Модель горячей Вселенной. Реликтовое излучение

Космология Фридмана полно и подробно описывает общую динамику расширения Вселенной.

Вопросы, оставался без ответа, связано с термодинамикой ранней Вселенной, а именно: был Вселенная в начале расширения горячим или холодным? Теория предполагала и бесконечную температуру, и температуру, равную нулю. Американский физик Г. Гамов выдвинул предположение о том, что сверхплотное вещество ранней Вселенной была над горячей. Итак, Вселенная была заполнена квантами высоких энергий. В процессе расширения Вселенной остывает и энергия фотонов уменьшается. Поэтому в наше время спектральное распределение энергии этих квантов должен соответствовать излучению абсолютно черного тела, нагретого до температуры ~ 4 К, и искать эти кванты нужно в сантиметровом диапазоне радиоволн.

В 1965 году А. Пензиас и Р. Уилсон (США) зарегистрировали космическое излучение, интенсивность которого зависела от направления и которое нельзя было приписать известным радиоисточников. Это зарегистрировано реликтовое излучение является доказательством того, что Вселенная была горячей. Температура реликтового излучения составляет 2,7 К.

Согласно теории горячей Вселенной, пространственно-временные свойства последнего чрезвычайно точно описывает одна из трех моделей Фридмана - открытая, замкнутая или плоская. При любой условия Вселенная должен был родиться в сингулярном состоянии с бесконечно большими плотностью и температурой на момент Большого Взрыва. Когда происходило дальнейшее расширение, температура Вселенной снижалась и постепенно достигла современного значения 2,7 К.

Имея ряд неоспоримых достоинств, теория горячей Вселенной, однако, по некоторым взглядов недостаточно удовлетворительной. Так, в частности, она не дает ответа на вопрос: почему доступна для наблюдений часть Вселенной однороден, откуда в этом однородном мире появились первичные неоднородности, необходимые для образования галактик; почему различные участки Вселенной сформировались независимо друг от друга, в наше время имеют практически одинаковый вид.

Сейчас особой популярностью пользуются теория Калуцы-Клейна и теория суперструктура, согласно которым пространство-время Вселенной изначально имел размерность d> 4, но в некоторых направлениях пространство якобы сжался в тонкую трубку. Поэтому макроскопические тела не могут двигаться в этих направлениях и пространство-время кажется четырехмерным. От того, сколько изменений претерпело сжатия и как оно произошло, зависит и эффективная размерность пространства Вселенной и свойства элементарных частиц в нем.

В него времени не установлено, почему пространство-время является четырехмерным и почему физические взаимодействия делятся на слабые, сильные и электромагнитные.

Инфляционная модель

Основную часть этих проблем можно решить (или избежать их) в рамках теории раздувной Вселенной. Общая черта различных вариантов этой теории - это наличие стадии экспоненциального расширения Вселенной, который находится в вакуумоподибному состоянии, отмечается большой плотностью энергии. Эту стадию называют стадией раздувания, или инфляции. После раздувания вакуумоподибний состояние нарушается; частицы, которые образуются при этом, взаимодействуют между собой, и в дальнейшем эволюция происходит согласно теории горячей Вселенной.

В типичных моделях стадия раздувания длится недолго - примерно с. Однако за этот промежуток время раздув Вселенная успевает увеличиться в раз. В результате такого широкого распространения геометрия пространства внутри раздувной участки Вселенной перестает практически отличаться от евклидовой геометрии плоского мира - подобно тому, как геометрические свойства поверхности воздушного шара в процессе раздувания все меньше и меньше отличаются от свойств плоскости. Раздувание Вселенной приводит к тому, что неоднородности оказываются за пределами видимой Вселенной, размеры которого составляют 1 = см. Поскольку видимая Вселенная образовалась в результате раздувания одной ничтожно малой участка, то нет ничего удивительного в том, что свойства различных значительно удаленных друг от друга участков мира, который мы можем наблюдать, оказались одинаковыми.

Мы существуем в четырехмерном пространстве-времени, где оказываются известные нам типы взаимодействий; но не исключено, что это происходит вовсе не потому, что мир должен быть устроен так и именно так. Возможно, в разных частях Вселенной могут реализовываться все мыслимые состояния, но жизнь в привычном для нас виде может возникнуть только в четырехмерном пространстве-времени.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >