Сценарии будущего Вселенной:

• Если ρ_Вс. > ρ_кр. – расширение замедлится, сменится сжатием (т.к. преобладают силы гравитации). Сигнал – фиолетовое смещение; люди погибнут раньше гравитационного коллапса из-за мощного УФ-излучения.

• Если ρ_Вс. < ρ_кр. – силы тяготения не остановят разбегания галактик - (сейчас).

• Если ρ_Вс. = ρ_кр. - расширение замедлится и в дальнейшем прекратится (возможна пульсация).

Объяснение космического расширения – модель Большого Взрыва (Г.А. Гамов, 1948):

Вселенная образовалась в результате гигантского взрыва примерно 15 млрд. лет назад, когда всё вещество и энергия были сконцентрированы в одном сгустке огромной плотности и температуры. Вследствие быстрого расширения Космос стал быстро остывать.

Гамов считал, что Б. Взрыв должен был оставить «след» - микроволновое излучение малой энергии. Модель Гамова долго не принималась всерьез, пока не было открыто предсказанное им излучение.

Подтверждение теории – открытие «реликтового излучения» (Пензиас, Вильсон, 1964 г., случайно) – приходит со всех сторон космического пространства, длина волны – 7 см, t = 3К (-270˚С) – свидетельство истории Вселенной (аналогично можно судить об истории Земли по остаткам вымерших животных).

Согласно теории Большого Взрыва, эволюция Вселенной происходила в 6 этапов.

I этап - Начальное состояние Вселенной (т.н. сингулярная точка)

Этап наиболее труден для объяснения и понимания. Для воссоздания самых первых мгновений Вселенной астрономы использовали данные физики элементарных частиц:

15 млрд. лет назад вся наблюдаемая нами Вселенная была сжата в комочек, при этом плотность вещества была чрезвычайно высокой – > 10⁹³ г/см³ (если утрамбовать 10⁸⁴ 10-тонных грузовых автомобилей в объем наперстка), а его температура была бесконечно большой (R_Вс. = 0, ρ_Вс. = ∞).

Это начальное сверхплотное состояние называется сингулярностью. Известные законы физики в сингулярности не работают. Наука не может объяснить это состояние.

Закономерный вопрос – из чего образовалась сингулярность? Предполагается, что она порождена вакуумом, который и был начальной формой материи. Квантовая физика допускает, что вакуум может переходить в «возбужденное состояние» (т.н. «ложный вакуум», обладающий огромной энергией).

II этап – Большой Взрыв и раздувание Вселенной (инфляция).

Состояние сингулярности чрезвычайно неустойчиво, в нем может возникать отрицательное давление (т.е. направленное внутрь среды). Отрицательное давление приводит к тому, что гравитационные силы становятся силами отталкивания → происходит безудержное и молниеносное расширение Вселенной (за 10^-30 сек – в 10³⁰ раз) → Б. Взрыв. Скорость раздувания = 10^{400 000 000} км/с.

Это не тот взрыв, который знаком нам на Земле, начинающийся в одной точке – Б. Взрыв происходит одновременно везде, любая частица материи устремляется прочь от любой другой.

Вместе с Б. Взрывом и началом расширения Вселенной возникает пространство и время.

В результате этого расширения гигантская энергия вакуума выделяется в виде излучения → Вселенная нагревается до t = 10²⁷ К. При такой температуре привычные нам частицы (атомы, молекулы) не могут существовать. Поэтому вещество было в форме сверхгорячей плазмы – смеси элементарных частиц (лептоны и кварки), которые взаимопревращались.

Потом Вселенная стала постепенно остывать (до t ~ 10¹³ К) кварки сливались, образуя нуклоны (p и n).

Таким образом, в результате Б. Взрыва:

• Образовались время и пространство;

• Материя была плазмоподобной;

• Температура к концу периода снизилась до 1 млрд. ºС, плотность вещества стала равной плотности Pt (22 т/м³).

Продолжительность всего периода (взрыв + расширение) – 3 мин.!