Космическая концепция

Космология – это наука, которая занимается изучением крупномасштабной структуры и эволюции Вселенной. Космогония – занимается изучением наблюдаемых во Вселенной структур (могут быть гигантские скопления галактик, отдельные галактики, планетные системы). В настоящее время главные вопросы космологии и космогонии изучаются в рамках Большого взрыва. К жизнеспособным относятся открытая и закрытая модели Вселенной Фридма – Леметра, а также открытая модел-ь Эйнштейна – Де Ситтера. 20 миллиардов лет назад произошел большой взрыв (начальная сингулярность). Начальная сингулярность – это область пространство - времени, в которой нарушаются  известные физические законы, а кривизна пространства – времени становится бесконечной. Обратимся к эпохи настолько ранней, когда вся Вселенная была сжата в сферу малого радиуса. Чтобы понять процессы, происходившие после большого взрыва. Обратимся к физике элементарных частиц. Элементарная частица – характеризуется массой покоя и энергии покоя. Так называется энергия, которая выделяется при аннигиляции частиц и античастицы, которая отличается от частиц электрическим зарядом, а все такие же свойства как у частиц. То есть эту реакцию можно записать уравнением: частица + античастица↔2γ – фотона. Эта реакция может идти как в прямом, так и в обратном направлении, при условии если tо неизменна  Т=const. Эффективность выхода энергии при аннигиляции, намного превосходит энергетические выходы при других способах превращения энергии. После большого взрыва плотность Вселенной превышала плотность атомных ядер, рождались нестабильные, тяжелые элементарные частицы, которые называются адронами. Происходило рождение частиц мезонов, между ними происходили резонанские взаимодействия. Так, например, когда tо больше или равна 1 млрд.эВ( ΔΕ=еΔУ,ΔΕ=kT,еΔУ=kT,T=е*1B ⁄ k=104К=1эВ) происходит реакция аннигиляции между протоном и антипротоном. После большого взрыва Вселенная расширялась и происходило падение tо и плотности, поэтому реакция аннигиляции могла происходить только в прямом направлении. При tо ≥ 1 млн. эВ проходила реакция аннигиляции между позитроном и электроном с образованием 2γ – фотонов, энергия каждого из которых 0,5 млн. эВ. Когда возраст Вселенной был > 1 сек, происходили слабые взаимодействия между протонами и электронами с образованием нейтронов. На 6 протонов во Вселенной приходится 1 нейтрон. Когда возраст Вселенной = 1 сек., tо падает до 1 млн.эВ, когда аннигилируют электронно- позитронные пары, при такой энергии нейтроны обладают огромными скоростями и остаются свободными через 1 мин. После большого взрыва tо падает до 1 млрд. Кельвин и начинаются взаимодействия между нейтроном и протоном. Нейтрон захватывается протоном, и образуются дейтерий или тяжелый водород. Дейтерий легко поглощает нейтроны и при присоединении одного нейтрона образуется тритий. Ядро трития присоединяет протон и образуется гелий. Гелий обнаружен в нашей галактике, в соседних галактиках, в атмосферах старых и молодых звезд. Гелий входит в космические лучи и является частицей высоких энергий. На 10 ядер водорода приходится 1 ядро гелия. Дейтерий – сравнительно мало распространенный изотоп. На 30 тыс. атомов водорода приходится 1 атом дейтерия. Это сравнительно не прочный элемент, который не может образовываться в недрах звёзд при существующих там высоких tо и давлениях. Он образовался при большом взрыве, в условиях расширяющей Вселенной, когда быстро падала tо и давление. На 1 атом вещества во Вселенной приходится 100 млн. фотонов. Если бы во Вселенной первоначально было равное кол-во частиц и античастиц, то после аннигиляции образовалось излучение(2γ – фотон) и вся Вселенная была бы заполненная только излучением. Ученые считают, что частицы преобладают над античастицами, и поэтому после аннигиляции во вселенной осталось вещество и излучение. Но по мере расширения Вселенной  tо падала, а энергия фотонов - излучения уменьшалась. E(энергия фотона)=hν,λ=c ⁄ ν,ν=c ⁄ λ,E= hc ⁄λ при уменьшении энергии фотона длина волны увеличивается, то есть это излучение, возникшее при большом взрыве не исчезло. Изменилась только энергия фотона, она уменьшалась, а длина волны в настоящее время переместилась в сантиметровый диапазон, это излучение обнаружено в настоящее время и названо фоновым или реликтовым. tо Вселенной в настоящее время 3 К.