4.12. В чём состоит сущность теории «Большого взрыва»?

В 1929 г. астроном Э. Хаббл установил, что большинство галактик удаляется от нас, причём скорость разбегания линейно связана с расстоянием до объекта (коэффициент пропорциональности получил название постоянной Хаббла – см. Приложение 3). Это было интерпретировано как всеобщее расширение Вселенной, начавшееся, по разным оценкам, от 12 до 16 млрд. лет назад.

В расширяющейся Вселенной средняя плотность вещества зависит от времени – в прошлом плотность была больше. Однако при расширении изменяется не только плотность, но и тепловая энергия вещества (газ при расширении остывает). Это навело учёных на мысль о том, что Вселенная на ранней стадии расширения была не только плотной, но и горячей. Доказательством данной гипотезы служит наблюдаемое остаточное (реликтовое) излучение, дошедшее до нас из далёкой эпохи, когда дозвёздную Вселенную заполнял горячий газ. Такую модель впервые предложили Г. Гамов, Р. Альфер и Р. Герман (1948 г.) на основе созданной ими первой теории горячего «Большого взрыва». Позже был воссоздан сценарий эволюции Вселенной, вытекающий из этой модели и условно разбитый на семь этапов:

1. Период времени от 0 до 10^–35 с – раздувающаяся (инфляционная) Вселенная. Ей соответствует температура 10²⁷ К, единый тип взаимодействий и новые элементарные частицы – скалярные Х-бозоны.

2. Период времени 10^–33 с. разделение кварков и лептонов на частицы и античастицы. Возникает асимметрия между числом частиц и античастиц. Таким образом, вещество во Вселенной преобладает над антивеществом.

3. Период времени 10^–10 c, температура 10¹⁵ K. Разделение сильного и слабого взаимодействий.

4. Период времени 10^–2 с – стандартная модель развития Вселенной. Число фотонов равно числу позитронов.

5. Период времени 1 секунда, температура 10¹⁰ К. Вселенная остыла. Остались только фотоны (кванты света), нейтрино и антинейтрино, электроны и позитроны и примесь нуклонов.

6. Период времени 3 минуты, температура 10⁹ К. Нуклоны участвуют в термоядерных реакциях: происходит синтез легких элементов (в основном ядра гелия), и в наибольшем количестве остается основной элемент Вселенной – водород.

7. Миллион лет спустя Вселенная остывает настолько, что электроны и ядра рекомбинируют, образуя нейтральные атомы водорода, которые составляют 70% всех атомов, гелия – 30%. Фотоны (кванты электромагнитного излучения – света) перестают взаимодействовать с веществом и остаются в виде фона – реликтового излучения. Сейчас температура реликтового излучения составляет 2,7 К.

Будет ли разлет галактик продолжаться всегда или расширение сменится сжатием? Для этого необходимо рассчитать, хватит ли сил гравитации остановить расширение (расширение идет по инерции, действуют лишь силы тяготения).

Наблюдения далеких вспышек сверхновых звезд указывают на присутствие во Вселенной космического вакуума, который создает поле антигравитации, вызывающее в свою очередь ускорение космологического расширения.