Жизнь и Смерть Вселенной. Главы I и II

Жизнь и Смерть Вселенной. Главы I и II


Глава I

Любая жизнь начинается с рождения, так и наша Вселенная пережила момент своего возникновения. В этом невероятном событии заключается самая знаменитая тайна за все времена; никому неизвестна причина этого рождения! Каким образом, по каким законам и почему?

Эти вопросы, вполне возможно, навсегда останутся неразгаданными. Но мы в состоянии проследить что же произошло со Вселенной сразу после её рождения, и даже-то, что с ней будет в столь далёком будущем, что этот период времени представляется для большинства людей, бесконечным. Но нам ещё предстоит убедиться, что отрезки времени в квадриллионы или октиллионы лет, это ничтожные периоды по сравнению с полным циклом жизни Вселенной. И в тоже время, мы удивимся тому, как может произойти множество поистине фантастических изменений на всей территории Вселенной всего за ОДНУ секунду!

Итак, виновница нашего повествования вступила в свою первую эру, Примордиальную Эру, которая продолжалась 379 тысяч лет. Буууум! И наступила первая из восьми всех эпох Примордиальной Эры, Планковская Эпоха. В физической космологии, это самая ранняя эпоха в истории наблюдаемой нами Вселенной. Она продолжалась в течение планковского времени, от нуля до 10-43 секунд. Поскольку в настоящее время не существует общепринятой теории, позволяющей комбинировать квантовую механику и релятивистскую гравитацию, современная наука не может описать события, происходящие за время, меньшее, чем планковское время, и на расстояниях меньше планковской длины.

Считается, что благодаря исключительно малым размерам Вселенной квантовые эффекты гравитации преобладали над физическими взаимодействиями, а силы гравитации были сопоставимы по величине с другими фундаментальными взаимодействиями и все силы могли быть объединены. Вследствие невероятно высокой температуры и плотности вещества Вселенной, это состояние было неустойчивым и в процессе развития, известного как нарушение симметрии, возникли привычные нам проявления фундаментальных сил, в частности гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий таких как электро-магнетизм, сильное ядерное взаимодействие и слабое ядерное взаимодействие.

Такое описание сингулярности общепринято в научном мире, но хочу отметить очень интересную теорию, приверженцем которой я являюсь в какой-то степени, высказанную Полом Стейнхардом и Нейлом Турком в 1990-х годах прошлого столетия, известную как Ekpyrotic Model (Экпиротический Сценарий). Эта теория базируется на идее, где два мира материи столкнулись и вызвали горячий Большой Взрыв. Принцип близок к тому методу, применяемым учёными при столкновении частиц в ускорителе. Я думаю Экпиротический Сценарий имеет логическую последовательность и даёт возможность расширить наше мировозрение намного дальше, за пределы астрономической Вселенной, в так называемый, не побоюсь этого слова, «Макрокосмос».

Согласно Экпиротической модели, наша вселенная существует на трехмерной мембране, которая лежит напротив другой мембраны. Через каждые триллион лет (или около того) две мембраны сталкиваются друг с другом, вызвая выброс энергии, сопоставимый с Большим Взрывом. После мембраны начинают отдаляться, образовавшиеся вселенные постепенно остывают, начинают возникать галактики, вселенные расширяются почти до бесконечности. По этой теории, повторное столкновение мембран запускает весь цикл снова.

Согласно Экпиротической модели, наша вселенная находится на трехмерной мембране, которая лежит напротив другой мембраны. Через каждые триллион лет (или около того) две мембраны сталкиваются друг с другом, вызывая выброс энергии, сопоставимый с Большим Взрывом. После мембраны начинают отдаляться, образовавшиеся вселенные постепенно остывают, начинают возникать галактики, вселенные расширяются почти до бесконечности. Повторное столкновение мембран запускает весь цикл снова.

Итак, что же мы имеем помимо теорий? Каковы наши практические поиски в этой области? Экспериментальные данные, позволяющие обосновать предположения о Планковской эпохе, до недавнего времени практически отсутствовали, но последние результаты, полученные зондом WMAP, позволили ученым проверить гипотезы о первой 10-12 секунде существования Вселенной (хотя реликтовое излучение, которое регистрировал WMAP, возникло, когда Вселенной было уже несколько сотен тысяч лет). Несмотря на то, что этот временной интервал по-прежнему на много порядков больше, чем Планковское время, в настоящее время продолжаются эксперименты (включая проект «Планк»), имеющие многообещающие результаты, которые позволят отодвинуть границу «изученного» времени ближе к моменту возникновения Вселенной и, возможно, дадут сведения о Планковской эпохе.

Кроме того, некоторое понимание процессов в ранней вселенной дают данные с ускорителей частиц. Например, эксперименты в релятивистском коллайдере тяжелых ионов (RHIC) позволили определить, что кварк-глюонная плазма (одно из ранних состояний материи) ведет себя скорее как жидкость, чем как газ. На Большом адронном коллайдере возможно исследовать ещё более ранние состояния материи, однако в настоящее время нет ни существующих, ни планируемых ускорителей, которые позволят получить энергии порядка Планковской энергии.

Глава II

Сразу после Планковской Эпохи, которая длилась с 0 до 10-43 секунд, когда плотность материи составляла 1092 г/см³, а температура 1032 К, наступила вторая эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Эпоха Великого Объединения (ЭВО). С момента начала ЭВО квантовые эффекты слабеют и вступают в силу законы Общей Теории Относительности (ОТО).

Отделение гравитационного взаимодействия от остальных фундаментальных взаимодействий на границе эпох — Планковской и Великого объединения — привело к одному из фазовых переходов первичной материи, сопровождавшегося нарушением однородности её плотности. После отделения гравитации (первое отделение) от объединения фундаментальных взаимодействий в конце Планковской эпохи, три из четырёх взаимодействий — электромагнитное, сильное и слабое взаимодействия — все ещё оставались объединенными как электроядерное взаимодействие. В течение Эпохи Великого Объединения, такие физические характеристики как например масса, вес, аромат и цвет были бессмысленны.

Эпоха Великого Объединения

Принято считать, что ЭВО закончилась приблизительно в 10-34 секунд с момента Большого Взрыва, когда плотность материи составляла 1074 степени г/см³, а температура 1027 степени K, что соответствует энергии 1014 степени ГэВ, в этот момент времени, от первичного взаимодействия отделяется сильное ядерное взаимодействие, которое начинает играть принципиальную роль в создавшихся условиях. Это отделение привело к следующему фазовому переходу и, как следствие, масштабному расширению Вселенной.

Наступила третья эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Инфляционная Эпоха. Этот период в эволюции ранней Вселенной, когда, согласно теории инфляции, Вселенная претерпела чрезвычайно быстрое экспоненциальное расширение. Это быстрое расширение увеличило линейные размеры ранней Вселенной, и таким образом увеличив свой объем на коэффициент, по меньшей мере, в 1078 раз!!!!

Надо отметить, что Инфляционная Эпоха, которая длилась как предполагается, между 10-33 и до 10-32 секунд после Большого взрыва, подвергается постоянной критике. Естевственно, для нормального человеческого разума, очень и очень трудно представить такое немыслимо-быстрое расширение Вселенной которое длилось всего одну децилионную (10 с 33-мя нулями) долю секунды! Это поистине чудо для большинства людей, поэтому немудрено, что процесс быстрого расширения Вселенной подвергается постоянной критике и приносит в итоге нескончаемую вереницу теорий и гипотез.

Модель космической инфляции вполне успешна, но не необходима для рассмотрения космологии. У неё имеются противники, в числе которых можно назвать Роджера Пенроуза. Аргументы противников сводятся к тому, что решения, предлагаемые инфляционной моделью, являются лишь «заметанием сора под ковёр». Например, никаких фундаментальных обоснований того, что возмущения плотности на доинфляционной стадии должны быть именно такими малыми, чтобы после инфляции возникала наблюдаемая степень однородности, эта теория не предлагает.

Аналогичная ситуация и с пространственной кривизной: она очень сильно уменьшается при инфляции, но ничто не мешало ей до инфляции иметь настолько большое значение, чтобы всё-таки проявляться на современном этапе развития Вселенной. Все эти сложности носят название «проблемы начальных значений».

И даже существует опровегнутое экспериментальное подтверждение инфляционной модели. В 2014 году были получены косвенные доказательства инфляционной модели — поляризация реликтового излучения, которая могла быть вызвана первичными гравитационными волнами. Однако, более поздний анализ (опубликован 19 сентября 2014), проведённый другой группой исследователей с использованием данных обсерватории «Планк», показал, что результат можно полностью отнести на счёт галактической пыли.

Итак, быстрое расширение пространства означает, что элементарные частицы, оставшиеся от Эпохи Великого Объединения теперь распределены очень тонко по всей Вселенной. Тем не менее, огромный потенциал энергии поля инфляции был выпущен в конце Инфляционной Эпохи, заселив Вселенную плотной горячей смесью из кварков, анти-кварков и глюонов, и началась новая, четвёртая эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Электрослабая Эпоха (Electroweak Еpoch).

Главы III и IV

Публикуется с разрешения автора текста — Валентина Гаденова (Valentin Gadenoff).

Рекомендуем подписаться на Facebook страницу автора!