Жизнь и Смерть Вселенной. Главы III и IV.

Жизнь и Смерть Вселенной. Главы III и IV.


Глава III

В физической космологии, Электрослабая Эпоха была периодом в эволюции ранней Вселенной, когда температура была настолько высока, что заставила элекромагнетизм соединится со слабым взаимодействием в единую силу электрослабого взаимодействия (> 100 ГэВ).

Электрослабая эпоха началась, когда сильное взаимодействие отделилось от электрослабого взаимодействия. Некоторые учёные помещают это событие в начало Инфляционной Эпохи, примерно 10-36 секунды после Большого взрыва. Другие предполагают, что это произошло приблизительно 10-32 секунды после Большого взрыва, когда потенциальная энергия инфляционного поля помогла расширению Вселенной во время Инфляционной Эпохи, заполняя Вселенную плотной, горячей кварк-глюонной плазмой. Взаимодействие частиц в этой фазе были достаточно энергичным, чтобы создать большое количество экзотических частиц, в том числе W- и Z-бозонов и бозона Хиггса. По мере того как Вселенная расширялась и остывала, взаимодействия стали менее энергичным и когда Вселенной было около 10-12 секунды, W- и Z- бозоны перестали создаваться. Остальные W- и Z-бозоны распались быстро, и слабое взаимодействие стало силой с малым радиусом действия в следующей эпохе, Кварковой Эпохе.

Физика Электрослабой Эпохи менее спекулятивна и гораздо лучше понята, чем физика предыдущих периодов ранней Вселенной. Существование W- и Z-бозонов было продемонстрировано. Предсказания электрослабой теории были подтверждены экспериментально.

W- и Z-бозо́ны — элементарные частицы, переносчики слабого взаимодействия. Их открытие (ЦЕРН, 1983) считается одним из главнейших успехов Стандартной модели физики элементарных частиц. W-частица названа по первой букве названия взаимодействия — слабое (Weak) взаимодействие. (Wikipedia)

W- и Z-бозоны — элементарные частицы, переносчики слабого взаимодействия. Их открытие (ЦЕРН, 1983) считается одним из главнейших успехов Стандартной модели физики элементарных частиц. W-частица названа по первой букве названия взаимодействия — слабое (Weak) взаимодействие. (Wikipedia)

Итак, наступила пятая эпоха Примордиальной Эры, Эпоха Кварков, которая продолжалась с одной пикосекунды до одной миллионой доли секунды существования Вселенной или до одной микросекунды.

Эпоха Кварков, была периодом в эволюции ранней Вселенной, когда фундаментальные взаимодействия гравитации, электромагнетизма, сильного взаимодействия и слабого взаимодействия приняли свои нынешние формы, но температура Вселенной была еще слишком высока, чтобы позволить кваркам связываться друг с другом и образовывать адроны. 
В Эпоху Кварков Вселенная была заполнена плотной горячей кварк-глюонной плазмой, и содержащие кварки лептоны и их античастицы.

Столкновения между частицами были слишком энергичными, чтобы позволить кваркам объединиться в мезоны и барионы. Но вот и Эпоха Кварков подошла к концу, когда Вселенной было около одной микросекунды, когда средняя энергия взаимодействия частиц упала ниже энергии связи адронов. Наступил следующий период, когда кварки были заключены в адроны, и известен как шестая эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Адронная Эпоха.

На протяжении Адронной Эпохи в массе Вселенной доминировали адроны. Первоначально температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить образование адронных и анти-адронных пар, которые держали материю и антиматерию в тепловом равновесии. Однако, температура Вселенной продолжала падать, что и остановило образование андронных и анти-андронных пар. Большинство адронов и анти-адронов затем были устранены в реакциях аннигиляции, оставив небольшое колличество адронов. Ликвидация анти-адронов была завершена после одной секунды после Большого взрыва! И началась седьмая эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Лептон Эпоха.

И вот дорогие читатели, после всего вышеописанного в предыдущих главах, после всех фантастических преобразований произошедших в нашей зародившейся Вселенной, мы подошли к рубежу всего в одну секунду, существования всего!

Глава IV

Итак дорогие друзья, мы находимся всего на одной секунде существования Вселенной, в начале Лептон Эпохи, седьмой эпохи Примордиальной Эры Вселенной.

В этой эпохе в массе Вселенной доминировали лептоны. Лептон является элементарной частицей с полуцелым спином (спин 1/2) , которая не претерпывает сильные взаимодействия. Существуют два основных класса лептонов: заряжённые лептоны (также известные как электроны), и нейтральные лептоны (более известные как нейтрино). Заряженные лептоны можно комбинировать с другими частицами, образуя различные составные частицы, такие как атомы и позитроны, в то время как нейтрино редко взаимодействуют с чем-либо, и, следовательно, наблюдается редко. Самый известный из всех лептонов — это электрон.

Источник: MissMJ, Lord Akryl / Wikimedia

Источник: MissMJ, Lord Akryl / Wikimedia

Во время эпохи лептонов температура Вселенной была всё еще достаточно высока, чтобы создавать пары лептон / анти-лептон, поэтому лептоны и анти-лептоны находились в тепловом равновесии. Примерно через 10 секунд после Большого взрыва температура Вселенной упала до точки, где пары лептон / антилептон больше не могли создаваться. Большинство лептонов и анти-лептонов были затем устранены в реакции аннигиляции, оставив небольшой остаток лептонов. И с этого момента в массе Вселенной стали преобладать фотоны, и началась восьмая, и последняя эпоха Примордиальной Эры Вселенной, Эпоха Фотонов, которая продолжалась 379 тысяч лет.

Важно отметить, что в самом начале Эпохи Фотонов, имел место период называемый как Первичный Нуклеосинтез или Нуклеосинтезис Большого Взрыва в английской терминологии (Big Bang nucleosynthesis) который продолжался с десяти секунд до 20 минут после Большого Взрыва. Этот пeриод относится к производству атомных ядер отличных от атомного ядра самого легкого изотопа водорода (водород-1, 1H, имеющие один протон в качестве ядра) и считается ответственным за образование большинства гелия во Вселенной как изотопа гелия-4 (4Не), наряду с небольшим количеством изотопа водорода дейтерия (2H или D), изотопа гелия гелий-3 (3He), и очень небольшое количество изотопа лития лития-7 (7Li). В дополнение к этим стабильных элементам, также были произведены два неустойчивых или радиоактивных изотопа: изотоп тяжёлого водорода тритий (3Н или Т); и изотопа бериллия-7, берилий (7Be); но эти нестабильные изотопы позже распались на 3Не и 7Li. По существу все элементы, которые тяжелее лития и бериллия были созданы гораздо позже, в процессе звездного нуклеосинтеза, который виден в эволюции звёзд и взрывающихся звезд.

Следующим периодом Эпохи Фотонов был так называемый период Доминирования Материи, который начался приблизительно в 70 тысяч лет после возникновения Вселенной и продолжался до 377 тысяч лет после Большого Взрыва. В это время, плотность вещества (атомных ядер) и излучения (фотонов) были равны.

Согласно ΛCDM (ΛCDM, читается «Лямбда-СиДиЭм» — сокращение от Lambda-Cold Dark Matter, современная стандартная космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной Λ в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (англ. Cold Dark Matter), на данном этапе, холодная темная материя доминировала, что открывало путь для гравитационного коллапса и усиления крошечных неоднородностей оставленныех космической инфляцией, которая сделала плотные области более плотными и разрежённые области более разрежёнными.

Однако, поскольку нынешние теории относительно природы темной материи не являются окончательными, не существует до сих пор единого мнения относительно её происхождения в прежние времена, в отличие от современных теорий которые существуют в настоящее время для барионной материи.

Вот мы и подошли наконец до конца Примордиальной Эры Вселенной, которая закончилась периодом Рекомбинации, и положившим начало новой эры Вселенной, Эры Образования Звёзд, или Stelliferous Era в английской терминологии.

В период Рекомбинации, продолжали формироваться атомы водорода и гелия, в то время когда плотность Вселенной продолжала падать. Считается, что это произошло около 377000 лет после Большого взрыва. Водород и гелий в начале не были ионизированными, то есть электроны не были связаны с ядрами. По мере того как Вселенная продолжала остывать, электроны захватывались ионами, образуя электрически нейтральные атомы. Этот процесс известен как Процесс Рекомбинации.

В конце периода Рекомбинации большинство протонов во Вселенной были связаны в нейтральные атомы. Таким образом, средняя длина свободного пробега фотонов стала бесконечной, и теперь фотоны могут свободно перемещаться (Рассеяние Томсона) и Вселенная стала прозрачной. Это космическое событие обычно называют развязкой. Фотоны, присутствующие во время развязки или расцепления, являются теми же фотонами, которые мы видим в реликтовом излучении.

Примерно в то же время существующие волны давления внутри электронно-барионной плазмы, известной как барионно-акустических колебаний, становятся встроенными в распределении материи, что привело к очень небольшому предпочтению при распределении крупных объектов.

Поэтому реликтовое излучение — это картина Вселенной. которая образовалась в конце периода Рекомбинации, включая крошечные флуктуации образовавшиеся в эпоху инфляции, и распространение объектов, таких как галактики во Вселенной, является показателем масштаба и размеров Вселенной, и как она развивалась в течение долгого времени.

Следующая глава: Жизнь и Смерть Вселенной. Главы V и VI

Предыдущая глава: Жизнь и Смерть Вселенной. Главы I и II

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

Рекомендуем подписаться на Facebook страницу автора!


Смотрите также: Как выглядели бы города ночью, если полностью отключить электрическое освещение?

Как сахарная индустрия перевела стрелки на жир

Как выглядели города в век телеграфа