Температура вселенной

Вселенная по представлению простых людей, населяющих землю, это окружающее Землю звездное небо с миллионами звезд, планет, галактик. Она загадочна, она даже можно сказать, не познаваема, но она существует и поэтому имеет свою температуру. Какова же средняя температура в космосе? Согласно широко распространённой модели, Вселенная образовалась 15 миллиардов лет назад в результате Большого взрыва и продолжает расширяться до сих пор.

Важнейшей характеристикой эволюции вселенной является ее температура. По теоретическим расчетам, в течение первых 10^-36 с, когда температура Вселенной была больше 10²⁸ К, энергия в единице объема оставалась постоянной, Вселенная расширялась со скоростью, значительно превышающей скорость света. Этот факт не противоречит теории относительности, так как с такой скоростью расширялось не вещество, но само пространство. Эта стадия эволюции называется инфляционной. Из современных теорий квантовой физики следует, что в это время сильное ядерное взаимодействие отделилось от электромагнитного и слабого. Выделившаяся в результате подобного нарушения симметрии энергия и явилась причиной катастрофического расширения Вселенной, которая за крошечный промежуток времени в 10^-33 с увеличилась от размеров атома до размеров Солнечной системы. В это же время появились привычные нам элементарные частицы и чуть меньшее из-за спонтанного нарушения симметрии количество античастиц.

Вещество и излучение все еще находилось в термодинамическом равновесии, а «горячие» фотоны полностью определяли характер излучения Вселенной. Эта эпоха называется радиационной стадией эволюции.

При температуре 5•10¹² К закончилась стадия рекомбинации: почти все протоны и нейтроны аннигилировали, превратившись в фотоны; остались только те, для которых не хватило античастиц. Как показали наблюдения, на один барион приходится почти миллиард фотонов – продуктов аннигиляции. Значит, первоначальный избыток частиц по сравнению с античастицами составляет одну миллиардную от их числа. Именно из этого «избыточного» вещества и состоит в основном вещество наблюдаемой Вселенной.

Спустя несколько секунд после Большого Взрыва в горячей и плотной Вселенной началась стадия первичного нуклеосинтеза, продолжавшаяся около трех минут. В результате термоядерных реакций образовывались ядра тяжелого водорода и гелия. Затем началось спокойное расширение и остывание Вселенной. Предсказанные количества водорода (75%) и гелия (25%) по теории первичного нуклеосинтеза подтверждаются распространенностью легких элементов в космосе в настоящее время.

Примерно через миллион лет после взрыва равновесие между веществом и излучением нарушилось, из свободных протонов и электронов начали образовываться атомы, а излучение стало проходить через вещество, как через прозрачную среду. Именно это излучение назвали реликтовым, его температура была около 3000 К. Гипотезу о существовании такого излучения высказал Георгий Гамов. Реликтовое фоновое излучение открыли в 1964 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Вильсон. Оно оказалось в высокой степени изотропным, одинаковым по всем направлениям и своим существованием подтверждает модель горячей расширяющейся Вселенной. При расширении Вселенная остывает, поэтому длина волны реликтовых фотонов должна возрастать: в настоящее время регистрируется фон с температурой 2,725 К, что соответствует миллиметровому диапазону. Самым точным измерением температуры реликтового фона на данный момент считается 2.725 +/- 0.001 Кельвина (Mather с соавт. 1999, ApJ, 512, 511). Довольно точный результат. Неужели когда-то наша вселенная остынет окончательно?

Похожие по тематике статьи на сайте:

Самое холодное место Солнечной системы - Луна

Температура над Землей

Почему небо голубое?

Температура внутри Земли

Британские плюшевые мишки сообщили из космоса о температуре

Почему звездное небо черное? (фотометрический парадокс)