Теория большого взрыва

Зарядовая симметрия характеризует степень симметричности характеристик взаимодействия частиц при замене их на аналогичные античастицы. Античастицами считаются -двойники элементарных частиц, с той же массой и спином, но отличающихся от неё знаками иных характеристик взаимодействия – электрического и цветового заряда, барионного и лептонного квантовых чисел. Чётность – вид симметрии, который заключается в инвариантности процессов в физических системах и описывающих их уравнений при зеркальном преобразовании физической системы. В современной физике СР симметрия выполняется для сильного и электромагнитного взаимодействия. Для слабого взаимодействие инвариантность зарядового сопряжения не выполняется. Поскольку вместе с барионами образовывались и антибарионы, при абсолютной симметрии это приводило бы к равенству количества вещества и антивещества во Вселенной, Взаимодействие равных количеств вещества и антивещенства приводило бы к аннигиляции, образованию потока фотонов и сохранению предельно простого строения материи. Позднее спонтанно нарушается симметрия электрослабых взаимодействий, которые разделяются на собственно электромагнитные и слабые. Адронную эпоху сменяет седьмая - лептонная эпоха, особенностью которой, определяющей название считается преобладание в материи Вселенной лептонов и их гипотетических суперпартнёров – слептонов. Количество адронов и антиадронов существенно уменьшилось вследствие взаимной аннигиляции. Лептоны это фундаментальные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии. Известно три поколения (группы) лептонов и соответствующих античастиц. Первое поколение: составляет электрон и электронное нейтрино (античастица позитрон); второе поколение: мюон (антимюон), мюонное нейтрино; третье поколение: тау-лептон (антитаулептон или антитаон), тау-нейтрино. Причина существования нескольких поколений до конца не выяснена. Существует предположение, что физические процессы в «альтернативной» Вселенной принципиально не отличались бы, если существовало только одно поколение лептонов. В конце эпохи происходит частичная аннигиляция лептонов и антилептонов, плотность вещества суменьшается, так что оно становится проницаемым для нейтрино. Материя, состоящая из барионов и лептонов (барионная материя) уже является современным состоянием вещества. Считается, что в лептонную эпоху осуществлялся процесс первичного нуклеосинтеза, поскольку Вселенная уже достаточно охладилась для образования стабильных нуклонов и образовался необходимый строительный материал для образования атомов и молекул т.е. барионы и лептоны. В наиболее распространённой модель Большого Взрыва постулируется следующее соотношение элементов: H - 75 %, 4He - 25%, D-3·10−5, 3He — 2·10−5, 7Li — 10−9. На последующих этапах развития на созданной «базе» материи возникает и усложняется структура Вселенной.
Интервал времени между 3 мин и 380 000 лет получил название «протонная эпоха». Основным астрофизическим процессом считается образование ядер атомов, атомов и молекул, прежде всего гелия, дейтерия, лития-7. В структуре материи стабильные частицы (вещество) постепенно начинают преобладать над переносчиками взаимодействия. В конце протонной эпохи (380 000 лет от большого взрыва) начинается процесс рекомбинации. В данном случае суть процесса составляет молекул водорода. Необходимым условием рекомбинации, т.е. образования стабильных частиц является снижение температуры вещества примерно до 3000 К. Вещество становится проницаемым для фотонов теплового излучения, которые ранее поглощались другими элементарными частицами. Поток фотонов, сформировавшийся в эту эпоху составляет основу реликтового излучения. В эту же эпоху, с дальнейшим падением температуры и увеличения размеров Вселенной гравитация становится основным видом взаимодействия объектов – сильные и слабые взаимодействия ограничиваются локальными областями пространства.
Промежуток времени Между 380 000 лет и 550 млн лет от Большого взрыва принято называть тёмными веками. Название обусловлено отсутствием концентрированных источников светового излучения. Вещество Вселенной (водород и гелий), плотность реликтового излучения и радиоизлучения атомарного водорода с длиной волны 21 см относительно равномерно распределено сравнительно. Современные нам типы космических объектов, имеющих собственное излучение - звёзды, квазары отсутствуют. Такое заключение сделано из распределения возраста известных объектов Вселенной.
Заключительным этапом формирования современной физической картины мира считается эпоха реионизации (иначе повторной или вторичной ионизации водорода), которая началась примерно 550 млн лет от большого взрыва (хотя известны и ранние датировки) и закончилась 800 млн лет после Большого Взрыва. В это время складывается известная нам структура вселенной и образуются первые современные космические объекты – галактики, квазары, звёзды, скопления и сверхскопления галактик. Реионизация происходит собственно в массивных объектах кластерах за счёт большого гравитационного сжатия и процессов термоядерного синтеза. Считается, что первыми массивными объектами, образовавшимися после «тёмных веков» были квазары. Разные формы галактик и газопылевых туманностей возникли позднее, впоследствии из сжимающегося вещества образуются звёзды, в ходе эволюции которых синтезируются элементы тяжелее гелия (астрофизические металлы) [3,4].
Заключение
Изложенное видение теории «Большого взрыва», построенное на справочных, научных и научно-популярных источниках, безусловно не претендует на полноту, но ставит задачей показать интегральный характер этой научной идеи. В настоящее время, некоторые феномены эволюции Вселенной трудно объяснимы в рамках классической схемы Большого взрыва, в частности подвергается сомнению исходное сингулярное состояние вещества. Идеей с наибольшей объяснительной силой полагают квантовую гравитацию, природа которой которая рассматривается в рамках теории струн и петлевой квантовой гравитации. Прочие феномены эволюции Вселенной вполне согласуются с современными физическими теориями и неоклассической картиной мира.
Литература:
Пиковер К. Великая физика. От Большого взрыва до Квантового воскрешения. 250 основных вех в истории физики / К. Пиковер ; пер. с англ. М. А. Смондырева. —М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — 551 с.
Современное естествознание. Энциклопедия в 10 томах. Т. 4: Физика элементарных частиц. Астрофизика/ Ред. тома Б. И. Садовников. — 2000. — 279 с.
Цимерманис Л.Х. Вселенная до и после большого взрыва Краткая история материи, пространства и времени. Изд. 2-е, испр. и доп. - М.: Издательство ЛКИ, 2012. - 88 с. (Relata Refero.)
Хван М.П. Неистовая Вселенная: От Большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн. — М.: ЛЕНАНД, 2006. — 408 с.











1