновения Вселенной ипроисхождения химических элементов. Расчёты, выполненные Гамовым и егоучениками, позволили представить, что во Вселенной в первые секунды еёсуществования была очень высокая температура. Нагретое вещество«светилось» — испускало электромагнитные волны. Гамов предположил,что они должны наблюдаться и в современную эпоху в виде слабеньких радиоволн, идаже предсказал температуру этого излучения — примерно 5-6 К.

В 1965 г. американские учёные радиоинженеры Арно Пензиас иРоберт Уилсон зарегистрировали космическое излучение, которое нельзя былоприписать никакому известному тогда космическому источнику. Астрономы пришли квыводу, что это излучение, имеющее температуру около 3 К, — реликт (от лат.«остаток», отсюда и название излучения — «реликтовое») техдалёких времён, когда Вселенная была фантастически горяча. Теперь астрономысмогли сделать выбор в пользу «горячего» рождения Вселенной. А.Пензиас и Р. Вильсон, получили в 1978 г. Нобелевскую Премию за открытиекосмического микроволнового фона (такового официальное название реликтовогоизлучения) на волне 7,35 см.

3.Сценарий далекого прошлого.

Большим взрывом называется явление возникновения Вселенной.В рамках этой концепции полагается, что начальным состоянием Вселенной былаточка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия.Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи. Конкретные свойства точкисингулярности неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состояниюсингулярности.

Приблизительнаяхронология событий, последовавших с нулевого момента времени — начала расширения,представлена ниже:

Время с начала взрыва

Температура

(градусы Кельвина)

Событие

Следствия

0 — 5*10-44 секунды

1,3*1032

Никаких достоверных сведений нет

5*10-44 — 10-36 секунды

1,3*1032 – 1028

Начало действия известных физических законов, эра инфляционного расширения

Расширение Вселенной продолжающееся и поныне

10-36 — 10-4 секунды

1028– 1012

Эра промежуточных бозонов, а затем – адронная эра, существование свободных кварков

10-4 — 10-3 секунд

1012 – 1010

Возникновение частиц и античастиц из свободных кварков, а также их аннигиляция, возникновение прозрачности вещества для нейтрино

Возникновение барионной асимметрии, появление нейтринного реликтового излучения

10-3 — 10-120 секунд

1010 – 109

Протекание ядерных реакций синтеза ядер гелия и некоторых других легких химических элементов

Установление первичного соотношения химических элементов

Между 300 тысячами — 1 миллионом лет

3000 – 4500

Завершение эры рекомбинации

Появление Реликтового излучения и нейтрального газа

1 миллион — 1 миллиард лет

4500 – 10

Развитие гравитационных неоднородностей газа

Образование звезд и галактик

Относительно условий и событий, происходивших донаступления момента 5·10-44секунды — окончания первого кванта времени — никаких достоверных сведений нет.О физических параметрах той эры можно лишь сказать, что тогда температура была 1,3·1032К, аплотность материи около 1096кг/м3. Приведенные значения являются предельными для применениясуществующих теорий. Они вытекают из соотношений скорости света, гравитационнойпостоянной, постоянных Планка и Больцмана и называются “планковскими”.

События периода с 5·10-44по 10-36 секунды отражаетмодель “инфляционной Вселенной”, описание, которой затруднительно и не можетбыть дано в рамках этого изложения. Однако следует отметить, что согласно этоймодели расширение Вселенной происходило без уменьшения объемной концентрацииэнергии и при отрицательном давлении первичной смеси вещества и энергии, т.е.,как бы, отталкивании материальных объектов друг от друга, вызвавшем расширениеВселенной, продолжающееся и поныне.

Далее, начиная с момента 10-36 секунды от начала взрыва, события описываются врамках модели “горячей Вселенной”.

Для понимания процессов, протекавших в период 10-36-10-4 секундс начала взрыва, требуется глубокое знание физики элементарных частиц. В этотпериод электромагнитное излучение и элементарные частицы — различные видымезонов, гипероны, протоны и антипротоны, нейтроны и антинейтроны, нейтрино иантинейтрино и т.п. существовали в равновесии, т.е. их объемные концентрациибыли равны. Очень важную роль в это время играли вначале поля сильных, а затемслабых взаимодействий.

В период 10-4 — 10-3секунды происходило формирование всего множества элементарных частиц, которые,преобразуясь одни в другие, и составляют ныне всю Вселенную. Произошлааннигиляция подавляющего большинства элементарных частиц и античастиц,существовавших ранее. Именно в этот период появилась барионная асимметрия,которая оказалась следствием очень малого, всего на одну миллиардную долю,превышения количества барионов над антибарионами. Оно возникло, судя по всему,сразу после эры инфляционного расширения Вселенной. При температуре 1011градусовплотность Вселенной уже снизилась до величины, характерной для атомных ядер, Вэтот период уменьшение температуры вдвое происходило за тысячные доли секунды.В это же время родилось существующее и ныне реликтовое нейтринное излучение.Однако, несмотря на его значительную плотность, составляющую не менее чем 400 штук/см3, и возможностьполучить с его помощью важнейшую информацию о том периоде формированияВселенной, его регистрация пока не реализуема.

В период с 10-3по 10-120 секунд в результате термоядерных реакций образовалисьядра гелия и очень малое количество ядер некоторых других легких химическихэлементов, а значительная часть протонов — ядер водорода — объединению ватомные ядра не подверглась. Все они остались погруженными в “океан” свободныхэлектронов и фотонов электромагнитного излучения. С этого момента в первичномгазе установилось соотношение: 75- 78%водорода и 25-22% гелия — по массам этих газов.

В период между 300тысячами и 1 миллионом лет температура Вселенной понизилась до 3000 — 45000 К и наступила эрарекомбинации. Свободные прежде электроны объединились с легкими атомными ядрамии протонами. Образовались атомы водорода, гелия и некоторое количество атомовлития. Вещество стало прозрачным и реликтовое излучение, наблюдаемое до сихпор, “отделилось” от него. Все наблюдаемые ныне особенности реликтовогоизлучения, например, флуктуации температуры его потоков приходящих от разныхучастков на небесной сфере или их поляризация отражают картину свойств ираспределения вещества в то время.

В течение последующего — первого миллиарда летсуществования Вселенной ее температура снизилась от 3000 — 45000 К до 300 К. В связи с тем, что к этому периоду времениво Вселенной еще не образовалось источников электромагнитного излучения –звезд, квазаров и т.п., а реликтовое излучение уже остыло, эту эпоху называют“Темным возрастом” Вселенной.

Тогда же неоднородности плотности смеси первичных газов,возникшие, вероятно, еще на этапе “инфляционного расширения” Вселенной,уплотнялись под действием гравитационных сил. Компьютерное моделирование этихпроцессов показывает, что это должно было приводить к образованию гигантскихзвезд с массами в миллионы масс Солнца. По причине таких огромных масс, этизвезды разогревались до очень высоких температур и потому проходили весь свойпуть эволюции в течение нескольких десятков миллионов лет, а затем взрывалиськак сверхновые.

Нагретые до огромных температур поверхностей этих звездпорождали мощные потоки ультрафиолетового излучения, которые произвелиповторную ионизацию атомов находящихся в свободном от звезд космическомпространстве. Наступила, так называемая, эпоха переионизация. Образовавшаясяплазма сильно рассеивала электромагнитное излучение в его коротковолновыхспектральных диапазонах. Вселенная, как бы погрузилась в густой туман. Толькодля длинноволнового реликтового излучения эта среда оказалась прозрачной.

Эти гигантские звезды послужили первыми во Вселеннойисточниками более тяжелых, чем литий химических элементов. Вслед за темпоявилась возможность формирования космических объектов второго поколения,содержащих ядра этих атомов. Звезды второго поколения начали формироваться изсмеси тяжелых атомов, а также атомов первичных водорода и гелия. Они и звездыпоследующих поколений уже не были столь массивными и горячими, как звездыпервого поколения, поэтому потоки ультрафиолетового ионизирующего излучения отних были значительно меньше. Произошла повторная рекомбинация большинстваатомов межзвездного и межгалактического газов и пространство вновь стало, восновном, прозрачным для электромагнитного излучения во всех его спектральных диапазонах. КартинаВселенной стала, практически такой, какой мы ее наблюдаем сегодня.

Итак, в результатеБольшого взрыва 13-20 млрд. лет назад начал действовать уникальный ускорительчастиц, в ходе работы которого непрерывно и стремительно сменяли друг другапроцессы рождения и гибели (аннигиляции) разнообразных частиц.

4. Большой Взрыв.

Предыдущаявселенная перед взрывом состояла из небольшого количества почти полностьювыгоревших галактик. Основным элементом в этих галактиках было железо.Вселенную освещали только жёлтые и красные звёзды, но горели они значительноярче, чем сейчас.Если во вселенной и существовала жизнь, то она быласосредоточена вокруг этих звёзд и была обречена на гибель. В центре вселеннойнаходилась «ЧЁРНАЯ ДЫРА», в которую и падали все эти галактики. А вцентре «ЧЁРНОЙ ДЫРЫ» находилась гигантская звезда, размерамипревосходящая самую большую галактику. Эта звезда под действием гравитациисжималась, и сначала кванты энергии начали входить друг в друга, образуя единыйквант энергии, имеющий положительный заряд. При дальнейшем сжатии началсямгновенный переход вакуума в энергию. Стоит более подробно остановиться наприроде вакуума. Распадаться могут не только элементарные частицы, но и самквант. При этом образуются кванты с дробным зарядом. Кванты энергии, имеющиедробный заряд, меньше единицы, не могут иметь полей. Из этих квантов энергии,не имеющих полей, и ничто-пустоты и состоит вакуум. Эти неполноценные квантыназываются «Снарками». Для того чтобы несколько снарков превратилисьв полноценный квант, необходимо, чтобы они вошли друг в друга. Для этого надоогромное давление. Такое давление и создала первичная звезда.

Как только давление достигло критическогоуровня, весь вакуум внутри первичного тела мгновенно превратился в энергию. Всеполя являются энергиями, а энергии возникают в результате взаимодействия двухобъектов, имеющих разный энергетический уровень. Если одного из составляющихнет, то и создание энергии, а значит и полей, невозможно. Вакуум, игравший рольобъекта, имеющего низкий энергетический уровень, превратился в энергию, икванту стало не с чем взаимодействовать, для создания полей. Гравитационноеполе мгновенно уменьшилось, и звезда вышла из коллапса. Сжатие ядра гигантскойзвезды уменьшилось, и она сбросила наружную оболочку. Произошел эффект сжатойпружины, которая, при уменьшении сжатия, распрямляется. Кванты подобнойэнергетической плотности в природе существовать не могут. Для уменьшения своейэнергетической плотности он должен был увеличить длину волны, а, значит,увеличиваться в объёме. При взаимодействии протокванта и внешнего вакуума,образовалось гигантское электрическое поле. Именно из этого электрического поляи вакуума и стали образовываться протоны. Энергию электрического поляподдерживал протоквант, теряя энергию на его поддержание. Этот суперфотонувеличивался в объёме со скоростью света, и протоны оказывались внутри этогокванта, так как двигаться со «скоростью света» протоны не могли. Этозапрещено теорией относительности. Любая элементарная частица состоит из квантаэнергии и вакуума. Плотность вакуума внутри элементарной значительно выше, чемв окружающем пространстве. Количество вакуума в природе ограничено, а так какна создания вещества тратилось большое количество вакуума, это привело крезкому уменьшению вселенной. Вселенная стала сжиматься.

Сжатиевселенной происходило так быстро, что вещество внешней оболочки звезды,оказалось перемешанным с вновь созданным веществом. Каждая новая вселеннаянаследует часть вещества от старой вселенной. Когда энергия протокванта былаизрасходована на создание протонов, нечем стало поддерживать энергию электрическогополя, и электрическое поле должно было начать уменьшаться. Электрическое полестремится любой ценой сохранить свой потенциал, даже ценой изменения своегозаряда, на противоположный. На спаде потенциала, из энергии поля, сталисоздаваться электроны. Когда энергетическая плотность поля, стала не достаточнадля создания электронов, оно разбилось на фотоны, и по периметру взрываобразовалась гигантская вспышка, состоящая из фотонов. Фотоны, продолжаядвигаться в том же направлении, прошли через второй центр, (наша вселеннаяотносится к двухцентовым объектам) и толкнули внешние электроны в центрвселенной. Из центра вселенной двигались протоны и некоторое количествовещества от предыдущей вселенной, а навстречу им электроны, получившие моментимпульса от фотонов, и образовалось два встречных потока. Образовалисьгигантские вихри аналогичные земным циклонам.

Циклоныне просто внешне напоминают спиральные галактики, у них и природа одинаковая. Вцентре такого вихря высокая плотность вещества, а вот момент импульса равеннулю. На периферии наоборот плотность вещества низкая, а момент импульсабольшой. В результате взаимодействия электронного и протонного потокаобразовалось большое количество спиральных галактик. Поскольку в центрегалактики вещество не имело момента импульса, то протоны сразу же собрались вгигантские звёзды, и сразу начались термоядерные реакции. Большой Взрыв был нетаким эффектным, как считают физики, но очень эффективным. Большая частьэнергии превратилась в вещество. Фактически взрыва, как такового, и не было.Было превращение энергии в вещество по всему объёму вселенной. Доказательствомэтого является то, что наша вселенная однородна и изотропна. Это означает, чтов любой сфере, с диаметром ~ равным 300 световых лет, количество галактикприблизительно равно. Однородность и изотропность вселенной, принято называтьКосмологическим Принципом. При взрыве, который предложен физиками, такогоэффекта быть не может. Это возможно только в случае, когда вещество равномерновозникло во всём объёме вселенной.

Притермоядерной реакции выделяется не только энергия, но и вакуум. Расстояниемежду пунктом «А» и «Б» зависит от количества вакууманаходящегося между ними. Чем активнее происходили термоядерные процессы вгалактике, тем больше выбрасывалось вакуума, и тем быстрее она удалялась отостальных галактик. Вселенная начала расширяться. Вселенная расширялась не засчёт энергии первичного взрыва, а благодаря термоядерным реакциям звёзд. Каксохраняли галактики свою структуру можно найти в статье «Геометриягалактик». Вакуум, освободившийся после термоядерных реакций, постепеннопокидает пределы метагалактики, но пока термоядерная активность звёзд велика, иколичество вакуума, излучаемое звёздами больше, чем покидающее метагалактику,она будет расширяться.

Кактолько термоядерная активность галактик уменьшится, вселенная продолжитувеличиваться, а вот метагалактика начнёт уменьшаться. Это произойдёт тогда,когда количество вакуума, покидающее метагалактику, будет больше, чемполучаемую при термояде. Галактики начнут движение к общему центру, циклзамкнётся, и всё повторится с начала.

Мывыяснили, что Вселенная постоянно расширяется; тот момент с которого Вселеннаяначала расширятся, принято считать ее началом. Его называют “Большим Взрывом” или английским термином BigBang.

Под расширениемВселенной подразумевается такой процесс, когда тоже самое количество элементарных частиц и фотоновзанимают постоянно возрастающий объём.

Кратко изложим все те умозаключения о возможныхпараметрах Вселенной на стадии Большого Взрыва, к которым мы пришли.

Средняяплотность Вселенной в результате расширения постепенно понижается. Из этогоследует, что в прошлом плотность Вселенной была больше, чем в настоящее время.Можно предположить, что в глубокой древности (примерно десять миллиардов летназад) плотность Вселенной была очень большой.

Крометого высокой должна была быть и температура, настолько высокой, что плотностьизлучения превышала плотность вещества. Иначе говоря энергия всех фотоновсодержащихся в 1 куб. см была больше суммы общей энергии частиц, содержащихся в1 куб. см. На самом раннем этапе, в первые мгновения “Большого Взрыва” всяматерия была сильно раскаленной и густойсмесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы пристолкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментальноматериализовались в частицы и античастицы.

Подробный анализ показывает, что температуравещества Т понижалась во времени всоответствии с простым соотношением формула (1) :

<img src="/cache/referats/19439/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025"> (1)

Зависимостьтемпературы Т от времени t дает нам возможность определить, что например,в момент, когда возраст Вселенной исчислялся всего одной десятитысячнойсекунды, её температурапредставляла один биллион Кельвинов. 5.Эволюция вещества

Температура раскаленной плотной материи наначальном этапе Вселенной со временем понижалась, что и отражается всоотношении. Это значит, что понижалась средняя кинетическая энергия частиц kT. Согласно соотношению hn=kT понижаласьи энергия фотонов. Это возможно лишь в том случае, если уменьшится их частота n. Понижение энергии фотонов во

времени имело для возникновениячастиц и античастиц путем материализации важные последствия. Для того чтобыфотон превратился(материализовался) в частицу и античастицу смассой mo и энергиейпокоя moc2, емунеобходимо обладать энергией 2 moc2или большей формула(2).

<img src="/cache/referats/19439/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"> (2)

Современем энергия фотонов понижалась, и как только она упала ниже произведенияэнергии частицы и античастицы (2moc2),фотоны уже не способны были обеспечить возникновение частиц и античастиц смассой mo. Так, например,фотон, обладающий энергией меньшей, чем 2*938 Мэв, не способен материализоватьсяв протон и антипротон, потому что энергия покоя протона равна 938 мэв.

В предыдущем соотношении можно заменитьэнергию фотонов hnкинетической энергией частиц kT формула (3)

<img src="/cache/referats/19439/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> (3)

то есть

<img src="/cache/referats/19439/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028"> (4)

Знакнеравенства формула (4) означает следующее: частицы и соответствующие имантичастицы возникали при материализации в раскаленном веществе до тех пор,пока температура вещества T не упаланиже указанного значения.

На начальном этапе расширения Вселенной изфотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, чтопривело к вымиранию частиц и античастиц. Поскольку аннигиляция можетпроисходить при любой температуре, постоянно осуществляется процесс

частица + античастица Þ 2гамма-фотона

при условии соприкосновениявещества с антивеществом. Процесс материализации

гамма-фотон Þ частица + античастица

мог протекать лишь придостаточно высокой температуре. Согласно тому, как материализация в результатепонижающейся температурыраскаленного вещества приостановилась,

эволюцию Вселенной приняторазделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

5.1. Адронная эра.

Длиласьпримерно от t=10-6с до t=10-4с.Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012…1013К.

Приочень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселеннойматерия состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапесостояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселеннойназывается адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны.

Черезмиллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическая энергия частиц kT и фотонов hnсоставлялаоколо миллиарда эв (103Мэв), чтосоответствует энергии покоя барионов.

Впервую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализациявсех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этоговремени материализация барионов прекратилась, так как при температуре ниже 1013 K фотоны не обладали ужедостаточной энергией для ее осуществления. Процесс аннигиляции барионов иантибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделиловещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) впроцессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов(протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов — гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее нераспадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распадгиперонов происходил на этапе с 10-6до 10-4секунды.

Кмоменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды (10-4с),температура ее понизилась до 1012K, а энергия частиц и фотонов представляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже длявозникновения самых легких адронов — пионов. Пионы, существовавшие ранее,распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту,когда возраст Вселенной достиг 10-4с, в ней исчезли все мезоны.

На этоми кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкимимезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие(ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру,длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

5.2. Лептонная эра.

Длиласьпримерно от t=10-4сдо t=101с. К концу эры плотность порядка 107кг/м3 при T=109К.

Когдаэнергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв ввеществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобыобеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы(протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами ифотонами встречаться гораздо реже.

Лептоннаяэра начинается с распада последних адронов — пионов — в мюоны и мюонноенейтрино, а кончается через несколько секунд при температуре 1010K, когдаэнергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов ипозитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимоесуществование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем “реликтовыми”.

Всёпространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовых электронныхи мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море.

5.3. Фотонная эра или эра излучения.

Длиласьпримерно от t=10-6сдо t=10-4с. Плотность порядка 1017кг/м3 при T=1012…1013К.

На смену лептонной эры пришлаэра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010K , аэнергия гамма фотонов достигла 1 Мэв,произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новыеэлектронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации,потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронови позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделиловещество от антивещества.

Современи адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концулептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов иэлектронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятсяфотоны, причем не только по количеству, но и по энергии.

Длятого чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Этоколичество энергии в 1 куб.см,точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселеннойраспределено равномерно). Если сложить вместе энергию hn всех фотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотностьэнергии излучения Er. Сумма энергии покоя всехчастиц в 1 куб.см является среднейэнергией вещества Emво Вселенной.

Вследствиерасширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. Сувеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемьраз. Иными словами, плотность частиц ифотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себяиначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселеннойне меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают своючастоту колебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотностьэнергии фотонов (Er)падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em).

Преобладаниево вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотностьэнергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезлополностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие (то есть Er= Em).Кончается эра излучения и вместе с этим период “Большого Взрыва”. Так выгляделаВселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были втысячу раз короче, чем в настоящее время.

“Большойвзрыв” продолжался сравнительнонедолго, всего лишь одну тридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткость срока, это всё жебыла самая славная эра Вселенной. Никогда после этого эволюция Вселенной небыла столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Всесобытия во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, ихпревращений, рождения, распада, аннигиляции.

Неследует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколько секунд) избогатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почти все: одни путеманнигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путем распада на самые легкиебарионы (протоны) и на самые легкие заряженные лептоны (электроны).

5.4.Звездная эра.

После “Большого Взрыва” наступила продолжительная эравещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Онапродолжается со времени завершения “Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с

еще рефераты

Еще работы по астрономии

Реферат по астрономии

Галактики

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Портретная галерея цветных звезд

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Исследование Марса

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Черные дыры

29 Августа 2013