Что предшествовало Большому взрыву? - Наука и жизнь -

Что предшествовало Большому взрыву?

Принято считать, что довселенское пространство представляло собой «абсолютно пустую» среду, которая находилась в таких состояниях:

-состояние космического холода с температурой среды, равной -273°С, и тепловым излучением, равным 0 ватт;

-состоянии космического мрака (в состоянии абсолютно темной среды), световой поток которого равен 0 люмпен;

-состоянии космического вакуума (абсолютно разряженной среды) с давлением среды р≤10^-5паскаль.

Естественно, возникает справедливый вопрос: «Каким образом эта «пустая» среда создала условия для возникновения Большого взрыва, в результате которого произошло рождение нашей Вселенной?»

Известно, что наша Вселенная состоит из материальных веществ: элементарных частиц, атомов, молекул, химических элементов, составляющих Периодическую систему элементов

Д.И. Менделеева, звезд с собственными планетными системами (или без них), галактик и метагалактик. Все перечисленные элементы материального мира Вселенной строго подчинены действиям таких основных законов:

-закону сохранения и превращения энергии, в соответствии с которым энергия материального мира никогда не исчезает и не появляется вновь, она лишь переходит из одного вида в другой;

-закону всемирного тяготения, согласно действию которого все космические объекты материального мира (галактики, звезды, планеты, астероиды, кометы, в том числе элементы микромира - элементарные частицы, атомы и т. д.) взаимодействуют между собой через поля взаимных тяготений (гравитационные поля);

-закону единства противоположностей, согласно действию которого любой силе действия противостоит сила противодействия, равная по величине силе действия и обратная по направлению воздействия. Любому состоянию среды противостоит ее «обратное» состояние: противостоянием тьмы является свет, противостоянием холода - тепло, противостоянием вакуума (разряженности) -наполнение среды химическими элементами, состовляющими ее атмосферу с кислородом, азотом, водородом и т.д. и соответствующим атмосферным давлением.

Ну а какие законы могли действовать в довселенском пространстве, лишенном света, тепла и какой-либо атмосферы? Ответ на этот вопрос дают теория элементарных частиц и квантовая теория поля, разработка которых началась в ХХ веке выдающимися учеными А. Эйнштейном, М. Планком, П. Дираком, Э.Резерфордом и другими.

Квантовая теория поля рассматривает состояние квантовых систем с изменяющимся числом частиц (квазичастиц). Теория элементарных частиц рассматривает «устройство» составляющих квантовых систем - отдельной элементарной частицы (античастицы), атомного ядра, атома и молекулы. Из теоретических разработок квантовой теории поля и теории элементарных частиц, вытекают такие основные положения:

-для всякой заряженной релятивистской частицы (то есть частицы, подчиняющейся действию законов общей теории относительности) обязательно существует двойник - античастица, отличающиеся от частицы только знаком заряда. Перечень обнаруженных на сегодняшний день частиц и античастиц приведен в любом учебнике физики, предназначенном для обучения в высших учебных заведениях;

-элементарные частицы, в свою очередь, сами состоят из составляющих их частиц - кварков (тройной набор pnλ с разными величинами электрических зарядов: p=+2/3, n=-1/3, λ=-1/3 и странное m*= -1. Причем все три кварка обладают одинаковыми ядерными (барионными) зарядами: p=n=λ=1/3);

-для фотона и π°-мезона частица и античастица (фотон-антифотон, π°-мезок-анти π°-мезон) тождественно совпадают. Фотон и π°-мезок являются нейтральными (не имеющими электрического и ядерного заряда) частицами (античастицами);

-от наличия заряда зависит природа испускания частицей квантов. Если частица заряжена электрически, то происходит испускание и поглощение фотонов, если частица имеет ядерный (барионный) заряд, то происходит испускание и поглощение π-мезонов;

-если частота фотона в миллионы раз выше частоты кванта видимого света, то эти фотоны принадлежит к рентгеновским лучам. В этом случае фотон рассматривается как квант высокочастотной энергии;

-положениями квантовой теории поля установлено, что между светом (квантом света -электромагнитным полем) и частицами вещества, электроном-позитроном (антиэлектроном) имеется глубокое единство. Частицы вещества и световые кванты - это две различные формы единой материи. Свет (электромагнитные кванты света) совмещает со свойствами волны также и свойства частиц (фотонов). Это означает, что свет одновременно является и частицей, и квантом электромагнитного поля;

-электромагнитные кванты - это поток распространяемых электромагнитных волн: радиоволн, световых электромагнитных излучений, рентгеновских электромагнитных волн и жестких гамма-лучей (γ-лучей);

-в квантовой теории поля вакуум - это низшее энергетическое состояние квантового поля. Среднее число частиц (квантов поля) равно нулю, однако в вакууме может происходить рождение так называемых виртуальных частиц, которые влияют на физические процесы. Это явление учеными было обнаружено в ходе проведения эксперементов.

Это явление авторами книги «Силы в природе» В. Григорьевым и Г. Мякишевым объясняется таким образом.

В квантовой теории нельзя говорить об «абсолютной пустоте» пространства. Даже когда отсутствуют свободные заряды, происходит самопроизвольное порождение пар «частица -античастица», которые затем, вскоре, аннигилируют, то есть распадаются и образовываются новые пары «частиц-античастиц». Этих, так называемых, виртуальных пар достаточно, чтобы можно было говорить о посредниках во взаимодействии даже «свободных» волн, или, если выражаться на квантовом языке, фотонов.

Таким образом, квантовая теория предсказывает расссеяние света на свете (взаимодействие фотонов с квантами световых электромагнитных излучений) даже в пустоте, то есть в свободном от реальных зарядов пространстве:

-квантовая теория поля рассматривает вопрос и о возможности частицы самой поглощать испускаемые ею кванты. И отвечает, что такой процесс абсолютно возможен, и это происходит во взаимодействии частиц в вакууме;

-в теории элементарных частиц вакуум также рассматривается не как «абсолютное ничто», а как особое состояние всех частиц, когда они имеют столь малую энергию, которая воспринимается даже тончайшими приборами. Но вакуумные (виртуальные) частицы действительно взаимодействуют с реальными частицами. Если это взаимодействие достаточно энергично, то частицы переходят из «вакуумного» состояния в реальное состояние. Внешне это выглядит как рождение частицы. Точно так же уничтожение частиц можно рассматривать как их переход в «вакуумное» (виртуальное) состояние;

-в результате проведенных совместных исследований А. Эйнштейном и Бизе и отдельных исследований, проведенных М. Планком, возможных состояний абсолютно черного тела при

*Странность - изменение квантового числа при сильных и слабых взаимодействиях.

поглощении им тепловой энергии был установлен такой факт. Оказалось, что абсолютнотчерное тело не только поглощает тепловую энергию, но при этом происходят излучение в пространстве непрерывного спектра и излучение (квантов излучения), представляющие собой непрерывный ряд длин волн. А этот факт означает, что абсолютно темный довселенский мрак,

который можно рассматривать как абсолютно черное тело при возникновении реакций с выделением тепловой энергии (например, при аннигиляцмм частицы-античастицы), должен был излучать в открытое довселенское пространство электромагнитные волны в виде квантов электромагнитной энергии.

Таким образом, квантовая теория поля и теория элементарных частиц полностью исключили высказываемые предположения, позволяющие считать, что довселенское пространство есть «абсолютное ничто». Довселенское пространство, как и то пространство, которое находится за пределами нашей расширяющейся Вселенной, всегда, во все времена было «миром» взаимодействия элементарных частиц и античастиц, которые, распадаясь, создавали новые пары, а эти новые пары, в свою очередь, создавали следующие, и так далее. Необходимо отметить, что результаты практически всех теоретических исследований квантовой теории поля и теории элементарных частиц в последствии получили свои эксперементальные подтверждения.

Так, например, учеными был проведен эксперемент, при проведении которого необходимо было уточнить, какие физические процессы происходят в мире элементарных частиц света-фотона. В результате этого эксперемента было определено, что при поглощении фотона образовалась пара «электрон - позитрон» («частица – античастица»). Разлетевшиеся в разные стороны частица и античастица обладали массой и энергией исчезнувшегося фотона. Так как массы и энергии электрона и позитрона довольно значительны (сумма их масс равна 1,8·10^-27), то подобный процесс мог иметь место с фотоном большой массы, а следовательно, и большой энергии. Ученые определили энергию исчезнувшего фотона исходя из известного соотношения mc²=hν, где m - масса фотона, c - скорость света.

Отсюда Э=ν=mc²/h; h - постоянная Планка; Э - энергия фотона; ν - частота излучения.

Расчитанная энергия поглощенного фотона (частота его излучения) оказалась равной ν≈3·10^-20сек^-1 . Эта частота излучения фотона оказалась примерно в миллион раз выше частоты излучения кванта (фотона) видимого света. Следовательно, исследуемый фотон (квант света) принадлежал к рентгеновским лучам, то есть оказался квантом высококачественной энергии. Таким образом, в ходе проведенного эксперимента, подтвердились теоретические выводы квантов теории поля, а именно, произошло образование пары частица - античастица (электрон - позитрон). Кроме того, в ходе проведения других эксперементов с образованием пар частица - античастица, внимание ученых привлек факт разлета в разные стороны частицы и античастицы. Так как частица и античастица отличаются друг от друга только зарядом, то, казалось бы, что частица и античастица должны были бы, исходя из свойств разноименных зарядов, притягиваться друг к другу. Но этого не происходило. Вместо ожидаемых сил взаимного отталкивания, возникших между образовавшейся пары частица - античастица. И величина сил взаимного их отталкивания в значительной мере превышало величину силы их взаимного притяжения, связанную с их разнополярностью.

Учеными был проведен и обратный эксперимент, в ходе которого они пытались выяснить возможную реакцию, которая произойдет при соединении электрона с позитроном (частицы с античастицей). При соединении электрона с позитроном они оба перестали существовать, а вместо них образовалась пара фотонов. При этом в полном соответсвии с положениями квантовой теории поля один из фотонов предстал в виде кванта высокой энергии (высокой частоты электромагнитного поля), а другой фотон принял на себя функцию античастицы, тождественной антифотону.

Исходя из теоретических предпосылок квантовой теории поля, теории элементарных частиц и результатов проведенных эксперементов, можно предположить следующее. В течение какого-то периода времени в довселенском пространстве все процессы образования пар «частица – античастица» происходили в форме поглощения нейтральных частиц - фотонов виртуальными частицами космического вакуума и абсолютно темной космической мглой (тьмой). Образовывающиеся при этих реакциях пары «электрон-позитрон» имели стабильный характер, то есть имели очень длительный период существования. В дальнейшем в результате их взаимодействий с возникающими квантами высокочастотной энергии стали возникать все новые и новые пары «частиц-античастиц», которые постепенно наполняли довселенское пространство , образуя при этом все новые и новые реакции взаимодействий.

В результате теоретических исследований и проведенных практических эксперементов, учеными выявлены закономерности, которым подчинены как частицы, так и античастицы при всех ореакциях, возникающих при их взаимодействиях:

-элементарные частицы и античастицы не могут объединяться в единое целое. При появлении предпосылок к такому объединению происходит аннигиляция (распадание) такой пары в виде микровзрыва новая пара «частица - античастица» с новыми формами их материального существования;

-при образовании пары «частица - античастица», между ними возникают силы их взаимного отталкивания (антигравитационные силы), в результате действия которых частица и античастица разлетаются в разные стороны;

-античастицы способны объединяться в антиядра, антиатомы и в конечном итоге в антивещества точно так, как такие объединения в ядра, атомы и вещество происходят среди элементарных частиц материального мира.

Последнее утверждение подтверждено рядом экспериментов, проведенных в разное время учеными-физиками.

В 1953-56 гг. группой американских ученых на первом линейном ускорителе элементарных частиц удалось обнаружить процесс образования антипротонов и антинейтронов, то есть античастиц, из которых могут состоять антиядра антиатомов. Ими же было доказано, что из антипротонов и антинейтронов могут состоять антиядра, отличающиеся от обычных ядер лишь отрицательным знаком заряда.

В 1970 году в Институте физики высокой энергии в г. Серпухов советскими учеными-физиками были синтезированы антиядра антигелия-3, состоящие из двух антипротонов и одного антинейрона. Эти антиядра при присоединении к ним позитрона (антиэлектрона) должны образовывать антиатомы, одладающие такой же устойчивостью, как и атомы земных веществ. А это давало ученым возможность предполагать, что можно реально синтезировать антивещество. Такое антивещество было получено в ноябре 2010 года, о чем было сообщено в средствах массовой информации. Это антивещество, антиядро которого состояло из одного антипротона и одного антинейрона, на внешней оболочке которого «разместился» позитрон, оказалось ни чем иным, как антиводородом. Причем это антивещество имело устойчивое состояние, что позволило ученым «разместить» его в магнитной ловушке - для изучения его свойств.

Результаты проведенных эксперементов полностью подтвердили теоретические выводы ученых о возможности длительного существования не только античастиц, но и антиатомов, и антивещества, в конкретном случае - антиводорода.

Наша Вселенная состоит из миллиардов Галактик, которые, в свою очередь, как и наше Солнце, не менее чем на 90% состоят из водорода; межзвездное пространство также заполнено одноатомным водородом.

Проведем мысленный гипотетический эксперемент: заменим водород, из которого состоят звезды и межзвездное пространство на антиводород, как антивещество, альтернативное водороду. Мы получим мир, альтернативный миру нашей Вселенной - мир мрака, холода, мир, в котором антизвезды не излучают в пространство свет и тепловую энергию. Мы мысленно получили модель гипотетического антимира. Возможно ли реальное существование антимира как альтернативы существующему миру нашей Вселенной? Каково мнение ученых в этом вопросе?

«Антипротон вместе с позитроном могут образовывать атомы, являющиеся антиатомом водорода. Такой «антиводородный» атом, будучи изолированным от среды, содержащей обычный атом водорода. Представляется возможным длительное состояние среды, состоящей из антиатомов. Можно предполагать, что отдельные звезды, а может быть и целые звездные системы (галактики) состоят из «антиатомов», то есть из атомов, ядро которых имеет отрицательный заряд и положительно заряженную оболочку, состоящую из соответсвенного количества позитронов.

Однако комбинированные среды, содержащие одновременно атомы и антиатомы, исчезнули бы, породив огромное количество мезонов и квантов. Встреча в мировом пространстве звезд из двух типов вещества закончилась бы гигантским взрывом, возникшем в результате совместного исчезновения атомов и антиатомов и превращения их в мезоны и кванты .

Таково мнение ученого-физика М.И. Корсунского, автора учебника для высших технических учебных заведений «Оптика. Строение атома. Атомное ядро» (изд. «Наука», М., 1964 г.)

Такое же мнение, предполагающее возможность существования антизвезд, антигалактик и в целом антимира, альтернативного миру существующей Вселенной, высказывают и другие ученые. К выше сказанному можно только добавить следующее. Комбинированных сред, содержащих одновременно атомы и антиатомы, звезды и антизвезды, быть не может, ввиду того, что между веществом и антивеществом существуют силы отталкивания (антигравитационные силы). По этой причине между частицей, веществом и антивеществом, между звездой и антизвездой всегда будет существовать пространственное разделение, исключающее возможность их взаимодействия друг с другом.

Ну а какие же процессы происходили в довселенском пространстве с тем множеством элементарных частиц, которые возникали во время распада (аннигиляции) пар «частица -античастица»? Можно предположить, что сразу же после появления новых элементарных частиц между ними стали возникать силы их взаимных притяжений - гравитационные силы. Под действием этих сил возникающие элементарные частицы, имеющие стабильное состояние, стали сближаться и накапливаться в очень малом объеме довселенского пространства. Это накопительное пространство, как считают ученые, представляло собой объемную сферу, диаметр которой был не более 2 мм. Так как каждая, отдельно «взятая» элементарная частица имеет бесконечно малую величину, то в образовавшемся сферическом сгустке первоначальной материи шло накопление огромнейшего количества элементарных частиц. По самым очень приблизительным подсчетам в объемной сфере диаметром в один миллиметр могло накопиться не менее 10²⁶ элементарных частиц.

Сегодня ученые на основе новейших физических представлений разработали теорию физических процессов, которые происходили внутри сгустка первичной материи, приведших к возникновению Большого взрыва и начальной стадии образования Вселенной. Эта теория может быть представлена следующим образом.

Под действием сил гравитации происходило постоянное «уплотнение» элементарных частиц, оказавшихся внутри сферического пространства в виде сгустка первичной материи. В результате накопления в сферическом объемном пространстве все новых и новых элементарных частиц, их постоянного «уплотнения» внутри первичной материи образовалась огромная температура ее разогрева. Элементарные частицы из-за огромной температуры ее разогрева не могли образовывать устойчивые элементы новой материи. При достижении некой критической температуры ее разогрева произошел Большой взрыв, приведший к начальной стадии образования Вселенной.

После взрыва первичная материя начала расширяться и остывать. Расчеты ученых показывают, что за немыслимо короткие сроки от той универсальной силы, которой обладала первичная материя, стали отделяться сначала гравитация (t_отд=10^-43сек), затем сильного взаимодействия (t_отд=10^-35сек), а затем силы слабого взаимодействия и электромагнитные силы (t_отд=10^-10сек). В возрасте 10^-4сек

*Протон состоит из набора кварков-ppn; нейтрон состоит из набора кварков - pnn.

Вселенная стала достаточно зрелой и холодной. Создались условия под воздействием сил сильного и слабого взаимодействий, для объединения мельчайших элементарных частиц - кварков в ядра атомов*.

Первые атомные ядра возникли примерно через 100 сек после взрыва. Самая ранняя стадия эволюции Вселенной согласно теории, разработанной советским физиком академиком Я.Б. Зельдовичем, выглядела следующим образом.

Согласно этой наиболее персперктивной теории Вселенная на самой ранней стадии своего существования была очень плотной, холодной и состояла из протонов, электронов и нейтрино. Присутствие нейтрино стабилизировало протоны при высоких плотностях, препятствуя их превращению в нейтроны. При дальнейшем расширении Вселенной вероятность столкновения протонов с электронами резко уменьшилась, из-за чего образование нейтронов в значительных количествах оказалось просто невозможным. Следовательно, на самом раннем этапе расширения Вселенной элементарные частицы - протоны, электроны и нейтрино еще не могли составить (объединиться) ядро атома из-за отсутствия нейтронов. Объединение элементарных частиц сначала в ядре атомов стало происходить с появлением значительного количества нейтронов, а после «присоединения» к внешней оболочке электрона стали появляться и первые атомы чистого водорода. Так появился тот «строительный» материал, из которого благодоря действию гравитационных сил начали образовываться первые звезды Вселенной. Это произошло примерно через миллиард лет после Большого взрыва.

Существующая Вселенная согласно уравнениям А. Эйнштейна может находиться в одном из двух возможных состояний. Причем эти состояния зависят от соотношения между средней плотностью Вселенной в данный момент времени (ρ_ср), и некоторой критической плотностью (ρ_кр=2·10^-292р/см³). Если ρ_ср< ρ_кр, то Вселенная находится в стадии расширения (в открытом состоянии). Но если ρ_ср> ρ_кр,то с течением времени расширение Вселенной прекратится и начнется процесс ее сжатия, что, в конце концов, приведет к ее исчезновению (закрытое состояние Вселенной). Таким образом, в зависимости от приведенного соотношения Вселенная как пространственная структура, может быть конечна или бесконечна.

Но в любом случае, находится ли Вселенная в «открытом» или «закрытом» состоянии, она имеет начало своего существования, которому предшествовал Большой взрыв.

В свою очередь, довселенское пространство не имеет ни своего начала ни своего конца. Это пространство бесконечно, у него полностью отсутствуют временные и пространственные границы его существования. И в любой «области» этого пространства, в любой момент времени его существования, могут создаваться условия для возникновения другого Большого взрыва или других Больших взрывов. А это означает, что за пределами нашей Вселенной могут существовать и другие Вселенные, не связанные между собой и с существующей «нашей» Вселенной, но при этом состоящие из своих звезд, своих планет, своих галактик и, по всей видимости, и своих форм жизни.

Январь 2011 год

Автор статьи: Клещевич Валерий Алексеевич (Конт. тел. 0958257625)

Источник: http://ufodos.org.ua/publ/8-1-0-628

Категория: Наука и жизнь | Добавил: anubis (04.04.2011)

Просмотров: 1074 | Рейтинг: 0.0/0

Всего комментариев: 0

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Мир Политики