Mlolongo wa maendeleo ya jambo kulingana na nadharia ya mlipuko mkubwa. Big bang. Asili ya microwave ya cosmic

Mwanajimu, Daktari wa Sayansi ya Fizikia na Hisabati, Mtafiti Mkuu katika Taasisi ya Unajimu ya Chuo cha Sayansi cha Urusi (INASAN) Nikolai Chugai anajibu:

- Katika unajimu, Big Bang inaeleweka kama mchakato wa mlipuko ambao Ulimwengu wetu ulizaliwa. Wazo hili linatokana na ukweli uliozingatiwa wa kushuka kwa galaksi, iliyogunduliwa mwishoni mwa miaka ya ishirini ya karne iliyopita. Mtaalamu wa nyota wa Marekani Hubble. Kushuka kwa uchumi kwa galaksi kunamaanisha kwamba ulimwengu ulikuwa mnene hapo zamani.

Katika miaka ya arobaini ya karne ya 20 ikawa wazi kwamba hii ndiyo jambo la kwanza lililokuja akilini Mwanasayansi wa nyota wa Urusi Georgy Gamow, ambaye alifanya kazi huko USA - kwamba Ulimwengu katika siku za nyuma haukuwa mnene tu, bali pia moto sana, kiasi kwamba athari za nyuklia za muundo wa vitu vya kemikali kutoka kwa mchanganyiko wa protoni, neutroni na elektroni zinaweza kutokea ndani yake. Kiini cha hidrojeni kina protoni moja, hivyo tunaweza kusema kwamba, kulingana na mawazo ya Gamow, mwanzoni kulikuwa na hidrojeni tu. Hii pia ni kipengele cha kawaida cha kemikali katika Ulimwengu wa kisasa. Kila kitu kingine, ikiwa ni pamoja na heliamu, kipengele kilichofuata zaidi, kilitokana na athari za nyuklia. Gamow alihesabu hali ambayo kiasi cha kisasa cha heliamu kiliundwa katika dakika chache za kwanza baada ya mlipuko huo, na akafikia hitimisho kwamba wakati wa uhai wa Ulimwengu, mionzi ya moto ya msingi inapaswa kupozwa hadi digrii 5 kwenye kiwango cha Kelvin. sifuri ya kiwango hiki inalingana na joto la -273 digrii Celsius ). Mnamo 1964, nadhani hii ilithibitishwa kwa uzuri: wanaastronomia wa redio wa Marekani Penzia Na Wilson aligundua mionzi hii katika safu ya sentimita kama msingi sare wa anga. Vipimo vya baadaye kutoka kwa satelaiti vilionyesha kuwa joto la asili hii (relict radiation) ni digrii 2.7 Kelvin.

Mionzi ya CMB ni hoja thabiti inayounga mkono nadharia ya Big Bang. Mwangaza wa mionzi ya asili ya microwave hutuwezesha kuelewa mambo mengi, ikiwa ni pamoja na kuzaliwa kwa galaksi na makundi ya galaksi. Ukweli ni kwamba mwanzoni Ulimwengu ulikuwa sawa kabisa. Lakini wakati wa mchakato wa upanuzi, usumbufu mdogo wa msongamano wa awali ulianza kuongezeka kwa sababu ya mvuto wa kibinafsi, kama vile sayari inavutiwa na Jua, jiwe huanguka chini. Nguvu ya uvutano husababisha kasoro hizi kuwa mnene zaidi. Hivi ndivyo galaksi na nguzo za galaksi, nyota na sayari zilivyoundwa.

Kulingana na nadharia hii, Ulimwengu ulionekana katika mfumo wa mkusanyiko wa moto wa vitu vyenye nguvu zaidi, baada ya hapo ulianza kupanuka na baridi. Katika hatua ya kwanza kabisa ya mageuzi, Ulimwengu ulikuwa katika hali ya msongamano mkubwa na ulikuwa -gluon plasma. Ikiwa protoni na neutroni ziligongana na kuunda viini vizito zaidi, maisha yao hayakuwa ya maana. Wakati ujao walipogongana na chembe yoyote ya haraka, mara moja waligawanyika katika vipengele vya msingi.

Karibu miaka bilioni 1 iliyopita, uundaji wa galaksi ulianza, wakati ambapo Ulimwengu ulianza kufanana na kile tunachoweza kuona sasa. Miaka elfu 300 baada ya Big Bang, ilipoa sana hivi kwamba elektroni zilianza kushikiliwa kwa nguvu na nuclei, na kusababisha atomi thabiti ambazo hazikuoza mara tu baada ya kugongana na kiini kingine.

Uundaji wa chembe

Uundaji wa chembe ulianza kama matokeo ya upanuzi wa Ulimwengu. Kupoa kwake zaidi kulisababisha kuundwa kwa nuclei ya heliamu, ambayo ilitokea kama matokeo ya nucleosynthesis ya msingi. Tangu wakati wa Mlipuko mkubwa, karibu dakika tatu ilibidi kupita kabla ya Ulimwengu kupoa, na nishati ya mgongano ilipungua sana hivi kwamba chembe hizo zilianza kuunda viini thabiti. Katika dakika tatu za kwanza, Ulimwengu ulikuwa bahari ya moto-nyekundu ya chembe za msingi.

Uundaji wa msingi wa nuclei haukudumu kwa muda mrefu; baada ya dakika tatu za kwanza, chembe zilihamia mbali na kila mmoja ili migongano kati yao ikawa nadra sana. Katika kipindi hiki kifupi cha nucleosynthesis ya msingi, deuterium ilionekana, isotopu nzito ya hidrojeni, kiini ambacho kina protoni moja na moja. Wakati huo huo na deuterium, heli-3, heliamu-4 na kiasi kidogo cha lithiamu-7 iliundwa. Vipengele vizito zaidi vilionekana wakati wa kuunda nyota.

Baada ya kuzaliwa kwa Ulimwengu

Takriban laki moja ya sekunde baada ya mwanzo wa Ulimwengu, quarks pamoja katika chembe za msingi. Kuanzia wakati huo na kuendelea, Ulimwengu ukawa bahari ya baridi ya chembe za msingi. Kufuatia hili, mchakato ulianza ambao unaitwa muunganisho mkubwa wa nguvu za kimsingi. Wakati huo, kulikuwa na nguvu katika Ulimwengu zinazolingana na nguvu za juu ambazo zinaweza kupatikana katika viongeza kasi vya kisasa. Kisha upanuzi wa mfumuko wa bei wa spasmodic ulianza, na wakati huo huo antiparticles kutoweka.

Sayansi inayosoma Ulimwengu kwa ujumla mmoja na Metagalaksi kama sehemu ya Ulimwengu inaitwa kosmolojia. George Gamow, mwanafizikia wa kinadharia wa Marekani, anapendekeza kwamba Ulimwengu wetu, i.e. Metagalaksi, aliyezaliwa katika hali ya joto na joto la takriban 10 32 K. Gamow aliita mfano huu "Big Bang Cosmology".

Gamow alifanya kazi kwenye mfano huu kwa miaka 10. Mnamo 1948 alichapisha nadharia " kishindo kikubwa" Kulingana na nadharia "Bongo kubwa" Ulimwengu wetu unapanuka. Upanuzi umeanza miaka bilioni 15 iliyopita kutoka kwa hali ya joto ya awali. Kwa mujibu wa nadharia hii, wakati wa mwanzo suala la Ulimwengu lilikuwa katika hali ya utupu wa kimwili. Utupu wa kimwili ulikuwa katika hali isiyo imara, ya msisimko, kwa kuwa ilikuwa nishati kubwa: w=, ambapo g/cm 3 ni msongamano wa jambo la utupu, na Na- kasi ya mwanga. Nishati hutengeneza shinikizo kubwa. Kwa wakati kwa wakati 10 43 s., Kutokana na shinikizo kubwa, mfumuko wa bei ya utupu huanza, i.e. utupu huanza kupoteza nishati. Kuanzia sasa 10 ─43 s. hadi 10 ─35 s, suala la utupu huongezeka kwa kasi na ukubwa wake huongezeka kwa 10 50 mara. Katika muda kutoka 10 ─35 s hadi 10 ─32 s, awamu ya mpito, yaani "Big Bang", wakati ambapo hali ya utupu ya suala kupitia athari ya handaki hubadilika kuwa Ulimwengu mnene wenye joto 10 32 K, na jambo katika fomu mawimbi ya sumakuumeme(mawimbi ya redio, infrared, inayoonekana, ultraviolet, x-rays na gamma rays).

Kwa hivyo, Ulimwengu wetu ulizaliwa kwa namna ya mpira wa moto, ambao uliitwa "Ile"(Ylem ya Kigiriki - jambo la msingi). Ilem ilikuwa gesi ya upande wowote ya mawimbi ya sumakuumeme na chembe za msingi.

Kutokana na kufunga upanuzi, suala la ulimwengu inapoa na kuonekana kwa chembe kutoka kwa mionzi huanza. Hapo awali, idadi ya chembe na antiparticles ilikuwa sawa. Kisha hutokea ukiukaji wa hiari ulinganifu, hii husababisha kutawala kwa chembe juu ya antiparticles. Katika sekunde za kwanza baada ya mlipuko wanazaliwa hadrons(baryons na mesons). Baada ya takriban 1000 s baada ya mlipuko joto huwa takriban 10 10 K na usawa wa viwango vya protoni na neutroni unakiukwa kwa sababu maisha ya protoni ni sawa. Miaka 10 31, na maisha ya nutroni hudumu kama 800 s. Neutroni kuoza na uwiano ni imara: 77% protoni na 22% neutroni. Katika muda wa muda kutoka 1000 hadi 10,000 s, uundaji wa atomi za hidrojeni na heliamu hutokea. Takriban nyutroni zote huenda katika uundaji wa kiini cha heliamu, na uhusiano ufuatao unaanzishwa: 77% hidrojeni na 22% heliamu.

Wanasayansi wanagawanya muda wa muda wa kuundwa kwa Ulimwengu kuwa "zama" nne kwa mujibu wa namna iliyopo ya kuwepo kwa maada.

1. Enzi ya Hadron hudumu sekunde 0.0001. Enzi ya hadron ni enzi ya chembe nzito. Uzito wa chembe ni ρ> 10 14 g / cm 3, na joto T> 10 12 K. Mwishoni mwa zama, ukiukwaji wa ghafla wa ulinganifu hutokea, usawa wa chembe na antiparticles. Sababu ya kuvunjika kwa ulinganifu inachukuliwa kuwa sio uhifadhi wa malipo ya baryon. Matokeo yake, kwa kila milioni (10 6) antiparticles kuna milioni pamoja na moja (10 6 +1) chembe.

2. Enzi ya leptoni. Muda wa zama ni kutoka 0.0001 s hadi 10 s, joto ni kutoka 10 10 K hadi 10 12 K, wiani ni kutoka 10 4 hadi 10 14 g/cm 3. Katika enzi hii, jukumu kuu linachezwa na chembe za mwanga, kushiriki katika athari kati ya protoni na neutroni. Mabadiliko ya kuheshimiana ya protoni kuwa nyutroni na kinyume chake hutokea. Mu-mesons, elektroni, neutrinos na antiparticles zao hatua kwa hatua hujilimbikiza. Mwishoni mwa zama za leptoni hutokea maangamizi ya chembe na antiparticles. Kwa hiyo, katika Ulimwengu, antiparticles hupotea, na kuacha chembe na mionzi. Ulimwengu unakuwa wazi kwa neutrino za elektroni. Neutrino hizi zimesalia hadi leo.

3. Enzi ya mionzi. Muda wake ni miaka milioni 70, joto hupungua kutoka 10 10 K hadi 3000 K, na msongamano kutoka 10 4 hadi 10 -21 g/cm 3. Mwanzoni mwa enzi ya mionzi, idadi ya protoni na neutroni ni takriban sawa. Wakati joto linapungua, kiasi kuna protoni zaidi kutokana na kuoza kwa nyutroni. Mwisho wa enzi, hali huibuka kwa malezi ya atomi za msingi, kama matokeo ambayo enzi mpya huanza - enzi ya jambo.

4. Enzi ya dutu. Enzi hii ilianza miaka milioni 70 baada ya "Big Bang" yenye joto la takriban 3000K na msongamano wa takriban 10 4 g/cm 3. Mwanzoni mwa zama, wiani wa mionzi na wiani wa suala (chembe) walikuwa sawa - kuhusu 10 -26 g / cm 3, walikuwa katika hali ya usawa wa joto. Kwa usawa mchakato wa mageuzi haufanyiki, i.e. jambo haliwezi kuwa ngumu zaidi. Hata hivyo, Ulimwengu unapopanuka, maada hupoa na mionzi hupoa kulingana na sheria tofauti. Halijoto ya maada hupungua kwa uwiano wa kinyume na mraba wa ukubwa wa Ulimwengu: T dutu ~1/R 2. Joto la mionzi hupungua kwa uwiano wa kinyume na ukubwa wa Ulimwengu: Mionzi ya T ~1/R. Kwa hivyo, dutu hii hupoa kwa kasi zaidi. Ulimwengu unasonga kutoka hali ya usawa hadi hali isiyo na usawa. Mamlaka mvuto huleta kutokuwa na utulivu, na mwendo wa misukosuko huunda mawimbi ya mshtuko. Haya yote husababisha kugawanyika kwa jambo la Ulimwengu. Mawingu madogo na makubwa ya gesi huundwa, yenye mionzi, chembe za msingi, atomi za hidrojeni na heliamu. Katika muda wa saa 3 hadi miaka milioni 3, nyota huundwa kutoka kwa mawingu madogo, na galaksi nzima huundwa kutoka kwa mawingu makubwa.

Utaratibu wa malezi ya nyota, mwanasayansi wa Amerika Trumpler (1930) kwanza alielezea ukweli kwamba gesi na vumbi wingu compresses na joto juu, shinikizo na joto ndani huongezeka, kupunguza kasi ya compression. Kwa digrii milioni 20 huanza mmenyuko wa nyuklia, mlipuko hutokea na nyota mpya inaonekana. Jua letu lilifanya safari hii katika takriban miaka milioni 1, takriban miaka bilioni 5 iliyopita.

Hata wanasayansi wa kisasa hawawezi kusema kwa uhakika kile kilichokuwa katika Ulimwengu kabla ya Big Bang. Kuna dhana kadhaa zinazoinua pazia la usiri juu ya moja ya masuala tata zaidi ya ulimwengu.

Asili ya ulimwengu wa nyenzo

Hadi karne ya 20, kulikuwa na wafuasi wawili tu wa maoni ya kidini, ambao waliamini kwamba ulimwengu uliumbwa na Mungu. Wanasayansi, kinyume chake, walikataa kukiri asili ya Ulimwengu iliyotengenezwa na mwanadamu. Wanafizikia na wanaastronomia walikuwa wafuasi wa wazo kwamba nafasi imekuwepo daima, dunia ilikuwa tuli na kila kitu kitabaki sawa na mabilioni ya miaka iliyopita.

Walakini, maendeleo ya kisayansi yaliyoharakishwa mwanzoni mwa karne yalisababisha ukweli kwamba watafiti walikuwa na fursa za kusoma nafasi za nje. Baadhi yao walikuwa wa kwanza kujaribu kujibu swali la kile kilichokuwa katika Ulimwengu kabla ya Big Bang.

Utafiti wa Hubble

Karne ya 20 iliharibu nadharia nyingi za zama zilizopita. Katika nafasi iliyoachwa, dhana mpya zilionekana ambazo zilielezea siri zisizoeleweka hadi sasa. Yote ilianza na ukweli kwamba wanasayansi walianzisha ukweli wa upanuzi wa Ulimwengu. Hii ilifanywa na Edwin Hubble. Aligundua kwamba galaksi za mbali zilitofautiana katika mwanga wao na nguzo hizo za ulimwengu ambazo zilikuwa karibu na Dunia. Ugunduzi wa muundo huu uliunda msingi wa sheria ya upanuzi ya Edwin Hubble.

The Big Bang na asili ya Ulimwengu zilichunguzwa wakati ikawa wazi kwamba galaxi zote "huepuka" kutoka kwa mwangalizi, bila kujali wapi. Hili lingeweza kuelezwaje? Kwa kuwa galaksi zinasonga, inamaanisha kwamba zinasukumwa mbele na aina fulani ya nishati. Kwa kuongeza, wanafizikia wamehesabu kwamba walimwengu wote walikuwa mara moja iko katika hatua moja. Kutokana na msukumo fulani, walianza kusogea kila upande kwa kasi isiyokuwa na fikira.

Jambo hili liliitwa "Big Bang". Na asili ya Ulimwengu ilielezewa kwa usahihi kwa msaada wa nadharia ya tukio hili la zamani. Ilifanyika lini? Wanafizikia waliamua kasi ya mwendo wa galaksi na wakapata fomula ambayo walitumia kuhesabu wakati "kusukuma" kwa awali kulitokea. Hakuna mtu anayeweza kutoa idadi kamili, lakini takriban jambo hili lilifanyika karibu miaka bilioni 15 iliyopita.

Kuibuka kwa nadharia ya Big Bang

Ukweli kwamba galaksi zote ni vyanzo vya mwanga inamaanisha kuwa Big Bang ilitoa kiasi kikubwa cha nishati. Ni yeye ndiye aliyezaa mwangaza ambao walimwengu hupoteza wanaposonga mbali na kitovu cha kile kilichotokea. Nadharia ya Big Bang ilithibitishwa kwanza na wanaastronomia wa Marekani Robert Wilson na Arno Penzias. Waligundua mionzi ya asili ya microwave ya sumakuumeme, ambayo joto lake lilikuwa digrii tatu kwenye kiwango cha Kelvin (hiyo ni -270 Celsius). Ugunduzi huu uliunga mkono wazo kwamba Ulimwengu hapo awali ulikuwa moto sana.

Nadharia ya Big Bang ilijibu maswali mengi yaliyotungwa katika karne ya 19. Walakini, sasa mpya zimeonekana. Kwa mfano, ni nini kilikuwa katika Ulimwengu kabla ya Mlipuko Mkubwa? Kwa nini ni homogeneous, wakati kwa kutolewa kwa nishati kubwa kama hiyo dutu inapaswa kutawanyika kwa usawa katika pande zote? Ugunduzi wa Wilson na Arno ulitia shaka juu ya jiometri ya Euclidean ya zamani, kwani ilithibitishwa kuwa nafasi haina mzingo sifuri.

Nadharia ya mfumuko wa bei

Maswali mapya yaliyoulizwa yalionyesha kwamba nadharia ya kisasa ya asili ya ulimwengu ni vipande vipande na haijakamilika. Walakini, kwa muda mrefu ilionekana kuwa haiwezekani kusonga mbele zaidi ya kile kilichogunduliwa katika miaka ya 60. Na utafiti wa hivi karibuni tu wa wanasayansi umewezesha kuunda kanuni mpya muhimu kwa fizikia ya kinadharia. Hili lilikuwa tukio la upanuzi wa kasi wa mfumuko wa bei wa Ulimwengu. Ilisomwa na kuelezewa kwa kutumia nadharia ya uwanja wa quantum na nadharia ya jumla ya uhusiano wa Einstein.

Kwa hivyo ni nini kilikuwa katika Ulimwengu kabla ya Big Bang? Sayansi ya kisasa inaita kipindi hiki "mfumko wa bei." Hapo mwanzo kulikuwa na uwanja tu ambao ulijaza nafasi yote ya kufikiria. Inaweza kulinganishwa na mpira wa theluji unaotupwa chini ya mteremko wa mlima wenye theluji. Donge litashuka na kuongezeka kwa ukubwa. Vivyo hivyo, shamba, kwa sababu ya mabadiliko ya nasibu, ilibadilisha muundo wake kwa muda usioweza kufikiria.

Wakati usanidi wa homogeneous ulipoundwa, majibu yalitokea. Ina siri kubwa zaidi za Ulimwengu. Ni nini kilifanyika kabla ya Big Bang? Uga wa mfumuko wa bei ambao haukuwa kama suala la sasa. Baada ya majibu, ukuaji wa Ulimwengu ulianza. Ikiwa tunaendelea mlinganisho na mpira wa theluji, basi baada ya ile ya kwanza, mipira mingine ya theluji iliyovingirwa chini, pia inaongezeka kwa ukubwa. Wakati wa Mlipuko Mkubwa katika mfumo huu unaweza kulinganishwa na wa pili wakati kizuizi kikubwa kilianguka kwenye shimo na hatimaye kugongana na ardhi. Wakati huo, kiasi kikubwa cha nishati kilitolewa. Bado haiwezi kuisha. Ni kutokana na kuendelea kwa mwitikio kutoka kwa mlipuko ambao Ulimwengu wetu unakua leo.

Jambo na shamba

Ulimwengu sasa una idadi isiyoweza kufikiria ya nyota na miili mingine ya ulimwengu. Mkusanyiko huu wa maada unatoa nishati kubwa, ambayo inapingana na sheria ya asili ya uhifadhi wa nishati. Inasema nini? Kiini cha kanuni hii inakuja kwa ukweli kwamba kwa muda usio na kipimo kiasi cha nishati katika mfumo kinabakia bila kubadilika. Lakini hii inawezaje kuendana na Ulimwengu wetu, unaoendelea kupanuka?

Nadharia ya mfumuko wa bei iliweza kujibu swali hili. Ni nadra sana kwamba siri kama hizo za Ulimwengu zinatatuliwa. Ni nini kilifanyika kabla ya Big Bang? Uwanja wa mfumuko wa bei. Baada ya kutokea kwa ulimwengu, jambo tulilozoea lilichukua mahali pake. Walakini, pamoja na hayo, pia kuna kitu katika Ulimwengu ambacho kina nishati hasi. Sifa za vyombo hivi viwili ni kinyume. Hii hufidia nishati inayotoka kwa chembe, nyota, sayari na vitu vingine. Uhusiano huu pia unaelezea kwa nini Ulimwengu bado haujageuka kuwa shimo nyeusi.

Mlipuko Mkubwa ulipotokea kwa mara ya kwanza, dunia ilikuwa ndogo sana kwa kitu chochote kuporomoka. Sasa, Ulimwengu unapopanuka, mashimo meusi ya ndani yameonekana katika sehemu fulani zake. Sehemu yao ya mvuto inachukua kila kitu kinachowazunguka. Hata mwanga hauwezi kutoka ndani yake. Hii ndio sababu mashimo kama haya huwa nyeusi.

Upanuzi wa Ulimwengu

Hata licha ya uhalali wa kinadharia wa nadharia ya mfumuko wa bei, bado haijulikani Ulimwengu ulionekanaje kabla ya Big Bang. Mawazo ya mwanadamu hayawezi kufikiria picha hii. Ukweli ni kwamba uwanja wa mfumuko wa bei hauonekani. Haiwezi kuelezewa na sheria za kawaida za fizikia.

Mlipuko mkubwa ulipotokea, uwanja wa mfumuko wa bei ulianza kupanuka kwa kasi iliyozidi kasi ya mwanga. Kwa mujibu wa viashiria vya kimwili, hakuna kitu katika Ulimwengu ambacho kinaweza kusonga kwa kasi zaidi kuliko kiashiria hiki. Nuru inaenea katika ulimwengu uliopo kwa idadi ya ajabu. Sehemu ya mfumuko wa bei ilienea kwa kasi kubwa zaidi, haswa kwa sababu ya asili yake isiyoonekana.

Hali ya Sasa ya Ulimwengu

Kipindi cha sasa katika mageuzi ya Ulimwengu kinafaa kabisa kwa kuwepo kwa maisha. Wanasayansi wanaona vigumu kuamua ni muda gani kipindi hiki kitaendelea. Lakini ikiwa mtu yeyote angefanya hesabu kama hizo, takwimu zilizopatikana hazikuwa chini ya mamia ya mabilioni ya miaka. Kwa maisha ya mwanadamu mmoja, sehemu kama hiyo ni kubwa sana hata katika calculus ya hisabati inapaswa kuandikwa kwa kutumia nguvu. Sasa imesomwa vizuri zaidi kuliko historia ya Ulimwengu. Kilichotokea kabla ya Big Bang, kwa hali yoyote, kitabaki tu mada ya utafiti wa kinadharia na mahesabu ya ujasiri.

Katika ulimwengu wa nyenzo, hata wakati unabaki kuwa thamani ya jamaa. Kwa mfano, quasars (aina ya kitu cha astronomia), kilichopo umbali wa miaka bilioni 14 ya mwanga kutoka duniani, ni miaka bilioni 14 ya mwanga nyuma ya "sasa" yetu ya kawaida. Pengo hili la wakati ni kubwa sana. Ni ngumu kufafanua hata kihesabu, bila kutaja ukweli kwamba haiwezekani kufikiria wazi kitu kama hicho kwa msaada wa fikira za mwanadamu (hata zile za bidii).

Sayansi ya kisasa inaweza kuelezea kinadharia maisha yote ya ulimwengu wetu wa nyenzo, kuanzia sehemu za kwanza za sekunde za uwepo wake, wakati Big Bang ilitokea tu. Historia kamili ya Ulimwengu bado inasasishwa. Wanaastronomia wanagundua ukweli mpya wa kushangaza kwa msaada wa vifaa vya kisasa na vilivyoboreshwa vya utafiti (darubini, maabara, n.k.).

Walakini, pia kuna matukio ambayo bado hayajaeleweka. Doa nyeupe kama hiyo, kwa mfano, ni nishati yake ya giza. Kiini cha misa hii iliyofichwa inaendelea kusisimua ufahamu wa wanafizikia walioelimika zaidi na wa hali ya juu wa wakati wetu. Kwa kuongeza, hakuna mtazamo mmoja uliojitokeza kuhusu sababu kwa nini bado kuna chembe nyingi zaidi katika Ulimwengu kuliko antiparticles. Nadharia nyingi za kimsingi zimetungwa juu ya jambo hili. Baadhi ya mifano hii ni maarufu zaidi, lakini hakuna hata mmoja wao ambaye bado amekubaliwa na jumuiya ya kimataifa ya kisayansi kama

Kwa kiwango cha ujuzi wa ulimwengu wote na uvumbuzi mkubwa wa karne ya 20, mapungufu haya yanaonekana kuwa duni. Lakini historia ya sayansi inaonyesha mara kwa mara kwamba maelezo ya ukweli na matukio "ndogo" huwa msingi wa uelewa mzima wa ubinadamu wa nidhamu kwa ujumla (katika kesi hii tunazungumza juu ya unajimu). Kwa hiyo, vizazi vijavyo vya wanasayansi hakika vitakuwa na kitu cha kufanya na kitu cha kugundua katika uwanja wa ujuzi wa asili ya Ulimwengu.

Baada ya umoja wa ajabu wa ulimwengu huja enzi isiyo ya kawaida ya Planck (0 -10 -43 s). Ni ngumu kusema ni michakato gani ilifanyika katika wakati huu mfupi wa Ulimwengu mpya. Lakini inajulikana kwa hakika kwamba mwishoni mwa wakati wa Planck, ushawishi wa mvuto ulitenganishwa na nguvu tatu za msingi, zilizounganishwa katika kundi moja la Umoja Mkuu.

Ili kuelezea wakati wa mapema, nadharia mpya inahitajika, ambayo sehemu yake inaweza kuwa mfano wa mvuto wa kitanzi cha quantum na nadharia ya kamba. Inabadilika kuwa enzi ya Planck, kama umoja wa ulimwengu, inajumuisha pengo fupi sana kwa muda, lakini muhimu katika uzito wa kisayansi, katika maarifa yanayopatikana ya Ulimwengu wa mapema. Pia ndani ya wakati wa Planck kulikuwa na mabadiliko ya pekee ya nafasi na wakati. Ili kuelezea machafuko haya ya quantum, tunaweza kutumia taswira ya seli za quantum zinazotoa povu za muda wa nafasi.

Ikilinganishwa na enzi ya Planck, matukio zaidi yanaonekana mbele yetu kwa nuru angavu na inayoeleweka. Katika kipindi cha 10 -43 s hadi 10 -35 s, nguvu za mvuto na Umoja Mkuu zilikuwa tayari zikifanya kazi katika Ulimwengu mdogo. Katika kipindi hiki, mvuto wenye nguvu, dhaifu na wa sumakuumeme ulikuwa mmoja na uliunda uwanja wa nguvu wa Umoja Mkuu.

Wakati 10 -35 s ilipita tangu Big Bang, Ulimwengu ulifikia joto la 10 29 K. Kwa wakati huu, mwingiliano mkali ulitenganishwa na mwingiliano wa electroweak. Hii ilisababisha kuvunjika kwa ulinganifu, ambayo ilitokea tofauti katika sehemu tofauti za Ulimwengu. Kuna uwezekano kwamba Ulimwengu uligawanywa katika sehemu ambazo zilikuwa zimefungwa kutoka kwa kila mmoja na kasoro za wakati wa nafasi. Kasoro zingine zinaweza pia kuwepo huko - kamba za cosmic au monopoles magnetic. Hata hivyo, leo hatuwezi kuona hili kwa sababu ya mgawanyiko mwingine wa nguvu ya Umoja Mkuu - mfumuko wa bei ya cosmological.

Wakati huo, Ulimwengu ulijazwa na gesi ya mvuto - quanta ya dhahania ya uwanja wa mvuto na mifupa ya Nguvu ya Umoja wa Grand. Wakati huo huo, karibu hakuna tofauti kati ya leptoni na quarks.

Wakati kulikuwa na mgawanyiko wa nguvu katika sehemu fulani za Ulimwengu, ombwe la uwongo liliundwa. Nishati imekwama kwa kiwango cha juu, na kulazimisha nafasi mara mbili kila 10 -34 s. Kwa hivyo, Ulimwengu ulihama kutoka kwa mizani ya quantum (bilioni moja ya trilioni ya trilioni ya sentimita) hadi saizi ya mpira na kipenyo cha cm 10 kama matokeo ya enzi ya Umoja Mkuu, mpito wa awamu ya jambo la msingi lilitokea, ambalo liliambatana na ukiukaji wa usawa wa wiani wake. Enzi ya Muungano Mkuu iliisha takriban sekunde 10?34 kutoka wakati wa Mlipuko Mkubwa, wakati msongamano wa maada ulikuwa 10 74 g/cm³ na halijoto ilikuwa 10 27 K. Katika hatua hii ya wakati, mwingiliano mkubwa wa nyuklia ni kutengwa na mwingiliano wa msingi, ambayo huanza kuchukua jukumu muhimu katika hali iliyoundwa. Mtengano huu ulisababisha mpito wa awamu iliyofuata na upanuzi mkubwa wa Ulimwengu, ambao ulisababisha mabadiliko katika msongamano wa maada na usambazaji wake katika Ulimwengu wote.

Moja ya sababu ambazo tunajua kidogo sana kuhusu hali ya Ulimwengu kabla ya mfumuko wa bei ni kwamba matukio yaliyofuata yalibadilisha sana, na kusambaza chembe za kabla ya mfumuko wa bei hadi pembe za mbali zaidi za Ulimwengu. Kwa hivyo, hata ikiwa chembe hizi zimehifadhiwa, ni ngumu sana kuzigundua katika suala la kisasa.

Pamoja na maendeleo ya haraka ya Ulimwengu, mabadiliko makubwa yanatokea, na kufuatia kipindi cha Umoja Mkuu huja wakati wa mfumuko wa bei (10 -35 - 10 -32). Enzi hii ina sifa ya upanuzi wa haraka sana wa Ulimwengu mchanga, ambayo ni, mfumuko wa bei. Wakati huo mfupi, Ulimwengu ulikuwa bahari ya utupu wa uwongo na msongamano mkubwa wa nishati, shukrani ambayo upanuzi uliwezekana. Wakati huo huo, vigezo vya utupu vilikuwa vikibadilika kila mara kwa sababu ya kupasuka kwa quantum - kushuka kwa thamani (kutoa povu kwa wakati).

Mfumuko wa bei unaelezea asili ya mlipuko wakati wa Big Bang, ambayo ni kwa nini upanuzi wa haraka wa Ulimwengu ulitokea. Msingi wa kuelezea jambo hili ulikuwa nadharia ya jumla ya Einstein ya uhusiano na nadharia ya uwanja wa quantum. Ili kuelezea jambo hili, wanafizikia walijenga uwanja wa inflator dhahania ambao ulijaza nafasi yote. Shukrani kwa mabadiliko ya nasibu, ilichukua maadili tofauti katika maeneo ya anga ya kiholela na kwa nyakati tofauti. Kisha usanidi wa homogeneous wa ukubwa muhimu uliundwa katika uwanja wa inflator, baada ya hapo eneo la anga lililochukuliwa na kushuka kwa kasi lilianza kuongezeka kwa kasi kwa ukubwa. Kwa sababu ya hamu ya uwanja wa inflator kuchukua nafasi ambayo nishati yake ni ndogo, mchakato wa upanuzi ulipata tabia inayoongezeka, kama matokeo ambayo Ulimwengu ulianza kuongezeka kwa ukubwa. Wakati wa upanuzi (10 -34), utupu wa uwongo ulianza kutengana, kama matokeo ya ambayo chembe na antiparticles za nishati ya juu huanza kuunda.

Enzi ya hadron inakuja katika historia ya Ulimwengu, kipengele muhimu ambacho ni kuwepo kwa chembe na antiparticles. Kwa mujibu wa dhana za kisasa, katika microseconds za kwanza baada ya Big Bang, Ulimwengu ulikuwa katika hali ya plasma ya quark-gluon. Quarks ni vipengele vya hadrons zote (protoni na neutroni), na chembe zisizo na upande, gluons, ni wabebaji wa mwingiliano mkali, ambao huhakikisha kushikamana kwa quarks kwenye hadrons. Katika dakika za kwanza za Ulimwengu, chembe hizi zilikuwa tu zinaundwa na zilikuwa katika hali ya bure, ya gesi.

Chromoplasm ya quarks na gluons kawaida hulinganishwa na hali ya kioevu ya jambo linaloingiliana. Katika awamu hii, quarks na gluons hutolewa kutoka kwa dutu ya hadronic na inaweza kusonga kwa uhuru katika nafasi ya plasma, na kusababisha kuundwa kwa conductivity ya rangi.

Licha ya joto la juu sana, quarks ziliunganishwa pamoja, na harakati zao zilifanana na harakati za atomi kwenye kioevu badala ya gesi. Pia, chini ya hali hiyo, mabadiliko mengine ya awamu hutokea, ambayo quarks za mwanga zinazounda jambo huwa nyingi.

Uchunguzi wa CMB ulionyesha kuwa wingi wa awali wa chembe ikilinganishwa na idadi ya antiparticles ilikuwa sehemu isiyo na maana ya jumla. Na ilikuwa protoni hizi za ziada ambazo zilitosha kuunda suala la Ulimwengu.

Wanasayansi wengine wanaamini kuwa kulikuwa na kufichwa kwa mada katika enzi ya hadron. Mbebaji wa misa iliyofichwa haijulikani, lakini chembe za msingi kama vile axions zinazingatiwa kuwa zinazowezekana zaidi.

Mlipuko ulipoendelea, halijoto ilipungua na baada ya sehemu ya kumi ya sekunde ilifikia nyuzi joto 3*10 10. Katika sekunde moja - digrii milioni kumi, na katika sekunde kumi na tatu - milioni tatu elfu. Hii tayari ilitosha kwa elektroni na positroni kuanza kuangamiza haraka. Nishati iliyotolewa wakati wa maangamizi ilipunguza polepole kasi ya kupoa kwa Ulimwengu, lakini halijoto iliendelea kushuka.

Kipindi cha 10-4 - 10 s kawaida huitwa enzi ya leptoni. Wakati nishati ya chembe na fotoni ilipungua mara mia, jambo hilo lilijazwa na leptoni-elektroni na positroni. Enzi ya leptoni huanza na kuoza kwa hadroni za mwisho kuwa muons na muon neutrinos, na kuishia sekunde chache baadaye, wakati nishati ya fotoni ilipungua sana na kizazi cha jozi za elektroni-positron kilisimama.

Karibu mia moja ya sekunde baada ya Big Bang, joto la Ulimwengu lilikuwa nyuzi 10 11 Celsius. Hii ni moto zaidi kuliko kitovu cha nyota yoyote tunayoijua. Halijoto hii ni ya juu sana hivi kwamba hakuna sehemu yoyote ya maada ya kawaida, atomi na molekuli, inaweza kuwepo. Badala yake, Ulimwengu mchanga ulijumuisha chembe za msingi. Moja ya chembe hizi zilikuwa elektroni, chembe zenye chaji hasi ambazo huunda sehemu za nje za atomi zote. Chembe nyingine zilikuwa positroni, chembe zilizochajiwa vyema na molekuli sawa kabisa na wingi wa elektroni. Kwa kuongeza, kulikuwa na aina mbalimbali za neutrinos - chembe za roho ambazo hazikuwa na wingi wala malipo ya umeme. Lakini neutrinos na antineutrinos hazikuangamiza kila mmoja, kwa sababu chembe hizi huingiliana kwa udhaifu sana na kila mmoja na kwa chembe nyingine. Kwa hiyo, bado wanapaswa kupatikana karibu nasi, na wanaweza kuwa njia nzuri ya kupima mfano wa Ulimwengu wa moto wa mapema. Hata hivyo, nguvu za chembe hizi sasa ziko chini sana kuzitazama.

Wakati wa enzi ya leptoni, kulikuwa na chembe kama vile protoni na neutroni. Na hatimaye, kulikuwa na mwanga katika Ulimwengu, ambayo, kulingana na nadharia ya quantum, ina photons. Kwa uwiano, kuna elektroni milioni elfu kwa neutroni na protoni. Chembe hizi zote zilizaliwa kwa kuendelea kutoka kwa nishati safi, na kisha kuangamizwa, na kutengeneza aina nyingine za chembe. Msongamano katika Ulimwengu wa mapema kwa joto la juu kama hilo ulikuwa mkubwa mara milioni nne kuliko ule wa maji.

Kama ilivyoelezwa hapo awali, ni katika kipindi hiki kwamba uzalishaji mkubwa wa aina mbalimbali za neutrinos za roho, ambazo huitwa neutrinos za relic, hutokea katika athari za nyuklia.

Enzi ya mionzi huanza, mwanzoni mwa ambayo Ulimwengu huingia enzi ya mionzi. Mwanzoni mwa enzi (sekunde 10), mionzi iliingiliana sana na chembe za kushtakiwa za protoni na elektroni. Kwa sababu ya kushuka kwa joto, fotoni zilipozwa, na kama matokeo ya kutawanyika nyingi kwenye chembe zinazopungua, sehemu ya nishati yao ilichukuliwa.

Sekunde mia moja hivi baada ya Big Bang, halijoto inashuka hadi digrii milioni elfu, ambayo ni joto la nyota moto zaidi. Chini ya hali kama hizi, nishati ya protoni na neutroni haitoshi tena kupinga mvuto wa nguvu wa nyuklia, na huanza kuchanganyika na kila mmoja, na kutengeneza viini vya deuterium - hidrojeni nzito. Viini vya Deuterium kisha ambatisha neutroni na protoni nyingine na kuwa viini vya heliamu. Baadaye, vipengele nzito vinatengenezwa - lithiamu na beryllium. Uundaji wa msingi wa nuclei ya atomiki ya dutu ya nascent haukudumu kwa muda mrefu. Baada ya dakika tatu, chembe hizo zilikuwa zimetawanyika kwa mbali kiasi kwamba migongano ikawa nadra. Kulingana na mfano wa Big Bang, karibu robo ya protoni na neutroni zingegeuka kuwa atomi za heliamu, hidrojeni na vitu vingine. Chembe za msingi zilizobaki zilioza na kuwa protoni, zikiwakilisha viini vya hidrojeni ya kawaida.

Saa chache baada ya Big Bang, uundaji wa heliamu na vipengele vingine vilisimama. Kwa miaka milioni, Ulimwengu uliendelea kupanuka na karibu hakuna kitu kingine kilichotokea. Jambo lililokuwepo wakati huo lilianza kupanuka na kupoa. Baadaye sana, baada ya mamia ya maelfu ya miaka, halijoto ilishuka hadi digrii elfu kadhaa, na nishati ya elektroni na nuclei ikawa haitoshi kushinda mvuto wa sumakuumeme kati yao. Walianza kugongana, na kutengeneza atomi za kwanza za hidrojeni na heliamu (Mchoro 2).