Горячая вселенная гамова это

WWW.BIO-PC.RU

Библиотека эзотерики — видео, тексты, статьи

Как устроена Вселенная. Часть II — страница 2/6

в которой плотность становится бесконечной (в случае черных дыр и в случае большого взрыва), ОТО сама предрекла свое поражение.

Итак, теория подтвердила наличие большого взрыва, в результате которого возникла наша Вселенная.

В 1930-е годы среди ученых рассматривалась модель холодной Вселенной, в которой вещество существовало в виде холодных нейтронов. Однако, как выяснилось позднее, в такой Вселенной в результате цепочки ядерных реакций (с образованием протона, дейтерия и т. д.) все вещество, в конце концов, превратилось бы в гелий. Это противоречит наблюдениям, поскольку подавляющая часть вещества Вселенной состоит из водорода.

Горячая Вселенная Гамова

В 1948 году российский ученый Георгий Гамов предложил модель горячей Вселенной, расширив идею Фридмана о том, что первичное вещество было не только очень плотным, но и очень горячим [3].

Учитывая, что расширяющаяся Вселенная продолжает охлаждаться, можно экстраполировать ее температуру назад во времени. Это и было сделано. Оказалось, что в момент взрыва Вселенная была бесконечно плотной и горячей, в виде огненного шара.

Надо сказать, что Георгий Гамов, выдающийся русский физик и астрофизик, который сотрудничал с Эйнштейном, Дираком, Ландау, в 1933 году, эмигрировал в США, из-за чего был лишен звания академика АНСССР и все прочих регалий. Даже в научных работах его имя было запрещено и на его работы нельзя было ссылаться. После перестройки запреты по поводу Гамова были сняты, и все научные регалии ему возвращены, но посмертно.

Идея горячей Вселенной Гамова состояла в том, что в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходят ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут синтезируются все химические элементы. Это не совсем так, ибо, как выяснилось позже, в этом ядерном котле синтезируются только легкие элементы, а элементы тяжелее гелия синтезируются в звездах.

По мнению Гамова, вещество огненного шара представляло собой однородную горячую плазму, состоящую, в основном, из электронов и протонов, обильно перемешанных космическим излучением .

Действительно, при повышении температуры до нескольких сотен градусов распадаются молекулы, а при дальнейшем ее росте постепенно разрушаются ядра. Эксперименты показали, что при температуре около 3000 градусов Кельвина электроны отрываются от ядер, которые примерно при миллиарде градусов распадаются на протоны и электроны (собирательно, нуклоны). С приближением к триллиону градусов нуклоны разбиваются

Источник

Горячая Вселенная Гамова

Данная модель горячей Вселенной как нельзя лучше описывает ее рождение из света.

Надо сказать, что Георгий Гамов, выдающийся русский физик и астрофизик, который сотрудничал с Эйнштейном, Дираком, Ландау, в 1933 году эмигрировал в США, из-за чего был лишен звания академика АН СССР и всех прочих регалий. Даже в научных работах упоминать его имя было запрещено, и ссылаться на его труды было нельзя. После перестройки эти запреты были сняты, и все научные регалии ему были возвращены, но уже посмертно.

Согласно идее Гамова, в горячем и плотном веществе ранней Вселенной происходят ядерные реакции, и в этом ядерном котле за несколько минут синтезируются все химические элементы. Это не совсем так, ибо, как выяснилось позже, в этом ядерном котле создаются только легкие элементы, а элементы тяжелее гелия синтезируются в звездах.

По мнению Гамова, вещество огненного шара представляло собой однородную горячую плазму, состоящую в основном из электронов и протонов, обильно перемешанных космическим излучением. Электроны и протоны, взаимодействуя друг с другом, образовывали нейтральные атомы, которые тут же ионизировались космическим излучением. И вся эта система находилась в равновесии.

Самым эффективным результатом теории Гамова стало предсказание им космического излучения, которое должно было сопровождать горячий Большой взрыв. Оно не могло исчезнуть в процессе расширения пространства и должно сохраняться до сих пор, правда, сильно охлажденным.

Источник

Горячая» Вселенная Гамова

На основании первых наблюдений преобладания красных смещений в спектрах далеких галактик, еще до установления линейного закона «красного смещения» (закон Хаббла, 1929 г.) бельгийский астроном Ж. Леметр, независимо от А.А. Фридмана, выдвинул в 1927 г. свою знаменитую идею возникновения Вселенной из одного «атома-отца» и ее расширения. В такой форме гипотеза была весьма удобной для религиозного истолкования природы и встретила, поэтому резко критическое отношение со стороны философов-материалистов. В 30-е годы концепция Леметра была развита Эддингтоном (стоявшим на позициях Эйнштейна) как модель расширения Вселенной из первоначального плотного сгустка обычного вещества. Тогда же Милн, опираясь на собственную «кинематическую теорию относительности», дал свою интерпретацию разбегания галактик как результата взрыва сверхплотного сгустка некой особой «первичной» материи, из которой «на ходу» формировались затем звезды, галактики, планеты. Но формирование более конкретной физически разработанной эволюционной космолого-космогонической модели расширяющейся Вселенной, получившей название теории «Big Bang» (Большого Взрыва), связано в первую очередь с именем одного из крупнейших ученых современности, американского физика русского происхождения Джорджа (Георгия Антоновича) Гамова (1904–1968). Он был специалистом по атомной и ядерной физике, но внес фундаментальный вклад и в астрофизику и, кроме того, в генетику. Одним из первых он использовал успехи ядерной физики, включая свои собственные результаты, для решения проблемы источников внутризвездной энергии и для развития теории эволюции звезд. Дж. Гамов построил первую ядерную теорию эволюции звезд. В 1939 г. он предложил нейтринную теорию сверхновых звезд. Совместно с М. Шенбергом в 1940–1941 гг. он раскрыл существенные стороны ядерного механизма взрывов сверхновых, указав на большую роль в этом процессе нейтрино. В 1942 г. Гамов построил детальную теорию эволюции наиболее крупных звезд – красных гигантов. Но для формирования современной астрономической картины мира наиболее значительным его вкладом стала выдвинутая им в 1946 г. и развитая впоследствии вместе со своими учениками теория Большого Взрыва. Согласно этой теории, конкретизировавшей на материале ядерной физики идеи расширяющейся Вселенной Фридмана – Леметра, вся современная наблюдаемая нами Вселенная представляет собою результат катастрофического взрыва материи, находившейся до того в чудовищно сжатом сверх-сверхплотном состоянии, недоступном пока для понимания и описания в рамках современной физики. Начавшееся при этом «взрыве» расширение материн, вернее, чудовищно быстрый вначале разлет ее в форме неразделимой смеси – высокотемпературного излучения и вещества – элементарных частиц, обладавших релятивистскими скоростями, наблюдается и в наши дни в виде эффекта хаббловского линейно-изотропного «расширения Вселенной» или «красного смещения».

Совместно со своими учениками и сотрудниками – физиками Р. Альфером и Р. Германом, Дж. Гамов в 1948 г. развил теорию образования в ранней Вселенной химических элементов тяжелее водорода в результате ядерного синтеза (теория нейтронного захвата), происходившего, уже в начальный период расширения и остывания горячего «начального» вещества, за которое они принимали сначала нейтроны. Предполагалось, что их распад (на протоны и электроны) и дальнейшие комбинации получавшихся частиц обеспечили формирование современного химического состава Вселенной, в котором главное место занимает водород (70–80%), но дальнейшие наблюдения заставили астрофизиков допустить, что часть гелия образовалась уже на ранней, дозвездной стадии расширения Вселенной, а доступное пониманию начальное вещество Вселенной состояло из равного числа нейтронов и протонов. Огромное обилие водорода в наблюдаемой Вселенной заставляет предположить, что в начальной фазе ее расширения она была заполнена главным образом высокотемпературным излучением (фотонами), хотя уже содержала и некоторое число частиц и античастиц. После их взаимной аннигиляции остался некий избыток (имевшийся изначально) частиц – тяжелых (барионов: нейтронов и протонов) и легких (лептонов: электронов и нейтрино). Это исходное соотношение между числом фотонов, нейтрино, барпонов и электронов сохраняется и в современной Вселенной. По наблюдаемому обилию легких элементов (Н и Не) оно было оценено Альфером и Германом как 109:10:1:1. Из наблюдаемой плотности в Космосе ядерных, тяжелых частиц Гамов, Альфер и Герман предсказали в 1948 г., что в современной Вселенной это остывшее первичное излучение должно наблюдаться как тепловое, соответствующее температуре около 5 К, т.е. с максимумом в сантиметровом диапазоне радиоволн. В 50-е годы ряд обстоятельств помешал группе Гамова продолжить эти исследования, а главное – осуществить проверку теории наблюдением – поисками остаточного излучения. Развитию теории препятствовали и недостаток наблюдательных сведений о распространенности различных химических элементов во Вселенной, и – главное – общее скептическое отношение «серьезных» астрофизиков и многих физиков тех лет к возможности самой постановки, а тем более решения столь фантастической проблемы, как начало истории всей Вселенной в целом! Проверить же предсказание о сохранившемся первичном тепловом радиоизлучении с современной температурой около 5К специалистам радиофизикам представлялось невозможным: все были уверены, что такой слабый сигнал нельзя выделить, по крайней мере, с имевшейся аппаратурой, из общего радиошума – радиоизлучения звезд, галактик, межзвездной среды. Полтора десятка лет концепция Большого Взрыва оставалась курьезом, игрой ума немногих физиков и космологов. Проблема холодного или горячего начального состояния современной Вселенной вызывала уже острые дискуссии, и сама становилась «горячим», дискуссионным элементом в астрономической картине мира. В результате американский радиофизик Дикке даже начал подготовку к наблюдательной проверке концепции Большого Взрыва… Поэтому, когда в 1964 г. американские радиоинженеры, не слыхавшие о теории Гамова, А. Пензиас и Р. Уилсон при испытании рупорной антенны для наблюдения американского спутника «Эхо» открыли случайно существование микроволнового (на волне 7,35 см) космического радиошума, не зависящего от направления антенны, это открытие сразу же попало в центр внимания американских астрофизиков – космологов Дикке, Пиблса и др. Последние сразу поняли, что речь идет о предсказанном группой Гамова первичном остаточном радиоизлучении и что теория горячей Вселенной получила важнейшее наблюдательное подтверждение. Это величайшее в астрономии XX в. открытие, по существу, коллективное и в значительной степени ставшее результатом созревшей для его восприятия научной атмосферы, или картины мира, сделало достоверным фактом, по меньшей мере, то, что у нашей Вселенной (Метагалактики) имелась ее ранняя история, т.е. что она действительно эволюционирует.

Дата добавления: 2015-02-16 ; просмотров: 18 | Нарушение авторских прав

Источник

Как устроена Вселенная. Часть II.

Если бы звезды были видны только лишь из одного места Земли,
туда бы стекалось больше паломников, чем куда-либо
Римский философ Сенека.

О точке сингулярности.

Согласно общей теории относительности (ОТО), на которой основаны решения Фридмана, Вселенная могла иметь особую точку – сингулярную. Сингулярность от лат singularis – отдельный, особый. Но было неясно: следует ли из ОТО, что у Вселенной должно было быть начало времени – большой взрыв?

Началом ответа на этот вопрос можно считать работу английского физика и математика Рождера Пенроуза, опубликованную в 1965 году.

Ему удалось математически доказать, что при сжатии звезды под действием собственных сил гравитации, она ограничивается областью, поверхность которой сжимается до нуля. А раз поверхность этой области сжимается до нуля, то же самое происходит и с ее объемом. Все вещество звезды будет сжато в нулевом объеме, так что ее плотность и кривизна пространства-времени станут бесконечными. Иными словами, возникнет сингулярность в некой области пространства- времени, которую назвали «черной дырой» [1].

Теорема Пенроуза относилась к звездам, и в ней ничего не говорилось о том, испытала ли Вселенная в прошлом большой взрыв? Если большой взрыв был, то должно быть и начало времени!

За решение этого вопроса взялся Стивен Хокинг. Он применил теорему Пенроуза по отношению ко Вселенной, изменив направление времени на обратное, так, чтобы сжатие перешло в расширение. По теореме Пероуза конечным состоянием любой коллапсирующей звезды должна была стать сингулярность. При обращении времени эта теорема утверждает, что в модели Фридмана начальным состоянием расширяющейся Вселенной тоже должна быть сингулярность. Хокинг вел в теорему Пенроуза в качестве условия требование, чтобы Вселенная была бесконечной в пространстве. Ему необходимо было доказать, что сингулярность должна существовать при условии, что Вселенная расширяется достаточно быстро, чтобы не началось повторное сжатие.

Дальнейшую работу Хокинг и Пенроуз продолжили совместно. В 1970 году они, исходя из общей теории относительности, доказали, что у Вселенной должна была быть сингулярная точка, и, следовательно, было начало времени. Из их доказательства следовало, что ОТО представляет собой неполную теорию, так как в ней нет ответа на вопрос: как возникла Вселенная, потому что все физические теории, и она сама нарушаются в точке возникновения Вселенной [2].

Предсказав наличие точки сингулярности, в которой плотность становится бесконечной (в случае черных дыр и в случае большого взрыва), ОТО сама предрекла свое поражение.

Итак, теория подтвердила наличие большого взрыва, в результате которого возникла наша Вселенная.

Горячая Вселенная Гамова.

Чтобы понять состав огненного шара, надо знать, что происходит при высокоэнергичных столкновениях частиц. Именно с этой целью создаются ускорители элементарных частиц – коллайдеры. В коллайдерах частицы, направленные навстречу друг другу, разгоняются почти до скоростей, близких к скорости света и при столкновениях возникают необычные явления. Например, две частицы при столкновениях изменяют свой тип, и могут породить целый фейерверк из десятка новых части, разлетающихся из точки столкновения. Прекрасное подтверждение того, что энергия и масса взаимообратимы [4].

Нечто подобное, по мнению исследователей, происходило и в первые доли секунды после большого взрыва. В ранней Вселенной частицы безостановочно сталкиваются друг с другом, и огненный шар наполняется всеми типами частиц, какие только могут быть созданы в этих столкновениях.

Сегодня в Большом Адроном Коллайдере (БАК) под Женевой в результате столкновения встречных потоков протонов получено состояние праматери–легкая кварк-глюонная плазма, которая, по мнению исследователей , соответствует состоянию Вселенной через10-34 секунды после большого взрыва. Ученые почти приблизились к эпицентру акта творения.

Это безмассовое состояние праматери ученые надеются наделить массой. Это произойдет, если удастся получить протоны и электроны. Пока этого не произошло, хотя за счет столкновения ионов свинца исследователи сумели получить состояние Вселенной через 10-11 секунды после Большого взрыва, т.е. гораздо позднее. Это- безмассовая тяжелая кварк-глюонная плазма. Но материи пока нет.

Обратите внимание , о каких ничтожно малых промежутках времени идет речь. Дело в том, что формирование Вселенной и происходило за малые промежутки времени. Все самое главное укладывается в первую секунду.

И этот чрезвычайно малый промежуток времени, за который, в основном¸ была сформирована наша Вселенная, ученые условно разбили на так называемые «эпохи».

Эпохи формирования Вселенной.

По современным представлениям наблюдаемая нами сегодня Вселенная возникла приблизительно 13,5-14 млрд. лет назад в результате Большого взрыва и с тех пор непрерывно расширяется и охлаждается.

Мы уже знаем, что теория большого взрыва и горячей Вселенной не дает никаких объяснений тому, что предшествовало этому моменту, но она и не отрицает возможность существования чего-либо до взрыва.

Согласно теории Фридмана в начальный момент времени расстояние между соседними галактиками должно было равняться нулю, а плотность и кривизна Вселенной должны были быть бесконечными.

Уравнения Фридмана можно использовать для определения температуры и плотности огненного шара в любой момент времени. Например, спустя одну секунду после Большого взрыва температура составляет 10 миллиардов градусов, а плотность — около 1 тонны на кубический сантиметр. Но к одной минуте Вселенная уже должна быть сформирована. И поскольку точка сингулярности существует, и большой взрыв был, то, значит, было и начало времени.

Именно это утверждал Святой Августин, который говорил: «Время – это свойство вселенной, которое появилось вместе с ней самой».
В честь святого Августина Георгий Гамов предложил назвать состояние Вселенной «до и в момент» Большого взрыва Августинской эпохой. Так что наша Вселенная началась с Августинской эпохи.

А далее ученые, основываясь на ОТО, буквально по долям секунды (названные «эпохами») представили теоретически процесс формирования Вселенной.

Планковская эпоха следует за Августинской эпохой и по времени занимает от 10-43 с. после большого взрыва до 10-35.секунды. Начиная с планковской эпохи действует ОТО и возможно научное исследование процесса.

При этом планковская температура плазмы 1032К, а планковская плотность 1093г/см3. Вселенная в этот момент однородна и изотропна; является геометрически плоской. Во время планковской эпохи по предположению ученых гравитационное взаимодействие отделилось от остальных фундаментальных взаимодействий.

Инфляционная эпоха (инфляции – это раздувание) начинается через 10-35 с. после Большого взрыва и длиться до 10-32 с. Она характерна увеличением размера Вселенной в 10100 раз ( по расчетам Линде). Во Вселенной, заполненной излучением, начинают образовываться кварки и гипероны. Вот это состояние и сумели смоделировать ученые на БАК.

Эпоха электрослабых взаимодействия расположена между 10-32 и 10-12 с. Электромагнитные и слабые взаимодействия пока еще объединены в единое электрослабое взаимодействие. За счет высоких энергий образуются некоторые тяжелые частицы, в частности, бозоны. По предположениям ученых, именно в этот момент должен появиться бозон Хиггса, который соединит кварки и глюоны в протоны, наделив их массой. Заметим, что на БАК состояние первоматерии получениы при 10-35 с. и 10-11 с после большого взрыва, но бозона Хигса пока нет.

Эпоха кварков располагается между 10-12 и 10-6 с. Электромагнитное, гравитационное , сильно и слабое взаимодействия формируются в современном виде, но поскольку температуры и энергии еще слишком велики кварки пока не группируются в адроны. Адроны- частицы, участвующие в сильных взаимодействиях , например, протоны.

Эпоха адронов наступает между 10-6 и 1 с. после большого взрыва. Кварк-глюонная плазма охлаждается, и кварки начинают группироваться в протоны и нейтроны. Примерно через 1 с. должны были высвободиться нейтрино и начать свободно двигаться в пространстве.

Надо иметь в виду, что температура Вселенной хотя и снижалась от эпохи е эпохе, но была еще чрезвычайно высока. Так, через 0, 1 сек. после начало расширения температура была около 30 млрд. К. , а через секунду после взрыва она составляла 10 млрд. градусов.

Эпоха нуклеосинтеза расположена между 1 секундой и 3-мя минутами после большого взрыва. Интенсивно образуются нуклоны, которые представляют собой протоны и нейтроны, иными словами — ядра. За время этой эпохи образовался первичный состав звездного вещества: около 25% гелий, 4% дейтерий, следы тяжелых элементов, остальное – водород.

Примерно через 380 000 лет, когда температура Вселенной достигла значение 4000 К, стали образовываться атомы. Из состояния плазмы, непрозрачной для электромагнитного излучения, материя перешла в газообразное состояние. С этого момента Вселенная стала прозрачна для излучения.

Космолог Джозеф Силк в своей книге «Большой Взрыв» пишет о том, что в течение первых 380 000 лет после Большого Взрыва наблюдать раннюю Вселенную было не проще , чем высматривать что-то в густом тумане. То есть, плотность Вселенной была чрезвычайно большой, и прозрачной она стала, когда плотность и температура упали до такого уровня, что смогла образоваться материя [5].

Излучение, предсказанное Гамовым, практически перестало взаимодействовать с веществом, оно как бы отделилось от него и стало эволюционировать независимо.

Эволюция вещества привела к образованию того сложного, многообразного Мира, в котором мы живем. А излучение, которое впоследствии назвали реликтовым, продолжало равномерно заполнять все пространство, только плотность и температура его с расширением Вселенной уменьшалась.

1. 1. Тихоплав В.Ю., Тихоплав Т.С. Научно-эзотерические основы Мироздания», лекция № 22.
2. ХокингС., Пенроуз Р. Природа пространства и времени. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000
3. Эйнштейн А. Сборник научных трудов. Т.I-IV.: Наука, 1966.
4. Астафьев Б.А. Основы Мироздания. М.: Белые альвы, 2002.
5. Хайш Б. Теория Бога. Доказательство существования Бога в современной науке. М.: ООО Издательство «София»,2010.

Источник