Гипотеза «Большого взрыва» и «горячей Вселенной» и их основания

Гипотеза «Большого  взрыва» 

и  «горячей Вселенной» и их основания.

Модели вселенной  и их интерпретация.

Теория  Большого Взрыва утверждает, что вся физическая вселенная – материя, энергия и даже 4 измерения пространства и времени возникли из состояния бесконечных значений плотности, температуры и давления. Вселенная возникла из объема меньшего, чем точка и продолжает расширяться. Теория Большого Взрыва теперь общепринята, так как она объясняет оба наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения.

Это событие  произошло от 13 до 20 миллиардов лет  назад. Можно воспользоваться известными законами физики и просчитать в обратном направлении все состояния, в  которых находилась Вселенная, начиная  с 10-43 секунд после Большого Взрыва.

В течение  первого миллиона лет вещество и  энергия во Вселенной сформировали непрозрачную плазму, иногда называемую первичным огненным шаром. 

К концу  этого периода расширение Вселенной  заставило температуру опуститься ниже 3000 K, так что протоны и  электроны смогли объединяться, образуя  атомы водорода. На этой стадии Вселенная  стала прозрачной для излучения. Плотность вещества теперь стала  выше плотности излучения, хотя раньше ситуация была обратной, что и определяло скорость расширения Вселенной.

 Фоновое  микроволновое излучение - все,  что осталось от сильно охлажденного  излучения ранней Вселенной. 

 

«Горячая Вселенная»

 

Космологическая модель, в которой эволюция Вселенной начинается  с состояния плотной горячей плазмы, состоящей из элементарных частиц, и протекает при дальнейшем адиабатическом космологическом  расширении.

Впервые модель горячей вселенной рассматривалась  в 1947 году Г. А. Гамовым. Наиболее существенное наблюдательное предсказание, вытекающее из модели горячей Вселенной — наличие реликтового излучения со спектром, очень близким к спектру абсолютно чёрного тела, возникшего в момент рекомбинации ионов (в основном, водорода и гелия) и электронов в нейтральные атомы.

Модели горячей  вселенной

 

Чаше всего рассматриваются  три модели горячей вселенной:

• Открытая
• Закрытая (замкнутая)
• Пульсирующая

Модель открытой Метагалактики

 

• Конструируется на предположении, что средняя плотность вещества в пространстве недостаточна, чтобы силой гравитации преодолеть инерцию Большого взрыва и прекратить «разбегание» сверхскоплений галактик. Таким образом, расширение Метагалактики будет продолжаться всегда в направлении к ее так называемой «тепловой смерти».

Закрытая модель

 

• Предусматривает , что массы – энергии намного больше, чем мы можем наблюдать. В межзвездных и межгалактических просторах есть немало «скрытой» массы. Следовательно, силой гравитации инерция Большого взрыва будет преодолена, и расширение Метагалактики смениться сжатием. Расчеты, сделанные на основе известных физических законов, показывают, что после достижения сингулярности нового Большого взрыва не будет, то есть Большой взрыв, породивший «нашу» Метагалактику, как и в модели  открытой Вселенной, был  единственным.

Модель пульсирующей вселенной

 

• В частности, академик Андрей Сахаров в своё время вычислил вероятность такой модели. У него вышло, что каждый последующий (после «нашего») Большой взрыв должен быть менее мощным, чем предыдущий. Свою модель Андрей Дмитриевич изобразил в виде затухающей синусоиды.

Также важно отметить независимость данной теории от наличия  или отсутствия Большого взрыва — вне зависимости от существования  начальной космологической сингулярности, которую должна описать квантовая  теория гравитации, состояние горячей  плазмы, описываемое моделью горячей  Вселенной и приводящее к современной  наблюдаемой космологической картине, не меняется (помимо самых близких  к сингулярности моментов). В то же время после открытия и измерения  анизотропии реликтового излучения модель горячей Вселенной считается  настолько хорошо подтверждённой наблюдениями, что произошло смешение понятий, и часто, когда говорят о Большом  взрыве, на самом деле имеют в  виду именно её.

Начало  звездообразования

Это изображение  показывает предположение о том, как выглядела очень молодая  вселенная (меньше чем 1 миллиард лет), когда начиналось формирование звезд, преобразовывая исходный водород в  бесчисленные звезды. 
 

Первые галактики начали формироваться из первичных облаков водорода и гелия только через один или два миллиарда лет. Термин "Большой Взрыв" может применяться к любой модели расширяющейся Вселенной, которая в прошлом была горячей и плотной

 

Большое Магелланово Облако - галактика, которая  сопровождает нашу собственную. Она  видима невооруженным взглядом как  туманная, удлиненная область неба. Оно расположено на расстоянии в 160,000 световых лет и охватывает область  в 20,000 световых лет. Его видимая часть - десятая часть Млечного пути 
 

Туманность  Песочных часов

- молодая  планетарная туманность удаленная  от нас приблизительно на 8000 световых  лет. Изображение принималось  в трех различных длинах волн, чтобы отразить газовый состав  туманности. Азот показан красным  цветом, водород - зеленым и вдвойне  ионизированный кислород - синим.  Точный процесс формирования  пока неясен  
 

Туманность  Краба

является  одним из наиболее интересных объектов в небе. Это - остатки огромного  звездного взрыва. Она была отображена во всех длинах волны от радио до гамма-лучей. Центральная звезда - пульсар - быстро вращающаяся нейтронная звезда. Она вращается настолько быстро, что импульс замечен каждые 0.033 секунды. В оптических длинах волны  эта центральная звезда имеет 16-ую величину и находится вне досягаемости всех кроме наиболее мощных телескопов 
 

Млечный Путь

 

- это наша собственная галактика,  видимая изнутри. Галактика представляет  собой гигантскую звездную систему,  состоящую приблизительно из 200 миллиардов  звезд галактика Млечного пути - имеет приблизительно 100 000 световых  лет в поперечнике и содержит  более чем 100 миллиардов звезд. Галактика имеет форму линзы диаметром 80 тысяч световых лет и толщиной ~ 30 тысяч световых лет

  
 

На этом снимке показана спиральная галактика 
 

 

Эллиптические галактики образуются в результате столкновений между спиральными  галактиками.

Столкновение  нашей Галактики

 

Примерно  через три миллиарда лет наша Галактика столкнётся с Андромедой, так как вот уже почти столетие, как астрономы знают, что обе  галактики приближаются друг к другу  со скоростью

500 000 километров  в час. 

Модели Вселенной

 

• Модель расширяющейся Вселенной
• Теория Большого Взрыва (модель горячей Вселенной)
• Инфляционная модель

Модель  расширяющейся Вселенной

 

Модель расширяющейся  Вселенной описывает сам факт расширения. В общем случае игнорируется, когда и почему Вселенная начала расширяться, то есть теория Большого Взрыва - лишь частный случай модели расширяющейся Вселенной. В основе большинства моделей расширяющейся  Вселенной лежит ОТО и её геометрический взгляд на природу гравитации. 

Инфляционная  модель

 

Теории  инфляции описывают предполагаемую стадию расширения Вселенной, начавшуюся спустя ~10−42с после Большого Взрыва. В ней скорость увеличения масштабов  происходит по экспоненциальному закону. По окончании этой стадии объём Вселенной  вырастает на много-много порядков по сравнению с начальным.  
 

 

Во время инфляции температура Вселенной меняется в очень большом диапазоне, в  какой-то момент, падая почти до абсолютного  нуля. В конце же, происходит повторный  нагрев вещества до высоких температур. На роль возможного объяснения столь  странного поведения предлагается "параметрический резонанс".

Спасибо за внимание!!!