Мир вокруг нас - "Этэрнус" - Страница 46

Большой Взрыв

Большой Взрыв — это явление, произошедшее, по последним оценкам, 13,798 миллиарда лет назад [32], в результате которого, возникли те виды взаимодействий и элементарных частиц, и состояние вакуума, что наблюдаются в нашем Мире сегодня.

Прежде чем говорить о причинах и сущности Большого Взрыва, в рамках постнеклассических, наглядных представлений, рассмотрим, сперва — предшествующие, неклассические (ненаглядные), в рамках которых, впервые появилось и развивалось понятие Большого Взрыва:

Неклассически, Большой Взрыв — представляется как рождение (конечной) Вселенной из ничего (при этом, окружающий Мир — является её (наблюдаемой) частью, или в некоторых случаях, может совпадать с конечной Вселенной в границах (эта (последняя) возможность — ещё не исключена имеющимися наблюдениями)). Наглядно — невозможно представить рождение чего-то из ничего, но именно такой процесс — считается сутью Большого Взрыва, на неклассическом этапе. Как видно, понятия Вселенной и окружающего Мира, тут — могут не разделяться (т. к. окружающий Мир может совпадать в границах с конечной Вселенной, а сама конечность Вселенной — помимо следующей как один из возможных вариантов из уравнений теории относительности (где пространство-время может быть замкнуто само на себя), требуется из-за перехода от классических представлений об «атомах» и пустоте — к представлениям о непрерывных субстанциях: полях / пространстве-времени / энергии, которые, как и все объекты, представляющиеся непрерывными — неизбежно представляются конечными).

Считается, что при Большом Взрыве — появилось само пространство и время. Поэтому о том, что было до Большого Взрыва — в рамках неклассических представлений, говорить бессмысленно (без времени — не существовало момента «до»).

Причины Большого Взрыва, на неклассическом этапе, в целом — неизвестны.

Однако, сам ход Большого Взрыва — был описан, на этом этапе, достаточно подробно: он представлен в виде ряда сменяющих друг друга, стадий, связанных с расширением (конечной) Вселенной (или растяжением пространства-времени), см. табл. 63. Каждая стадия — характеризуется соответствующей температурой и плотностью вещества, что определяет основные процессы, идущие на этой стадии.

Таблица 63 [33]

Периодизация Большого Взрыва

Примечание: остальные (дальнейшие) периоды — опущены

Например, стадия первичного нуклеосинтеза — начинается, когда плотность вещества, и температура соответственно, вследствие расширения (конечной) Вселенной, падают настолько (температура — до 109 K [34]), что становится возможным образование простейших атомных ядер, при столкновениях элементарных частиц (нуклонов): На этой стадии, длившейся примерно с третьей по двадцатую минуты от начала Большого Взрыва [33], возникают условия, чтобы образующиеся ядра — сохранялись, а не расщеплялись высокоэнергетичными фотонами (гамма-квантами) и столкновениями с другими высокоэнергетичными частицами.

В это время — протоны и нейтроны вступают в ядерные реакции, образуя, в подавляющем числе случаев, ядра гелия-4 (т. е. альфа-частицы), составляющие, в конце этой стадии, согласно расчётам [35] — около 8% по числу ядер (или 25% по массе), от ядер водорода. Такое (или почти такое) соотношение элементов водорода и гелия — как известно, наблюдается в межзвёздных (и межгалактических) облаках газа, что свидетельствует о дозвёздном происхождении гелия в этих облаках. (Имеются также следы более тяжёлого элемента, лития, а также изотопа водорода, дейтерия, и изотопа гелия — гелия-3, также обязанные стадии первичного нуклеосинтеза).

После образования атомных ядер, и последующего долгого периода пребывания вещества в состоянии плазмы, стало возможным, в следующую эпоху, образование атомов (вследствие того, что кинетическая энергия электронов, а также плотность вещества — достаточно снизились). Эта стадия — называется рекомбинацией, и заканчивается примерно 377 000 лет после Большого Взрыва [36], когда (конечная) Вселенная (и окружающий Мир, соответственно) — становится прозрачной для излучения. (Это излучение остаётся в качестве реликтового (фонового) излучения, доступного, в современности, наблюдениям).

Далее — происходило образование более высоких уровней вещества (подробнее — это будет рассматриваться позже).

Теперь посмотрим, подробнее, как на неклассическом этапе описываются более ранние стадии Большого Взрыва, т. е. до первичного нуклеосинтеза:

Согласно т. н. традиционной (не инфляционной) модели (общепринятой, как впрочем и инфляционная), о стадиях Большого Взрыва — начинают говорить, с т. н. планковского времени, составляющего невообразимо малое число — 10–43 секунды от начала Большого Взрыва. До этого момента, какие бы то ни было расчёты, основанные на неклассических теориях — считают неприменимыми, а состояние Вселенной — обозначают как сингулярное. В момент времени 10–43 сек — рождается само время (10–43 сек — считается минимальным возможным отрезком времени в природе). Размер видимой части Вселенной (= окружающего Мира, который может совпадать, в границах, с конечной Вселенной), в эту, первую (на неклассическом этапе), стадию Большого Взрыва — умещался, как считается, в масштабе не более, чем порядка 10–33 см [37]. В эту (планковскую) стадию Большого Взрыва — все взаимодействия объединены в одно фундаментальное взаимодействие (т. е. ещё нет ни сильных, ни электрослабых, ни гравитационных сил).

С 10–43 сек, происходит отделение гравитационного взаимодействия. Начинается эпоха Великого объединения, когда электрослабые и сильные взаимодействия объединены в единое поле Великого объединения, отдельно от которого — остаётся гравитация.

Квантами, переносящими взаимодействие Великого объединения — считаются (гипотетические) X- и Y-бозоны, с дробными электрическими зарядами +4/3 и +1/3 соответственно. Массы этих частиц (около 1015 ГэВ) [38] — слишком велики для создания их в ускорителе (коллайдере), в настоящее время. Косвенно же, о возможном существовании таких частиц (в условиях современного Мира — как «виртуальных») — могло бы свидетельствовать обнаружение нестабильности протона (например, распада его на позитрон и нейтральный пи-мезон). Однако эксперименты, на данный момент, показывают, что протон — как минимум, на порядки стабильнее, чем ожидалось в рамках простейшего варианта теории Великого объединения [39] [40]. (Поиски распада протона — продолжаются).

Далее: К концу стадии Великого объединения, занимающей промежуток времени с 10–43 сек по 10–36 сек, температура снижается (вследствие расширения) до 1028 K [41], когда электрослабые и сильные взаимодействия — также отделяются друг от друга.

Начинается эпоха существования электрослабого взаимодействия (10–36 сек — 10–12 сек). В этот период, температура достаточно велика для рождения W- и Z-бозонов, переносящих электрослабое взаимодействие. К концу электрослабой стадии, концентрация энергии снижается ниже порога образования W- и Z-бозонов (около 100 ГэВ), и электромагнитные и слабые взаимодействия — также разделяются.

При этом, открывается нарушение симметрии между слабым и электромагнитным взаимодействием, описываемое механизмом Хиггса. Благодаря этому механизму, кванты, переносящие электромагнитное взаимодействие — оказываются безмассовыми (т. к. не взаимодействуют с полем Хиггса), а кванты слабого взаимодействия (W и Z) — массивными, что приводит к большим различиям электромагнитного и слабого взаимодействий, в следующую эпоху.

С 10–12 сек, все взаимодействия — уже имеются в том виде, в котором существуют в современном окружающем Мире (т. е. гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое).