Miután a Big Bang
„Az egyik pillanatban, hogy az örökkévalóság ...”
Körülbelül hogyan működik az univerzum, meg tudjuk mondani, mert az ember alkotta eszköz, amely lehetővé teszi, hogy egy pillantást egy elképzelhetetlenül nagy távolságokra, amelyeket nehéz elképzelni. Ha összevetjük őket az elfogadott csillagászati egységnyi hosszúságú - fényévnyi (1 fényév = 9,5 km, illetve 10-én.
0,3 parsec (1 parsec
3.1. Október 13 km)), a távolság a látszólagos forrás eszközök tehető 5000000000 parsecs, illetve 15 milliárd fényév! Az univerzum látjuk ma - hatalmas medence a csillagok - galaxisok kisebb foltokban a töltés, első pillantásra, üres tér. De valójában az egész teret az univerzum tele van mit nevezünk anyag és a sugárzás.
Az elején az ügyet. Matter áll atommagok - nuklidok. A nucleus protonok és a neutronok. Ezek az úgynevezett nukleonokból. A protonok száma határozza meg a nukleáris díj (Z), és a teljes számát protonok és neutronok (N) - tömegszáma vagy a mag tömegére vonatkoztatva (A), azaz a Z + N = A Tény, ezek a két paraméter mag - Z és A - határozzuk jellemzői nuklid és magát az anyagot.
Így például, a hidrogén, a leggyakoribb és a fény elem az univerzumban van Z = 1 (a megjelölése 1 H), és azok között a legsúlyosabb és ritka - urán Z = 92 (92 U). Az egyik probléma az asztrofizika pontosan eredetének tisztázására és prevalenciája az egyes nuklidok az Univerzumban, és nagyjából 300.
A történelem a világegyetem több mint 10 milliárd év. Hogy került fel?
1.1. menekülő galaxis
„Space halad végtelen ciklusban a Big Bang és a kiterjesztéseket.
Lehet, hogy a nagy bumm - nem az idők kezdete óta,
de csak a kezdete az utolsó ciklus a végtelenített sorozat fűtés,
bővítése, a stagnálás, ürítés és újra bővítése. "
„A történelem a kozmológia - a történet a hibáinkat ...
Mi egy kis bolygó az univerzumban,
Nem megy sehova, és létrehozott egy kísérletet.
Minden, amit tehetünk, hogy egy kicsit a fény,
ami eljutott hozzánk, és megérteni, hogy mit jelent az univerzumban. "
Ábra. 1.1. Diagram a Big Bang - a világ teremtése, és kiemeli a jellemzői a táguló világegyetem. 10 -43 s uralja a korszak nagy egyesítés mindhárom kölcsönhatások, amely végül a 10 -6 sec egyesíteni kvarkokra be hadronokat. 10 másodperces léptem sugárzás játszó év feletti anyag (sugárzás korszak). Csak miután 40.000 évvel anyag kezd érvényesülni át a sugárzást, képződéséhez vezet az atomok (az 4.000.000 év). A korszak az anyag a mai napig folytatódik, miután 15 milliárd évvel a rajt után.
A válasz által javasolt honfitársunk - kiemelkedő fizikus G. Gamow a 40-es. A történelem a világ kezdődött a Big Bang (1.1 ábra). Ez az, amit a legtöbb ember gondol asztrofizikus és ma.
Big Bang - gyors csökkenése kezdetben hatalmas sűrűség, hőmérséklet és a nyomás az anyag, koncentrálódik igen kis mennyisége az univerzumban. A kezdeti pillanatban a világegyetem óriási sűrűség és a hőmérséklet. Az első második fennállása, a világ sűrűsége
Október 5 g / cm 3, és a hőmérsékletet 10 10 K. Aktuális hőmérséklet legközelebbi csillag - a Nap egy ezerszer kisebb.
mindössze 10 -36 másodperc - - apró univerzum tele volt az alapvető részecskék rövid idő után a Big Bang. Ezek a részecskék, ellentétben nuklidek protonok és neutronok - oszthatatlan. Mindezek, valamint tagjai, sőt, a protonok és neutronok - az alapja a nukleáris kérdésben. Ez - az alapvető fermion, kölcsönhatásban egymással egy egységes, abban az időben az univerzum, az alapvető kölcsönhatást. Milyen volt ez a kölcsönhatás? Miután a részecske. Ezek az úgynevezett bozonok. Négy: a foton (gamma-sugár) és két gluon bozon - W és Z. alapvető részecskék maguk, azaz fermionok - a hatféle kvarkok és hatféle leptonok.
Ábra. 1.2. Részecskék (protonok és elektronok) és ezek ellentétei - az antiproton és egy pozitron. Ha az elektron és pozitron különböznek egymástól csak az elektromos töltés, a proton és antiproton - különböző belső szerkezete - túró és antiquarks. Centrifugálás (fizikai mennyiség leírja a forgómozgást) az ezeket a részecskéket és antirészecskéje - egyenlő
Ez a csoport a részecskék 12 fermionok kölcsönhatásban áll egymással keresztül 4 bozonok lényegében csíra univerzumban. De ez egy teljes képet. Közül túró és leptonok voltak antipódjaikra - antirészecskéje megkülönböztethető a szokásos részecskék aláírására néhány kölcsönhatásának jellemzőit. A legegyszerűbb esetben - az elektromos töltés (lásd 1.2 ábra ..). Például, az egyik leptonok - elektron (e -) lehetnek negatív töltésű vagy pozitív (ebben az esetben ez az úgynevezett pozitron (e +)). Antirészecskéi már majdnem minden részecskék, kivéve a foton () és mások. Számukra a antirészecskéi maguk.
Ultramagas kezdeti hőmérséklet univerzumban vezetett ütközések a részecskék és ezek egymásba való átalakítását. Tehát, a foton pár jöhet létre egy elektron és egy pozitron, és az utolsó ütközési (a folyamat közötti kölcsönhatás egy részecske és egy antirészecske nevezett megsemmisülés) vezet a születés az új pár fotonok:
Lehetséges volt, és a megjelenése új részecskék - neutrínók () és antineutrinos ():
Egy neutrínó interakciót annak antirészecskéje ismét vezetett a megjelenése egy elektron és egy pozitron.
Kölcsönös konverzió alatti ultramagas hőmérsékletű részecskék hasonlított „forró levest”, amelyben a részecskék számát és anti-részecskék egyenlő volt. Ez azt jelenti, hogy együtt az univerzum létezett Antiuniverse. Most, miután több milliárd év után abban a pillanatban, kísérleteket tettek, hogy megtalálja őt, vagy ami maradt belőle. De ez - a későbbi fejezetekben a könyv.
És most térjünk vissza a táguló világegyetem első pillanataiban a létezéséről.
A modern fizika azt sugallja, hogy a részecskék - fermionok és bozonok, ami megjelent után azonnal a Big Bang, oszthatatlan. „Azt hiszem” - azt jelenti, hogy még mindig nincs információ a belső szerkezetéről. Fermionok és bozonok voltak tömegtelen valahol akár 10 -10 másodperccel az univerzum és kialakult az úgynevezett „forró leves”, egy kis univerzum. Ezek kölcsönhatásban vannak egymással egyetlen törvény a Grand egységesítéséről.
10 -36 s Grand egyesítés korszakalkotó összeomlott. A kölcsönhatás természetének részecskék kezdett megváltozni. Összevonása részecskék és nehéz kialakulását több lehetetlen volt addig, amíg a világegyetem magas hőmérsékleten.
Hűtés univerzumban folytatjuk 1 mikroszekundum. Ez idő alatt, a részecskék, hogy töltse ki az apró, nem nagyobb, mint 10 -14 cm, a világegyetem szert tömeg, az energia növekszik, és az új részecskék - az „igazi” kvarkok - a tömeg - építőkövei a kérdés, hogy a világegyetem és modern. Lehetővé vált, hogy egyesíteni kvarkok a nagyobb tömegű részecskék - hadron és antiadrony.
De az univerzum tovább hűlni, és ez vezetett a számának csökkenése a hadronokat számához képest a leptonok. neutrínók között a leptonokat. Ebben az időszakban az élet a világegyetem (ezen a ponton volt körülbelül 10 másodpercig) neutrínók, amelyek csaknem teljesen tömege, hogy ingyenes volt: azok bővítési történt függetlenül az összes többi részecskének. Ez - az ereklye neutrínók. Várható, hogy még mindig léteznek (további információkat róluk lesz szó a 11. fejezetben).
Eközben a megsemmisítése részecskék tovább, amelyek növekedését okozta fotonok száma. Az univerzum lett lényegében egy sugárzás - fotonok és neutrínók. Ez volt a korszak sugárzás a fejlődését. Egy további hőmérséklet-csökkenés miatt az univerzum tágulását és a csökkentés a sugárzási energia vezetett a tény, hogy miután több tízezer évvel az ősrobbanás után, az anyag kezd uralkodóvá a tanulmány, és gyakorlatilag megszűnt kölcsönhatásba sugárzás. És miután több százezer évvel az ősrobbanás után, az univerzum úgy tűnt, hogy „elfelejtett” körülbelül az eredeti állapotukba.
De voltunk „tanúk” a kor - egy ereklye a neutrínók és ereklye fotonok. Ha az utóbbi „elkapta” (melyről a későbbiekben még kitérünk), a feladat a kísérleti kimutatása primordiális neutrínók - rendkívül bonyolult, és ez még nem lehetséges dönteni.
1.2. Létrehozása anyag
Ábra. 1.7. Felépítése a Galaxy - a Tejút, a jellegzetes méretei.
A Galaxy - Tejút - tartozik az úgynevezett spirális típusú galaxisok (S - Galaxy) képviselő forgó korong hidrogéngáz, a port és a csillagok, kifejezett spirálkarjaira (1.6 ábra.). Ez - egy komplex égitest álló mag - egy megvastagodása a központi része - a dudor (az angol szó „buldge”), halogén és a tényleges lemez önmagában (1.7 ábra.). A sűrű mag közepén többnyire öreg csillagok, és nincs gáz vagy por. Középpontjában a mi galaxisunk egy fekete lyuk (fekete lyukak tökéletesen a könyvben leírt AM Cherepashchuk „fekete lyukak”).
Legutóbb keringő Chandra űrtávcső már felvett egy nagy X-ray flare központjában a Galaxy, ami lehetővé tette, hogy meghatározzák a méret a fekete lyuk - nem több, mint a távolság a Föld a nap.
Galaktikus korongban gázzal töltött, por, és főleg a fiatal csillagok. Az átmérője a lemez mérete körülbelül 30.000 parszekre (PC), a dudor - 8000 Pc. Spirálkarjaiban lemez koncentrálódik szinte az összes csillag, és - ami a gáz-por számít.
A lemez körül egy gömb alakú halo. A mérete egy nagyságrenddel nagyobb, mint a keresztirányú mérete a lemezen. A halo csillagok ritkák és klaszterek a csillagok - klaszterek, számozás több százezer csillag. Ezen kívül, ott van a sötét anyag halo ( „sötét anyag”), amelyet úgy azonosítunk, a gravitációs hatások. Sötét anyag növeli a tömeget a galaxis, legalább néhány alkalommal.
Sun - a legközelebbi csillag nekünk - ez az Orion spirál a távolból
25.000 db a galaxisunk közepén. Sun - egy viszonylag fiatal csillag - volt 5 milliárd év. A Tejút legalább kétszer olyan idős, mint a nap: a kora csillaghalmazok lehet 10 milliárd év.
A teljes csillagok száma a lemezen a galaxis - október 11. (száz milliárd). Amellett, hogy a galaxis a csillagok és a csillagközi anyag tartalmazza. A fő összetevője a csillagközi közeg csillagközi gáz lényegében (
90%) a hidrogén és csillagközi port (
1%). A készítményben a csillagközi anyag mágneses mező, elektromágneses sugárzás. Galaxy forog differenciáltan: kerületén annak forgási sebessége kisebb, mint a központi régióban. A keringési idejének Naprendszerünk körül a galaktikus központ mintegy 200 millió év. Ne feledje, ez a szám. Mi jön vissza rá.
Az átlagos sűrűsége csillagközi anyag a lemez a becslések szerint 10 -24 g / cm 3 (durván - 1 hidrogénatom per cm3). Vannak nagy eltérések ettől az értéktől: ez - sűrű felhők, a hossza legfeljebb tíz parsecs nagyobb sűrűségű 100-1000 atom / cm3.
Az anyag található a Galaxy atomi állapotban az intézkedés alapján ultraibolya sugárzás ionizálja csillagok (semleges atomok „elveszti” a elektron héj). Tehát, például legfeljebb 90% hidrogén-ionok képezik - protonok.
Súlya egész univerzum, és ez - optikailag fényes csillagok, csillagközi por és gáz, molekuláris felhők, bolygó, koncentráljuk protonok és neutronok (85% a protonok és a neutronok 15%). A neutronok instabillá részecske csak létezik belsejében a sejtmagba. Mindez az úgynevezett baryonic számít.
Ábra. 1.8. szerkezete anyag a világegyetemben. Hozzájárulás baryonic számít - nem több, mint 5%. Az egyensúly az úgynevezett non-baryonic „sötét anyag” és a „sötét energia”, amelynek természete - ismeretlen.
Térjünk arra a problémára, az arányok a különböző formák számít a mai univerzumban. Ábra. 1.8 adni a választ erre a kérdésre. A válasz szerint az állam tudásunk ma. A diagram ábrán látható. 1,8, nyilvánvaló, hogy csak egy kis százaléka (körülbelül 4%) a készítmény az univerzum utal az a tény, hogy miben hiszünk, világunk képződik. Ez - baryonic számít. Minden más, hiszen csaknem 96% - a sötét anyag és sötét energia - eddig ismeretlen számunkra az anyag anyag a világegyetem. Tudjuk, hogy ezek biztosan ott van. De nem tudjuk, mi az. Mi csak építeni hipotézisek és próbálja meg a kísérlet, remélve, hogy bizonyítani azok érvényességét. De az tény marad - nincs érv a végső kiválasztás egy hipotézis megmagyarázza a készítmény sötét anyag és sötét energia az univerzumban.
Sötét energia, a modern elképzelések - csak az erő, amely a világegyetem bővíteni. Ha ismerős számunkra a gravitáció hatására a szervezet, hogy vonzzák egymást, a sötét energia - a legtöbb anti-gravitációs, hozzájárulva a diszperziós testek az univerzumban. Úgy tűnik, jobb az ősrobbanás után a világegyetem tágulási lassít, de azután, hogy a „sötét energia” a gravitáció, és megint gyorsuló - az univerzum tágulását. Ez - nem egy hipotézis, a kísérleti tény által észlelt sugárzás vöröseltolódás - csökkenti a fényerőt a távoli szupernóvák: ők sokkal jobbak, mint lenniük kellene ki a kép lassul a világegyetem tágulásának. A hatás „vöröseltolódás” - felvett egy megfigyelő a megfigyelt növekedése a spektrum a fényforrás hullámhossza (ezért csillagok fényesebbek) - az egyik nagy kísérleti csillagászati tényeket. Kozmológiai „vöröseltolódás” a megfigyelt galaxisok már megjósolta Einstein és a mai napig az egyik döntő bizonyíték egy táguló univerzum.
Merüljön el a korszak elején kozmológia, akkor ne feledjük, hogy ez volt a nagy Einstein, próbálja tartani a világegyetem statikus, be, ami lett történelmi, kozmológiai állandó - egyensúlyozás vonzóerő az égitestek. De miután a felfedezés „vöröseltolódás” csapott ki állandó az ő egyenletek. Úgy tűnik, Einstein tévedett visszautasítására: Miután minden - ez a sötét energia, amely érdekes modern asztrofizika.
Nem világos, szerencsés vagy sem az emberiség, de él egy időszakban a fejlődés az univerzumban, amikor a sötét energia dominál, segít bővíteni. De ez a folyamat valószínűleg nem tart örökké, és miután az idő, hasonló korú a világegyetem (10-20 milliárd év) történelem visszafordítható - világunk kezd csökkenni. Vagy nem jön a nagy összeomlás - alternatívát a Big Bang, persze, a nagy kérdés a modern kozmológia.
A tudósok tudták bizonyítani, hogy létezik egy táguló univerzum - ez a vörös eltolódás az optikai sugárzás a Galaxy és az ereklyét elektromágneses sugárzás - ereklye fotonok, amely az alábbiakban tárgyaljuk. Talán a tudósok képesek lesznek a jövőben, hogy létrehozza a létezését „prekurzorok” közelgő összehúzódása az univerzumban.
Tovább kísérleti tény - a tanulmány a lehajlás a fény a távoli galaxisok gravitációs mezőket az univerzum vezetett asztrofizikus arra a következtetésre, hogy létezik egy rejtett - sötét anyag - valahol a közelünkben. Ez az a sötét anyag megváltoztatja az útját fénysugarak egy nagyobb összeget, mint az várható jelenlétében látható közeli galaxisok. A tudósok tanulmányozták a megoszlása a csillagos ég több mint 50.000 galaxist egy kísérletet, hogy építsenek egy háromdimenziós modell egy sötét anyag szerkezetét. Az összes eredményt elkerülhetetlenül mellett érvelni a létezéséről, az univerzummal - alapvetően a sötét anyag. A jelenlegi becslések szerint az érték mintegy 80%. Itt újra ismétlem - nem tudjuk, hogy minden részecske ez a sötét anyag. A tudósok csak feltételezzük, hogy két részből áll: egy még ismeretlen néhány egzotikus masszív részecskék és a fizikai vákuum.
Vissza fogunk térni erre a problémára, de most térjünk vissza a megszokott formákat illeti, soctoyaschey a barionok (protonok és neutronok) és elektronok - „baryonic anyag”. Rajta, tudjuk, hogy sokkal több. Több mint egy évszázada a fizika történetében - a felfedezés az elemi részecskék és atomi szerkezetét a kutatási eredmények ezen a területen, valamint az asztrofizika, a tudomány rendelkezésére áll egy sor új eredményeket a szerkezet ismerős számunkra anyagot.