Характеристика адронной, лептонной, фотонной и звездной эр эволюции Вселенной
а) Адронная эра. Длилась примерно от[11] t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017кг/м3 при T=1012…1013. При очень высоких температурах и плотности в самом началесуществования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Веществона самом раннем этапе состояло прежде всего из адронов, и поэтому ранняяэра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то времясуществовали и лептоны. Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной,температура T упала на 10 биллионов Кельвинов(1013K). Средняя кинетическаяэнергия частиц kT и фотонов h? составляла около миллиарда эв (103 Мэв), чтосоответствует энергии покоя барионов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходиламатериализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Нопо прошествии этого времени материализация барионов прекратилась, так какпри температуре ниже 1013 K фотоны не обладали уже достаточной энергией дляее осуществления. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжалсядо тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества.Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессесамопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоныи нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов -гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее нераспадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. Распадгиперонов происходил на этапе с 10-6 до 10-4 секунды. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды(10-4 с.), температура ее понизилась до 1012 K, а энергия частиц и фотоновпредставляла лишь 100 Мэв. Ее не хватало уже для возникновения самых легкихадронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые немогли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселеннойдостиг 10-4 с., в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не толькосамыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этогосильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такоймере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долюсекунды. б) Лептонная эра. Длилась примерно от[12] t=10-4 до t=101. К концу эры плотностьпорядка 107 кг/м3 при T=109. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой,чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов инейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали посравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - вмюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд притемпературе 1010 K, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв иматериализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапаначинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино,которые мы называем “реликтовыми”. Всё пространство Вселенной наполнилось огромным количеством реликтовыхэлектронных и мюонных нейтрино. Возникает нейтринное море. в) Фотонная эра или эра излучения. Длилась примерно от[13] t=10-6 до t=10-4. Плотность порядка 1017кг/м3 при T=1012…1013. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температураВселенной понизилась до 1010 K, а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв,произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, чтофотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов ипозитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью неотделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами.К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонови электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятсяфотоны, причем не только по количеству, но и по энергии. Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов воВселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергиив 1 куб.см, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что веществово Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию h? всехфотонов, присутствующих в 1 куб.см, то мы получим плотность энергииизлучения Er. Сумма энергии покоя всех частиц в 1 куб.см является среднейэнергией вещества Em во Вселенной. Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов ичастиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличилсяв восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась ввосемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы.В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется,энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частотуколебания, словно “устают” со временем. Вследствие этого плотность энергиифотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во вселенной фотонной составной над составной частиц(имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалосьдо тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришлив равновесие (то есть Er = Em). Кончается эра излучения и вместе с этимпериод “Большого Взрыва”. Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящеевремя. “Большой взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь однутридцатитысячную нынешнего возраста Вселенной. Несмотря на краткостьсрока, это всё же была самая славная эра Вселенной. Никогда после этогоэволюция Вселенной не была столь стремительна, как в самом её начале, вовремя “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касалисьсвободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада,аннигиляции. Не следует забывать, что в столь короткое время (всего лишь несколькосекунд) из богатого разнообразия видов элементарных частиц исчезли почтивсе: одни путем аннигиляции (превращение в гамма-фотоны), иные путемраспада на самые легкие барионы (протоны) и на самые легкие заряженныелептоны (электроны). г) Звездная эра. После “Большого Взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпохапреобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается современи завершения “Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до нашихдней. По сравнению с периодом “Большого Взрыва” её развитие представляетсякак будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности итемпературы. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, которыйокончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле,вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной.Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления всравнении с большим взрывом.| Большой Энциклопедический словарь - "РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ" |
| РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, фоновое космическое излучение, спектр которого близок к спектру абсолютно черного тела с температурой ок. 3 К. Наблюдается на волнах от нескольких мм до десятков см, практически изотропно. Происхождение реликтового излучения связывают с эволюцией Вселенной, которая в прошлом имела очень высокую температуру и плотность излучения (горячая Вселенная). |
Дата добавления: 2015-12-20; просмотров: 89; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!