К теории «Большого взрыва» Гамов пришел от спектральных исследований, заинтересовавшись относительной распространенностью химических элементов во Вселенной и их происхождением. Спектральные исследования были связаны с началом научной карьеры Гамова. 303 Раздел III. Современные проблемы и концепции естествознания Георгий Антонович Гамов родился в Одессе. Учеба в школе пришлась на годы гражданской войны. Проучившись после окончания школы один год в Новороссийском университете, Гамов отправляется в Ленинград, поступает в Ленинградский университет и через три года оканчивает его. Замечательный советский ученый Дмитрий Сергеевич Рождественский, по инициативе которого в Ленинграде в первые годы советской власти был создан Государственный оптический институт (ГОИ), приметил способного юношу и дал ему работу в ГОИ в отделе спектроскопии. В начале двадцатых годов Гамова заинтересовала теория относительности, лекции по которой он слушал в Ленинградском университете у А. А. Фридмана. Для прохождения научной стажировки Гамова в 1928 г. командируют в Германию. По пути Гамов заехал в Копенгаген к Н. Бору, который после бесед с молодым ученым предложил ему остаться у него на 1 год. Предложение было принято. Через год Н. Бор написал рекомендательное письмо Э. Резерфорду в Кембридж. Бор предупредил Гамова, иногда увлекающегося формальной стороной физических теорий, о грозящей ему «опасности» рассердить «Крокодила». Такое прозвище дал Резерфорду П. Л. Капица, проходивший в то время стажировку у знаменитого ученого. Барельеф крокодила в натуральную величину, действительно смахивающий на Резерфорда, висел в лаборатории Капицы в Кембридже. Резерфорд считал, что хорошая теория должна быть понятна даже кухарке. Об этом, собственно, и предупреждал Гамова Н. Бор. Научные успехи и признание пришли к Гамову довольно быстро. Уже в 1932 г. он был избран членом — корреспондентом Академии Наук СССР. В 1934 г. Гамов уезжает в США и принимает решение об эмиграции. В 1938 г. Гамов был исключен из АН СССР (восстановлен посмертно в 1990 г.). Гамов внес весомый вклад в современную ядерную физику, астрофизику и генетику. Успехи ядерной физики Гамов удачно использовал для решения проблем изучения источников внутризвездной энергии для развития теории эволюции звезд. Он построил первую ядерную теорию эволюции звезд, нейтринную теорию взрыва сверхновых, теорию эволюции красных гигантов. В научном творчестве Г.А. Гамова естественным образом соединялись проблемы микромира и мегамира. Первый вариант теории «Большого взрыва» был опубликован Гамовым в 1948 г. в статье, написанной в соавторстве с Альфером и Бете. Космологическую модель Гамова, которую он сам называл «Космологией Большого Взрыва», называют моделью «горячей» Вселенной, имея в виду сверхвысокие температуры, при которых по этой теории происходят процессы на начальных этапах развития Вселенной. Сценарий развития событий по теории горячей Вселенной явился следующим. Исходным состоянием Вселенной было состояние «сингулярности» — точечный объем с бесконечной плотностью материи. Физического толкования такое состояние сегодня не имеет. Пространство и время в таком состоянии не существуют. Отметим, что это состояние нельзя представить как просто точку в математическом смысле. Оно обладает свойствами, выходящими за рамки современных научных представлений. Нет ответа и на вопрос, что было до этого состояния. Предполагается, что такое состояние является неустойчивым, приводящим к началу расширения Вселенной. Проме- 304 3. Мегамир жуток времени от «начала» до 10~45с сегодня не имеет толкований. Модели развития событий в промежутке времени от 1045 до Ю-35 секунд после «начала» различаются. В последние годы получила признание модель «раздувающейся» Вселенной. В соответствии с этой моделью диаметр Вселенной очень быстро увеличивался в течение от 10~45 до 10"35 секунд после Взрыва. Этот период называют периодом раздувания или инфляции. По существу, фаза инфляции — не расширение, а мгновенное образование пространства и времени. Раздувание происходило со скоростью, гораздо большей скорости света. К моменту времени 10_43с от «начала» Вселенная оказалась в состоянии, которое принято называть «ложным вакуумом». Считается, что «ложный вакуум» играет роль базовой формы материи. Внутреннее состояние материи истинного и ложного вакуума неодинаково. Если принять плотность энергии истинного вакуума за ноль, то у ложного она будет положительна. Представим себе, что гравитация в нашем мире вдруг сменилась бы антигравитацией. Вселенная со взрывом разлетелась бы. Так произошло и в начале инфляции, когда ложный вакуум стал переходить в истинный и образовались «пузыри» состояния с ложным вакуумом. Один из этих «пузырей «стал зачатком нашей Вселенной, остальные — зачатками других Вселенных, которые навсегда не доступны нам. «Горячая» Вселенная берет свое начало в этом пузыре, находящемся в состоянии с огромным содержанием энергии. В пространстве возникли области со случайной плотностью энергии, послужившие началом образования галактик. В конце фазы инфляции температура Вселенной падает настолько, что нарушается Великое объединение, выделяется сильное взаимодействие. Дальнейший сценарий событий совпадает со стандартной теорией Большого Взрыва. При времени 10 4с от начала нарушается симметрия между электромагнитным и слабым взаимодействием. Возникают все четыре типа фундаментальных взаимодействий, которые «управляют» дальнейшими событиями. Формирование ранней Вселенной завершилось через 3 минуты 2 секунды после Взрыва. Начался процесс объединения протонов и нейтронов в ядра — нуклеосинтез. За это время температура и плотность упали более чем на 20 порядков и счет времени уже пошел на тысячелетия. За 500 тысяч лет Вселенная остыла примерно до 3 тысяч градусов. При такой температуре протоны и ядра атомов гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться при этом в нейтральные атомы водорода и гелия. Излучение отделилось от вещества. Образовалась однородная Вселенная, состоящая из трех субстанций: лептонов, излучения (фотонов) и барионного вещества (атомов водорода, гелия и их изотопов). Переход от однородной к структурной Вселенной занял по современным оценкам от одного до трех миллиардов лет. Основные этапы развития ранней Вселенной показаны на диаграмме (стр. 306). Соотношение между излучением и веществом во Вселенной в процессе эволюции менялось.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Горячая Вселенная. Гамов» з дисципліни «Історія науки»
