Возможно, основным вкладом спутника WMAP в науку стало то, что он дал ученым уверенность в правильности Стандартной модели космологии. Хотя и до сих пор существуют огромные «белые пят- на», перед глазами астрофизиков начинают вырисовываться общие контуры Стандартной теории, рождающейся из общего количества полученных данных. Согласно картинке, которую мы сейчас скла- дываем из отдельных элементов, в эволюции Вселенной по мере ее остывания прослеживались отдельные этапы. Переход от одного эта- па к другому означает нарушение симметрии и отсечение одного из фундаментальных природных взаимодействий. Ниже представлены те фазы и вехи, которые известны нам на сегодняшний день: 1. До 10-43 секунды — эпоха Планка. Об эпохе Планка точно почти ничего не известно. При энергии Планка (1019 млрд электронвольт) гравитационное взаимодействие было столь же сильным, как и остальные многочисленные силы. Как следствие, четыре взаимодействия Вселенной были, видимо, объединены в единую «сверх- силу». Возможно, Вселенная существовала в совершенном состоянии «небытия», или пустого пространства с большим количеством измерений. Та загадочная симметрия, которая смешивает все четыре взаимодействия, оставляя уравнения неизменными, — скорее всего, «сверхсимметрия» (см. гла- ву 7). По неизвестным причинам эта загадочная симметрия, объединявшая все четыре взаимодействия, была нарушена, и сформировался крошечный пузырек — эмбрион нашей Вселенной, возникший, возможно, в результате значительной, но случайной флуктуации. Размеры этого пузырька не превы- шали длины Планка, которая составляет 10-33 см.
2. 10-43 секунды — эпоха ТВО. Произошло нарушение симметрии, что стало причиной об- разования стремительно расширяющегося пузырька. По мере того как пузырек расширялся, четыре фундаментальных взаимодействия стремительно отделились друг от друга. Гравитация первой отделилась от трех остальных взаимодей- ствий, вызвав ударную волну во всей Вселенной. Изначальная симметрия сверхсилы была нарушена и превратилась в сим- метрию меньшего порядка, которая, возможно, содержала в себе симметрию ТВО SU(5). Оставшиеся сильное, слабое и электромагнитное взаимодействия были все еще объединены симметрией ТВО. На этом этапе Вселенная расширилась в невероятное количество раз (возможно, в 1050), и расширение это было вызвано неизвестными до сих пор причинами; про- странство расширялось со скоростью, астрономически боль- шей, чем скорость света. Температура была 1032 градусов. 3. 10-34 секунды — конец инфляции. Температура упала до 1027 градусов, когда сильное взаимо- действие отделилось от двух других сил. (Группа симметрии ТВО распалась на SU(3)xSU(2)xU(l).) Инфляционный пе- риод завершился, дав Вселенной возможность идти по пути стандартного расширения Фридмана. Вселенная состояла из горячего плазменного «супа» свободных кварков, глюонов и лептонов. Свободные кварки превратились в нынешние про- тоны и нейтроны. Наша Вселенная была еще довольно малень- кой, размером всего лишь с сегодняшнюю Солнечную систему. Вещество и антивещество аннигилировались, но существовал крошечный перевес вещества над антивеществом (1 мил- лиардная доля), в результате которого возникла вся материя вокруг нас. (Это энергетический диапазон, который, как мы надеемся, будет дублирован в течение нескольких следующих лет ускорителем частиц — Большим адронным коллайдером (the Large Hadron Collider).) 4. 3 минуты — образование ядер. Температуры упали достаточно низко для образования ядер, которые теперь не разрывало сильным жаром. Водород син-
тезировался в гелий (создав сегодняшнее соотношение: 75 % водорода к 25 % гелия). Образовались ничтожные количества лития, но синтез более тяжелых элементов прекратился, по- тому что ядра с 5 частицами были слишком неустойчивы. Вселенная была непрозрачной, свет рассеивался свободными электронами. Этот момент отмечает конец первозданного огненного шара. 5. 380 ООО лет — возникновение атомов. Температура упала до 3000 градусов по Кельвину. Атомы фор- мировались электронами, окружающими ядра, которые не раз- рывало жаром. Фотоны теперь могли свободно передвигаться, не будучи поглощенными. Это и есть то самое излучение, кото- рое было измерено спутниками СОВЕ и WMAP. Вселенная, когда-то непрозрачная и наполненная плазмой, стала прозрач- ной. Небо вместо белого стало черным. 6. 1 млрд лет —- звезды отвердевают. Температура упала до 18 градусов. Начали формироваться квазары, галактики и галактические скопления," в большинстве своем представляющие побочный продукт многочисленных крошечных волн в первоначальном облаке пламени. В звездах начали «печься» легкие элементы, такие, как углерод, кисло- род и азот. Взрывающиеся звезды извергали в небеса элементы с атомным весом выше железа. Это самая отдаленная эпоха, которую мы можем исследовать с помощью космического телескопа Хаббла. 7. 6,5 млрд лет — расширение де Ситтера. Расширение Фридмана завершается, и Вселенная постепенно ускоряет свое расширение и входит в фазу ускорения, которая называется расширением де Ситтера, вызванным загадочной антигравитационной силой, природа которой не раскрыта и до сегодняшнего дня. 8. 13,7 млрд лет — сегодня. Настоящее. Температура упала до 2,7 градуса. Мы наблюдаем сегодняшнюю Вселенную, состоящую из галактик, звезд и планет. Расширение Вселенной продолжает стремительно ускоряться.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Фазы Вселенной» з дисципліни «Загальна астрономія»
