Модель Горячей Вселенной (термодинамика расширения)
Решение Фридмана приводит к ρ=∞ при z→+∞, t→0 (напомним, что на ранних стадиях ρ(t)~1/t2 независимо от давления, космологической постоянной и полной плотности Ω0!). С физической точки зрения обращение плотности в бесконечность не имеет смысла и говорить о том, что требуется более адекватное описание. Физическое описание состояния материи при сверхвысоких плотностях и температурах базируется на определенных постулатах. Остаются в силе основные физические принципы: сохранение барионного и лептонного числа и электрического заряда при взаимодействиях частиц, I-е и II-е начала термодинамики. Если время установления равновесия между взаимодействующими частицами много меньше времени расширения, то множество считать, что расширение происходит адиабатически, TdS=0, и энтропия Вселенной не изменяется. Это условие должно выполняться на всех стадиях расширения «ранней» Вселенной из-за высокой концентрации частиц. Состояние равновесия вещества определяется энтропией и другими сохраняющимися величинами и не зависят от путей перехода к равновесию. Теория Горячей Вселенной (Большого Взрыва) смогла к настоящему времени объяснить почти все факты, связанные с космологией. В основе этой теории лежит предположение, что физическая Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15-20 миллиардов лет назад, когда всё вещество и энергия современной Вселенной были сконцентрированы в одном сгустке. Плотностью свыше 10 в 25 степени г/см в кубе и температурой свыше10 в 16 К. Такое представление соответствует модели горячей Вселенной. Модель Большого Взрыва (БВ) была предложена в 1948 г. Г.А. Гамовым. Обращаясь к сгустку перед Большим Взрывом, отметим, что неизвестно достоверно, как этот сгусток образовался. Из чего? И откуда взялось такое гигантское количество изначальной энергии? Тем не менее, огромное радиационное давление внутри этого сгустка привело к необычайно быстрому её расширению – Большому Взрыву. Составные части этого сгустка теперь образуют далекие галактика, очень быстро удаляющиеся от нас. Мы наблюдаем их сейчас такими, какими они были примерно 10-14 млрд. лет назад. Таким образом, расширение Вселенной оказывается естественным следствием теории Большого Взрыва. Открытие расширяющейся Вселенной и принятие научным сообществом этого факта можно считать огромным мировоззренческим прорывом в интеллектуальном мире. Г.А. Гамов также предположил, что все элементы Вселенной образовались в результате ядерных реакций в первые моменты после Большого Взрыва. Дальнейшие уточнения этой теории показали, что ядерные реакции действительно имели место, но привели только к образованию гелия. Спектр гелия наблюдали в солнечном излучении до того, как он был обнаружен на Земле, отсюда и название этого элемента происходит от греческого Гелиос – Солнце. Современные методы анализа излучения звезд и галактик показали, что почти все они состоят из водорода (~60%) и гелия (~20%). Лишь малая часть водорода и гелия содержится в звездах, остальное количество распределено в межзвездном пространстве. В звездах, где температура исключительно велика, атомы полностью ионизированы и составляют высокотемпературную плазму. В межзвездном пространстве водород и гелий находятся в основном в атомарном состоянии. Таким образом, теория БВ согласуется с наблюдаемой распространенностью гелия во Вселенной. Рассмотрим вариант образования сгустка первовещества. Предполагается, что эти межзвездные атомы водорода и гелия служат сырьем для образования новых звезд. Распределение газа в межзвездном пространстве неоднородно. Средняя концентрация вещества в нашей Галактике ~1 атом/см. в кубе, однако имеются сильные флуктуации, а именно случайные отклонения системы от равновесия. Эти флуктуации объясняются хаотическим движением атомов в пространстве. Случайно плотность вещества в определенной области может существенно превысить среднюю. При этом предполагается, что если количество вещества превысит в какой-либо области критическое значение, порядка 1000 солнечных масс, то в этой области возникают достаточно сильные гравитационные поля, способные противостоять разлету газового облака и стремящиеся сжать его до возможно меньших размеров. Тогда возникает гипотеза: образование из межзвездной пыли сгустка, гигантское уплотнение и взрыв.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Модель Горячей Вселенной (термодинамика расширения)» з дисципліни «Астрофізика»
