Модель горячей Вселенной

В основе современной астрономической картины мира об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной. В соответствии с ней на ранних стадиях расширения Вселенная характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой. Гипотезу «горячей Вселенной» выдвинули Ж. Леметр и Г. А. Гамов. Она получила название Большого взрыва.

Согласно этой теории, предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень высокой плотностью материи, обладающей огромной энергией. Это начальное состояние материи называется сингулярностью - точечный объем с бесконечной плотностью. Расширение Вселенной нельзя рассматривать как расширение сверхплотной вначале материи в окружающую пустоту, ибо окружающей пустоты не было. Вселенная - это все существующее. Вещество Вселенной с самого начала однородно заполняло все безграничное пространство. И хотя давление было огромным, оно не создавало расширяющей силы, так как везде было одинаковым. Причины начала расширения Вселенной до конца не известны. По мере ее расширения температура падала от очень большой до очень низкой, что и обеспечило благоприятные условия для образования звезд и галактик.

На основании моделей Фридмана была разработана поэтапная физическая картина эволюции вещества начиная с момента взрыва. Чуть более трех минут спустя формирование ранней Вселенной закончилось и начался процесс соединения протонов и нейтронов в составные ядра. Затем почти 500 тыс. лет шло медленное остывание. Когда температура Вселенной упала примерно до 3 тыс. градусов, ядра водорода и гелия уже могли захватывать свободные электроны и превращаться в нейтральные атомы. Через миллион лет после начала расширения наступила эра вещества, когда из горячей водородно-гелиевой плазмы с малой примесью других ядер стало развиваться многообразие нынешнего мира.

Неоднородности во Вселенной, из которых впоследствии возникли все структурные образования, зародились в виде ничтожных случайных отклонений (флуктуаций), а затем усилились в эпоху, когда ионизированный газ во Вселенной стал превращаться в нейтральный, т.е. когда излучение «оторвалось» от вещества.

После того как вещество стало прозрачно для электромагнитного излучения, в действие вступили гравитационные силы. Они стали преобладать над всеми другими взаимодействиями между массами практически нейтрального вещества, составлявшего основную часть материи Вселенной. Гравитационные силы создали галактики, скопления звезд и планеты.

Какова судьба Вселенной? Существуют две теоретические модели будущего Вселенной - закрытая и открытая.

Закрытая модель предполагает, что Вселенная может быть представлена как грандиозная закрытая система, испытывающая множество эволюционных циклов. Цикл расширения сменяется циклом последующего сжатия до возвращения в сингулярное состояние, затем новый взрыв и т. д. Полный цикл расширения и сжатия Вселенной составляет примерно 100 млрд лет. Каждый раз, возвращаясь к сингулярности, Вселенная теряет «память» о прошлом состоянии и может снова «родиться» с совершенно новым набором физических констант.

В открытых моделях Вселенной рассматриваются разные варианты ее «тепловой смерти». Предполагается, что уже через 1014 лет многие звезды остынут, и это в последующем приведет к отрыву планет от своих звезд, а те, в свою очередь, начнут покидать галактики. Затем центральные части галактик коллапсируют, образуя черные дыры, и тем самым прекращают свое существование.

Читать далее