빅뱅 이론에 따른 물질의 발달 순서. 빅뱅. 우주 전자레인지 배경

천체 물리학자, 물리 및 수리 과학 박사, 러시아 과학 아카데미(INASAN) 천문학 연구소 수석 연구원 Nikolai Chugai는 다음과 같이 답변합니다.

— 천체 물리학에서 빅뱅은 우리 우주가 탄생하는 폭발적인 과정으로 이해됩니다. 이 아이디어는 지난 세기 20년대 후반에 발견된 은하 후퇴에 대한 관찰된 사실에 기초합니다. 미국의 천체물리학자 허블. 은하의 후퇴는 과거에 우주가 밀도가 높았다는 것을 의미합니다.

20세기 40년대에 이것이 가장 먼저 떠오른 것이 분명해졌습니다. 러시아 천체물리학자 게오르기 가모프, 미국에서 일한 사람-먼 과거의 우주는 밀도가 높을뿐만 아니라 매우 뜨거워서 양성자, 중성자 및 전자의 혼합물에서 화학 원소를 합성하는 열핵 반응이 발생할 수 있습니다. 수소 핵은 하나의 양성자로 구성되어 있으므로 Gamow의 생각에 따르면 처음에는 수소만 있었다고 말할 수 있습니다. 이것은 또한 현대 우주에서 가장 흔한 화학 원소이기도 합니다. 다음으로 가장 풍부한 원소인 헬륨을 포함한 다른 모든 원소는 핵반응에서 발생했습니다. Gamow는 폭발 후 처음 몇 분 동안 현대의 헬륨 양이 형성되는 조건을 계산했으며, 우주가 존재하는 동안 1차 뜨거운 방사선은 5도 켈빈(이 중 0도)까지 냉각되어야 한다는 결론에 도달했습니다. 눈금은 섭씨 -273도에 해당합니다.) 1964년에 이 추측은 훌륭하게 확인되었습니다. 미국 전파 천문학자들 펜지아스그리고 윌슨하늘의 균일한 배경으로 센티미터 범위의 이 방사선을 발견했습니다. 나중에 인공위성을 통해 측정한 결과 이 ​​배경(유물 방사선)의 온도는 2.7도 켈빈인 것으로 나타났습니다.

CMB 방사선은 빅뱅 이론을 지지하는 결정적인 주장입니다. 우주 마이크로파 배경 방사선의 빛을 통해 우리는 은하계와 은하단의 탄생을 포함한 많은 것을 이해할 수 있습니다. 사실은 처음에는 우주가 완전히 균질했다는 것입니다. 그러나 팽창 과정에서 행성이 태양에 끌려 돌이 땅에 떨어지는 것처럼 중력의 자기 인력으로 인해 작은 초기 밀도 교란이 심화되기 시작했습니다. 중력으로 인해 이러한 불규칙성이 더욱 조밀해집니다. 이것이 은하와 은하단, 별, 행성이 형성된 방식입니다.

이 이론에 따르면, 우주는 초밀도 물질의 뜨거운 덩어리 형태로 나타난 후 팽창하고 냉각되기 시작했습니다. 진화의 첫 번째 단계에서 우주는 초밀도 상태에 있었으며 글루온 플라즈마였습니다. 양성자와 중성자가 충돌하여 더 무거운 핵을 형성하면 수명은 무시할 수 있습니다. 다음 번에 빠른 입자와 충돌하면 즉시 기본 구성 요소로 분해되었습니다.

약 10억년 전에 은하계의 형성이 시작되었고, 그 시점부터 우주는 우리가 지금 볼 수 있는 것과 막연하게 닮기 시작했습니다. 빅뱅 이후 30만년이 지나면서 너무 냉각되어 전자가 핵에 단단히 고정되기 시작했고, 그 결과 다른 핵과 충돌한 후에도 즉시 붕괴되지 않는 안정된 원자가 탄생했습니다.

입자 형성

입자의 형성은 우주의 팽창으로 인해 시작되었습니다. 추가 냉각으로 인해 1차 핵합성의 결과로 헬륨 핵이 형성되었습니다. 빅뱅이 일어난 순간부터 우주가 냉각되기까지는 약 3분 정도가 지나야 했고, 충돌 에너지는 그만큼 줄어들어 입자들이 안정된 핵을 형성하기 시작했다. 처음 3분 동안 우주는 소립자의 뜨거운 바다였습니다.

핵의 주요 형성은 오래 지속되지 않았습니다. 처음 3분이 지나면 입자가 서로 멀어져 입자 간의 충돌이 극히 드물어졌습니다. 1차 핵합성의 이 짧은 기간 동안, 수소의 무거운 동위원소인 중수소가 나타났는데, 그 핵에는 양성자 1개와 양성자 1개가 포함되어 있습니다. 중수소와 동시에 헬륨-3, 헬륨-4 및 소량의 리튬-7이 형성되었습니다. 별이 형성되는 동안 점점 더 무거운 원소가 나타났습니다.

우주 탄생 이후

우주가 시작된 지 약 10만분의 1초 후에 쿼크가 소립자로 결합됩니다. 그 순간부터 우주는 소립자의 시원한 바다가 되었습니다. 이에 따라 근본세력대통일이라 불리는 과정이 시작되었다. 그 당시 우주에는 현대 가속기에서 얻을 수 있는 최대 에너지에 해당하는 에너지가 있었습니다. 그런 다음 경련성 인플레이션 팽창이 시작되었고 동시에 반입자가 사라졌습니다.

우주를 하나의 전체로 연구하고 메타은하를 우주의 일부로 연구하는 과학을 우주론. 미국의 이론물리학자 조지 가모프(George Gamow)는 우리 우주가 다음과 같이 주장합니다. 약 20도의 뜨거운 상태에서 탄생한 메타은하 10 32K. Gamow는 이 모델을 불렀습니다. "빅뱅 우주론".

Gamow는 이 모델을 10년 동안 작업했습니다. 1948년에 그는 "이론을 발표했다. 빅뱅" 이론에 따르면 "빅뱅"우리 우주는 팽창하고 있다. 확장이 시작되었습니다 150억년 전초기 매우 뜨거운 상태부터. 이 이론에 따르면 우주의 물질은 초기에 물리적 진공 상태에 있었습니다. 물리적 진공은 불안정하고 흥분된 상태에 있었습니다. 엄청난 에너지: w=, 여기서 g/cm 3은 진공 물질의 밀도이고, 와 함께– 빛의 속도. 에너지는 엄청난 압력을 생성합니다. 어느 순간에 10 43초,엄청난 압력으로 인해 진공 팽창이 시작됩니다. 진공은 에너지를 잃기 시작합니다. 순간부터 10 ─43 초. 최대 10 ─35초 동안 진공 물질은 기하급수적으로 팽창하고 그 크기는 10 50배 증가합니다. 10 ─35초에서 10 ─32초 사이의 시간 간격에서, 상전이즉, 물질의 진공 상태가 일어나는 "빅뱅"입니다. 터널 효과온도에 따라 뜨겁고 밀도가 높은 우주로 변합니다. 1032K,물질의 형태로 전자기파(전파, 적외선, 가시광선, 자외선, X선 및 감마선).

따라서 우리 우주는 불 덩어리의 형태로 태어났습니다. "일렘"(그리스어 ylem - 주요 문제). Ilem은 전자기파와 소립자의 중성 가스였습니다.

빠르기 때문에 확장,우주의 문제 식다방사선으로 인한 입자의 출현이 시작됩니다. 처음에는 입자와 반입자의 수가 동일했습니다. 그러다가 그런 일이 일어난다 자발적인 위반대칭성으로 인해 반입자보다 입자가 우세하게 됩니다. 폭발 후 첫 초 안에 그들은 탄생합니다 강입자(중입자와 중간자). 대략 이후 1000초폭발 후 온도는 대략 10 10K양성자의 수명이 동일하다는 이유로 양성자와 중성자 농도의 평등이 위반됩니다. 10 31년, 그리고 중성자 수명은 약 800초. 중성자는 붕괴되고 비율은 77% 양성자와 22% 중성자로 설정됩니다. 1000초에서 10,000초 사이의 시간 간격에서 가벼운 수소와 헬륨 원자가 형성됩니다. 거의 모든 중성자는 헬륨 핵을 형성하며 다음과 같은 관계가 성립됩니다. 77% 수소와 22% 헬륨.

과학자들은 우주가 형성되는 시간 간격을 다음과 같이 나눕니다. 네 개의 "시대"물질의 일반적인 존재 형태에 따라.

1. 하드론 시대 0.0001초 동안 지속됩니다. 하드론 시대는 무거운 입자의 시대이다. 입자 밀도는 ρ>10 14 g/cm 3이고 온도 T>10 12 K입니다. 시대가 끝나면 갑작스러운 대칭 위반, 즉 입자와 반입자의 동일성이 발생합니다. 대칭이 깨지는 이유는 중입자 전하가 보존되지 않기 때문인 것으로 간주됩니다. 결과적으로 매 백만(10 6) 개의 반입자마다 백만 + 일(10 6 +1) 개의 입자가 있습니다.

2. 렙톤의 시대. 시대의 지속 시간은 0.0001초에서 10초이고, 온도는 10 10 K에서 10 12 K이며, 밀도는 10 4 ~ 10 14 g/cm 3 입니다. 이 시대의 주역은 가벼운 입자, 양성자와 중성자 사이의 반응에 참여합니다. 양성자가 중성자로 또는 그 반대로 상호 변환이 발생합니다. 뮤메손, 전자, 중성미자 및 이들의 반입자가 점차 축적됩니다. 렙톤 시대 말기에 발생 입자와 반입자의 소멸. 따라서 우주에서는 반입자가 사라지고 입자와 방사선이 남습니다. 우주는 전자 중성미자에게 투명해집니다. 이 중성미자는 오늘날까지 살아 남았습니다.

3. 방사선 시대.지속 기간은 7천만년이고 온도는 10 10 K에서 3000 K로 감소하고 밀도는 10 4에서 10 -21 g/cm 3로 감소합니다. 방사선 시대가 시작될 무렵에는 양성자와 중성자의 수가 거의 같습니다. 온도가 낮아지면 양이 늘어납니다. 양성자가 더 많아중성자 붕괴로 인해. 시대가 끝나면 1차 원자 형성을 위한 조건이 발생하고 그 결과 새로운 시대, 즉 물질 시대가 시작됩니다.

4. 물질의 시대.이 시대는 약 3000K의 온도와 약 10 4 g/cm 3 의 밀도로 "빅뱅" 이후 7천만 년 후에 시작되었습니다. 시대가 시작될 때 방사선 밀도와 물질 (입자)의 밀도는 약 10 -26 g/cm 3였으며 열 평형 상태였습니다. 평형 상태에서 진화과정이 일어나지 않는다, 즉. 문제는 더 복잡해질 수 없습니다. 그러나 우주가 팽창함에 따라 물질은 냉각되고 방사선은 다양한 법칙에 따라 냉각됩니다. 물질의 온도는 우주 크기의 제곱에 반비례하여 감소합니다. T 물질 ~1/R 2. 방사선의 온도는 우주의 크기에 반비례하여 감소합니다. T 방사선 ~1/R.따라서, 물질이 훨씬 빨리 냉각됩니다.. 우주는 평형 상태에서 비평형 상태로 이동합니다. 권한 중력은 불안정성을 만든다, 난류 운동이 생성됩니다. 충격파. 이 모든 것이 우주 문제의 분열로 이어집니다. 방사선, 기본 입자, 수소 및 헬륨 원자로 구성된 크고 작은 가스 구름이 형성됩니다. 3시간에서 300만년 사이의 시간 간격에는 작은 구름으로 별이 형성되고, 은하계 전체가 큰 구름으로 형성됩니다.

별 형성 메커니즘, 미국 과학자 트럼플러(1930) 먼저 설명했다가스와 먼지 구름이 압축되고 가열된다는 사실, 내부 압력과 온도가 증가하여 압축 속도가 느려집니다. 2천만도에서 시작됩니다 핵반응, 폭발이 일어나고 새로운 별이 나타납니다. 우리 태양은 약 100만년, 약 50억년 전에 이 여행을 했습니다.

현대 과학자들조차도 빅뱅 이전에 우주에 무엇이 있었는지 확실히 말할 수 없습니다. 우주의 가장 복잡한 문제 중 하나에 대한 비밀의 베일을 벗기는 몇 가지 가설이 있습니다.

물질세계의 기원

20세기까지 세상이 신에 의해 창조되었다고 믿는 종교적 관점을 지지하는 사람은 단 두 명뿐이었습니다. 반면에 과학자들은 인간이 만든 우주의 본질을 인정하기를 거부했습니다. 물리학자와 천문학자는 우주가 항상 존재했고, 세계는 정적이고, 모든 것이 수십억 년 전과 동일하게 유지될 것이라는 생각을 지지했습니다.

그러나 세기가 바뀌면서 가속화된 과학적 진보로 인해 연구자들은 외계 공간을 연구할 기회를 갖게 되었습니다. 그들 중 일부는 빅뱅 이전에 우주에 무엇이 있었는지에 대한 질문에 최초로 답하려고 시도한 사람들이었습니다.

허블 연구

20세기는 과거 시대의 많은 이론을 파괴했습니다. 비어있는 공간에서는 지금까지 이해할 수 없었던 미스터리를 설명하는 새로운 가설이 등장했다. 그것은 모두 과학자들이 우주 팽창 사실을 확립했다는 사실에서 시작되었습니다. 이것은 Edwin Hubble이 수행했습니다. 그는 먼 은하의 빛이 지구에 더 가까운 우주 성단과 다르다는 것을 발견했습니다. 이 패턴의 발견은 에드윈 허블의 팽창 법칙의 기초를 형성했습니다.

관찰자가 어디에 있든 모든 은하계가 관찰자로부터 "탈출"된다는 것이 분명해졌을 때 빅뱅과 우주의 기원이 연구되었습니다. 이것이 어떻게 설명될 수 있는가? 은하가 움직인다는 것은 어떤 종류의 에너지에 의해 은하가 앞으로 밀려난다는 뜻이다. 또한 물리학자들은 모든 세계가 한때 한 지점에 위치했다고 계산했습니다. 약간의 압박으로 인해 그들은 상상할 수 없는 속도로 모든 방향으로 움직이기 시작했습니다.

이 현상을 '빅뱅'이라고 불렀습니다. 그리고 우주의 기원은 이 고대 사건 이론의 도움으로 정확하게 설명되었습니다. 언제 일어난 일입니까? 물리학자들은 은하의 이동 속도를 결정하고 초기 "밀어내기"가 발생한 시기를 계산하는 데 사용되는 공식을 도출했습니다. 정확한 숫자를 알려줄 수 있는 사람은 아무도 없지만, 대략적으로 이 현상은 약 150억년 전에 일어났습니다.

빅뱅이론의 등장

모든 은하가 빛의 근원이라는 사실은 빅뱅이 엄청난 양의 에너지를 방출했다는 것을 의미합니다. 일어난 일의 진원지에서 멀어짐에 따라 세상이 잃어가는 바로 그 빛을 낳은 것은 바로 그녀였습니다. 빅뱅 이론은 미국의 천문학자 로버트 윌슨(Robert Wilson)과 아르노 펜지아스(Arno Penzias)에 의해 처음으로 입증되었습니다. 그들은 전자기 우주 마이크로파 배경 복사를 발견했는데, 그 온도는 켈빈 척도로 3도(즉, 섭씨 -270도)였습니다. 이 발견은 우주가 처음에는 극도로 뜨거웠다는 생각을 뒷받침해 줍니다.

빅뱅 이론은 19세기에 공식화된 많은 질문에 답했습니다. 그러나 이제 새로운 것이 나타났습니다. 예를 들어, 빅뱅 이전에 우주에는 무엇이 있었나요? 왜 그렇게 균질한데, 엄청난 양의 에너지 방출로 인해 물질이 모든 방향으로 고르지 않게 흩어져야 합니까? 윌슨과 아르노의 발견은 공간에 곡률이 0이라는 것이 입증되었기 때문에 고전 유클리드 기하학에 의문을 제기했습니다.

인플레이션 이론

제기된 새로운 질문들은 세계의 기원에 관한 현대 이론이 단편적이고 불완전하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 오랫동안 60년대에 발견된 것 이상으로 발전하는 것은 불가능해 보였습니다. 그리고 최근 과학자들의 연구를 통해서만 이론 물리학에 대한 새로운 중요한 원리를 공식화하는 것이 가능해졌습니다. 이것이 바로 우주의 초고속 인플레이션 팽창 현상이었습니다. 이는 양자장 이론과 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 사용하여 연구되고 설명되었습니다.

그렇다면 빅뱅 이전의 우주에는 무엇이 있었는가? 현대과학은 이 시기를 '인플레이션'이라고 부른다. 태초에는 상상의 공간을 모두 채우는 장(field)만이 존재했다. 그것은 눈 덮인 산의 경사면에 던져진 눈덩이에 비할 수 있습니다. 덩어리가 굴러 떨어지며 크기가 커집니다. 마찬가지로, 장은 무작위적인 변동으로 인해 상상할 수 없는 시간에 걸쳐 구조를 변경했습니다.

균일한 구성이 형성되면 반응이 일어났습니다. 그것은 우주의 가장 큰 신비를 담고 있습니다. 빅뱅 이전에는 무슨 일이 일어났는가? 시사 문제와는 전혀 다른 인플레이션 분야. 반응 후 우주의 성장이 시작되었습니다. 눈덩이로 비유를 계속하면 첫 번째 눈덩이 이후에 다른 눈덩이가 굴러 떨어지며 크기도 커집니다. 이 시스템에서 빅뱅의 순간은 거대한 블록이 심연에 떨어져 마침내 땅에 충돌하는 두 번째 순간에 비유될 수 있습니다. 그 순간 엄청난 양의 에너지가 방출되었습니다. 아직은 소진될 수 없습니다. 오늘날 우리 우주가 성장하고 있는 것은 폭발로 인한 반응이 계속되고 있기 때문입니다.

물질과 분야

이제 우주는 상상할 수 없을 만큼 많은 수의 별과 다른 우주체로 구성되어 있습니다. 이 물질 집합체는 엄청난 에너지를 발산하는데, 이는 에너지 보존의 물리적 법칙에 위배됩니다. 그것은 무엇을 말합니까? 이 원리의 본질은 무한한 시간 동안 시스템의 에너지 양이 변하지 않는다는 사실로 귀결됩니다. 하지만 이것이 계속 팽창하고 있는 우리 우주에 어떻게 들어맞을 수 있을까요?

인플레이션 이론은 이 질문에 답할 수 있었습니다. 이러한 우주의 신비가 해결되는 경우는 극히 드뭅니다. 빅뱅 이전에는 무슨 일이 일어났는가? 인플레이션 분야. 세상이 나타난 후에는 우리에게 친숙한 물질이 그 자리를 차지했습니다. 그러나 그 외에도 우주에는 부정적인 에너지를 가진 무언가가 있습니다. 이 두 엔터티의 속성은 반대입니다. 이는 입자, 별, 행성 및 기타 물질에서 나오는 에너지를 보상합니다. 이 관계는 또한 우주가 아직 블랙홀로 변하지 않은 이유를 설명합니다.

빅뱅이 처음 일어났을 때, 세상은 어떤 것도 무너지기에는 너무 작았습니다. 이제 우주가 팽창하면서 일부 지역에 국지적 블랙홀이 나타났습니다. 그들의 중력장은 주변의 모든 것을 흡수합니다. 빛조차도 빠져나올 수 없습니다. 이것이 실제로 그러한 구멍이 검게 되는 이유입니다.

우주의 확장

인플레이션 이론의 이론적 정당성에도 불구하고 빅뱅 이전의 우주가 어떤 모습이었는지는 여전히 불분명합니다. 인간의 상상으로는 이 그림을 상상할 수 없습니다. 사실 인플레이션 분야는 무형입니다. 이는 일반적인 물리법칙으로는 설명할 수 없습니다.

빅뱅이 일어났을 때 인플레이션 장은 빛의 속도를 초과하는 속도로 팽창하기 시작했습니다. 물리적 지표에 따르면 우주에는 이 지표보다 빠르게 움직일 수 있는 물질이 없습니다. 빛은 믿을 수 없을 만큼 많은 수로 기존 세계 전체에 퍼집니다. 인플레이션 분야는 바로 그 무형적 성격 때문에 더욱 빠른 속도로 확산되었습니다.

우주의 현재 상태

우주 진화의 현재 기간은 생명체가 존재하기에 이상적으로 적합합니다. 과학자들은 이 기간이 얼마나 오래 지속될지 판단하기가 어렵습니다. 그러나 누군가 그런 계산을 한다면, 그 결과는 적어도 수천억 년이 될 것입니다. 한 인간의 삶에 있어서 그러한 부분은 너무 커서 수학적 계산에서도 거듭제곱을 사용하여 적어야 합니다. 현재는 우주의 선사시대보다 훨씬 더 잘 연구되었습니다. 어쨌든 빅뱅 이전에 일어난 일은 이론적 연구와 대담한 계산의 주제로만 남을 것입니다.

물질계에서는 시간조차 상대적인 가치로 남아있습니다. 예를 들어, 지구로부터 140억 광년 떨어진 곳에 존재하는 퀘이사(천체의 일종)는 우리가 흔히 알고 있는 '지금'보다 140억 광년 뒤쳐져 있다. 이 시간차는 엄청납니다. 인간의 상상력 (가장 열렬한 것조차도)의 도움으로 그러한 것을 명확하게 상상하는 것이 단순히 불가능하다는 사실은 말할 것도없고 수학적으로 정의하는 것도 어렵습니다.

현대 과학은 빅뱅이 일어났던 물질 세계의 존재의 첫 순간부터 시작하여 물질 세계의 전체 수명을 이론적으로 설명할 수 있습니다. 우주의 전체 역사는 지금도 계속 업데이트되고 있습니다. 천문학자들은 현대화되고 개선된 연구 장비(망원경, 실험실 등)의 도움으로 놀라운 새로운 사실을 발견하고 있습니다.

그러나 아직까지 이해되지 않는 현상도 있다. 예를 들어, 그러한 흰 반점은 암흑 에너지입니다. 이 숨겨진 덩어리의 본질은 우리 시대의 가장 교육받고 발전된 물리학자들의 의식을 계속해서 자극하고 있습니다. 또한 우주에 반입자보다 입자가 더 많은 이유에 대한 단일 관점이 나타나지 않았습니다. 이 문제에 대해 몇 가지 기본 이론이 공식화되었습니다. 이들 모델 중 일부는 가장 인기가 있지만 국제 과학계에서는 아직 그 어느 것도 다음과 같이 받아들여지지 않았습니다.

20세기의 보편적 지식과 엄청난 발견의 규모에서 보면 이러한 격차는 아주 미미해 보입니다. 그러나 과학의 역사는 그러한 "작은" 사실과 현상에 대한 설명이 학문 전체에 대한 인류의 전체 이해의 기초가 된다는 것을 부러워할 정도로 규칙적으로 보여줍니다(이 경우에는 천문학에 대해 이야기하고 있습니다). 그러므로 미래 세대의 과학자들은 우주의 본질에 대한 지식 분야에서 할 일과 발견할 일이 분명히 있을 것입니다.

신비한 우주 특이점 이후에는 그다지 신비한 플랑크 시대(0 -10 -43초)가 옵니다. 새로 탄생한 우주의 이 짧은 순간에 어떤 과정이 일어났는지 말하기는 어렵습니다. 그러나 플랑크 순간이 끝날 무렵 중력의 영향은 세 가지 기본 힘에서 분리되어 대통일의 단일 그룹으로 통합된 것으로 알려져 있습니다.

초기 순간을 설명하기 위해서는 새로운 이론이 필요하며, 그 일부는 고리 양자 중력과 끈 이론의 모델이 될 수 있습니다. 우주론적 특이점과 마찬가지로 플랑크 시대는 초기 우주에 대한 이용 가능한 지식에서 기간이 매우 짧지만 과학적 비중이 중요한 것으로 나타났습니다. 또한 플랑크 시대에는 공간과 시간의 독특한 변동이 있었습니다. 이러한 양자 혼돈을 설명하기 위해 우리는 시공간의 거품이 이는 양자 세포의 이미지를 사용할 수 있습니다.

플랑크 시대에 비해 더 많은 사건이 밝고 이해하기 쉬운 빛으로 우리 앞에 나타납니다. 10 -43 초에서 10 -35 초까지의 기간 동안 중력과 대통일의 힘은 이미 젊은 우주에서 작동하고 있었습니다. 이 시기에는 강약력, 전자기력이 하나가 되어 대통일의 역장이 형성되었다.

빅뱅 이후 10-35초가 지나자 우주의 온도는 10 29 K에 도달했습니다. 이 순간 강한 상호작용이 전기약력 상호작용에서 분리되었습니다. 이로 인해 우주의 다른 부분에서 다르게 발생하는 대칭 파괴가 발생했습니다. 우주가 시공간 결함으로 인해 서로 분리된 부분으로 나누어졌을 가능성이 있습니다. 우주 끈이나 자기 단극과 같은 다른 결함도 존재할 수 있습니다. 그러나 오늘날 우리는 대통일의 또 다른 세력 분할, 즉 우주적 인플레이션 때문에 이것을 볼 수 없습니다.

그 당시 우주는 중력장의 가상 양자와 대통합력의 보존인 중력 가스로 가득 차 있었습니다. 동시에 렙톤과 쿼크 사이에는 거의 차이가 없었습니다.

우주의 일부 지역에 힘이 분리되었을 때 거짓 진공이 생성되었습니다. 에너지는 높은 수준에 머물러 있어 공간이 10~34초마다 두 배로 늘어나게 됩니다. 따라서 우주는 양자 규모(10억분의 1조 1조분의 1센티미터)에서 직경 약 10cm의 공 크기로 이동했습니다. 대통일 시대의 결과로, 밀도의 균일성을 위반하는 주요 문제가 발생했습니다. 물질의 밀도가 1074g/cm3, 온도가 1027K였던 빅뱅 이후 약 10~34초 만에 대통일 시대가 끝났다. 이때 강한 핵 상호작용은 생성된 조건에서 중요한 역할을 하기 시작하는 기본 상호 작용과 분리됩니다. 이러한 분리는 다음 단계 전이와 우주의 대규모 팽창으로 이어졌고, 이는 물질의 밀도와 우주 전체의 분포에 변화를 가져왔습니다.

인플레이션 이전의 우주 상태에 대해 우리가 거의 알지 못하는 이유 중 하나는 후속 사건으로 인해 인플레이션 이전 입자가 우주의 가장 먼 곳으로 흩어지면서 상황이 크게 바뀌었기 때문입니다. 따라서 이러한 입자가 보존된다 하더라도 현대 물질에서 이를 검출하는 것은 상당히 어렵습니다.

우주의 급속한 발전과 함께 큰 변화가 일어나고 있으며, 대통일시대에 이어 인플레이션 시대(10 -35 - 10 -32)가 도래한다. 이 시대는 젊은 우주의 초고속 팽창, 즉 인플레이션이 특징이다. 그 짧은 순간, 우주는 에너지 밀도가 높은 거짓 진공의 바다였고, 덕분에 팽창이 가능해졌습니다. 동시에, 진공 매개변수는 양자 폭발, 즉 변동(시공간 발포)으로 인해 지속적으로 변했습니다.

인플레이션은 빅뱅 당시 폭발의 본질, 즉 우주의 급속한 팽창이 발생한 이유를 설명합니다. 이 현상을 설명하는 기초는 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자장 이론이었습니다. 이 현상을 설명하기 위해 물리학자들은 모든 공간을 채우는 가상의 팽창기 장을 만들었습니다. 무작위 변동으로 인해 임의의 공간 영역과 다른 시간에 다른 값을 취했습니다. 그런 다음 인플레이터 필드에 임계 크기의 균질한 구성이 형성된 후 변동이 차지하는 공간 영역의 크기가 급격히 증가하기 시작했습니다. 에너지가 최소인 위치를 차지하려는 팽창기 필드의 요구로 인해 팽창 과정은 증가하는 특성을 얻었으며 그 결과 우주의 크기가 증가하기 시작했습니다. 팽창하는 순간(10 -34), 거짓 진공이 붕괴되기 시작하여 고에너지의 입자와 반입자가 형성되기 시작합니다.

입자와 반입자의 존재를 중요한 특징으로 하는 우주사에 하드론 시대가 도래하고 있다. 현대 개념에 따르면, 빅뱅 이후 첫 마이크로초 동안 우주는 쿼크-글루온 플라즈마 상태에 있었습니다. 쿼크는 모든 강입자(양성자와 중성자)의 구성 요소이며 중성 입자인 글루온은 쿼크가 강입자에 달라붙는 것을 보장하는 강한 상호 작용의 전달자입니다. 우주의 첫 순간에 이 입자들은 막 형성되고 있었고 자유 기체 상태였습니다.

쿼크와 글루온의 염색체는 일반적으로 상호작용하는 물질의 액체 상태와 비교됩니다. 이 단계에서 쿼크와 글루온은 강입자 물질에서 벗어나 플라즈마 공간 전체에서 자유롭게 이동할 수 있어 색 전도성이 형성됩니다.

극도로 높은 온도에도 불구하고 쿼크는 서로 밀접하게 결합되어 있었고 그 움직임은 기체가 아닌 액체에서 원자의 움직임과 비슷했습니다. 또한 이러한 조건에서는 물질을 구성하는 라이트 쿼크가 질량이 없어지는 또 다른 상전이가 발생합니다.

CMB의 관찰에 따르면 반입자 수에 비해 초기 입자 풍부도는 전체에서 무시할 수 있는 부분인 것으로 나타났습니다. 그리고 우주의 물질을 생성하기에 충분한 것은 이러한 과잉 양성자였습니다.

일부 과학자들은 하드론 시대에도 물질이 숨겨져 있었다고 믿습니다. 숨겨진 질량의 운반자는 알려져 있지 않지만 액시온과 같은 기본 입자가 가장 가능성이 높은 것으로 간주됩니다.

폭발이 진행됨에 따라 온도는 떨어졌고 10분의 1초 후에는 섭씨 3*10 10도에 도달했습니다. 1초 만에 100억도, 13초 만에 30억도. 이것은 전자와 양전자가 더 빨리 소멸되기 시작하기에 이미 충분했습니다. 소멸 과정에서 방출된 에너지는 우주의 냉각 속도를 점차 늦추었지만 온도는 계속해서 떨어졌습니다.

10~4~10초의 기간을 일반적으로 렙톤 시대라고 합니다. 입자와 광자의 에너지가 100배 감소했을 때 물질은 렙톤-전자와 양전자로 채워졌습니다. 렙톤 시대는 마지막 하드론이 뮤온과 뮤온 중성미자로 붕괴되는 것으로 시작되어 광자 에너지가 급격히 감소하고 전자-양전자 쌍의 생성이 중단되는 몇 초 후에 끝납니다.

빅뱅 이후 약 100분의 1초가 지나면서 우주의 온도는 섭씨 10 11도였습니다. 이것은 우리가 알고 있는 어떤 별의 중심보다 훨씬 더 뜨겁습니다. 이 온도는 너무 높아서 일반 물질의 구성 요소인 원자와 분자가 전혀 존재할 수 없습니다. 대신, 젊은 우주는 기본 입자로 구성되었습니다. 이 입자 중 하나는 모든 원자의 외부 부분을 형성하는 음전하 입자인 전자였습니다. 다른 입자는 전자의 질량과 정확히 같은 질량을 가진 양전하 입자인 양전자였습니다. 또한 다양한 유형의 중성미자, 즉 질량도 전하도 없는 유령 입자가 있었습니다. 그러나 중성미자와 반중성미자는 서로 소멸되지 않았습니다. 왜냐하면 이 입자들은 서로 그리고 다른 입자들과 매우 약하게 상호작용하기 때문입니다. 그러므로 그들은 여전히 ​​우리 주변에서 발견되어야 하며 뜨거운 초기 우주 모델을 테스트하는 좋은 방법이 될 수 있습니다. 그러나 이러한 입자의 에너지는 이제 관찰하기에는 너무 낮습니다.

렙톤 시대에는 양성자, 중성자 등의 입자도 있었습니다. 그리고 마지막으로, 양자 이론에 따르면 광자로 구성된 우주에는 빛이 있었습니다. 비례적으로 중성자와 양성자당 1억 개의 전자가 있습니다. 이 모든 입자는 순수한 에너지에서 지속적으로 탄생하고 소멸되어 다른 유형의 입자를 형성합니다. 이렇게 높은 온도에서 초기 우주의 밀도는 물의 밀도보다 40억 배나 더 컸습니다.

앞서 언급한 바와 같이, 핵반응에서 유물 중성미자라고 불리는 다양한 유형의 유령 중성미자가 집중적으로 생성되는 것은 이 기간 동안입니다.

방사선 시대가 시작되고, 그 시작과 함께 우주가 방사선 시대로 들어갑니다. 시대 초기(10초)에 방사선은 양성자와 전자의 하전 입자와 집중적으로 상호작용했습니다. 온도 강하로 인해 광자는 냉각되었고 후퇴하는 입자에 수많은 산란이 발생하여 에너지의 일부가 제거되었습니다.

빅뱅이 일어난 지 약 100초가 지나면 온도는 가장 뜨거운 별의 온도인 1억도까지 떨어진다. 이러한 조건에서 양성자와 중성자의 에너지는 더 이상 강한 핵 인력에 저항하기에 충분하지 않으며 서로 결합하기 시작하여 중수소 핵-중수소를 형성합니다. 중수소 핵은 다른 중성자와 양성자를 결합하여 헬륨 핵이 됩니다. 그 후에는 더 무거운 원소인 리튬과 베릴륨이 형성됩니다. 초기 물질의 원자핵의 주요 형성은 오래 지속되지 않았습니다. 3분 후, 입자가 너무 멀리 분산되어 충돌이 거의 발생하지 않았습니다. 뜨거운 빅뱅 모델에 따르면 양성자와 중성자의 약 4분의 1이 헬륨, 수소 및 기타 원소의 원자로 변했을 것입니다. 나머지 기본 입자는 일반 수소의 핵을 나타내는 양성자로 붕괴됩니다.

빅뱅이 일어난 지 몇 시간 후에 헬륨과 다른 원소들의 형성이 멈췄습니다. 백만년 동안 우주는 계속 팽창했고 그 외에는 거의 아무 일도 일어나지 않았습니다. 당시 존재하던 물질은 팽창하고 냉각되기 시작했습니다. 훨씬 후에 수십만 년이 지난 후 온도는 수천도까지 떨어졌고 전자와 핵의 에너지는 그들 사이에 작용하는 전자기 인력을 극복하기에 부족해졌습니다. 그들은 서로 충돌하기 시작하여 수소와 헬륨의 첫 번째 원자를 형성했습니다(그림 2).