Содержание

Горячая модель вселенной 3

Фундаментальные взаимодействия в природе и их особенности 5

Процессы переноса тепла массы и электрического заряда 9

Список литературы 11

Горячая модель вселенной

В основе современных представлений об эволюции Вселенной лежит модель горячей Вселенной, или «Большого Взрыва», основы которой были заложены в трудах американского физика русского происхождения Дж. Гамова и его сотрудников в конце 40-х гг. XX в. В соответствии с этой концепцией Вселенная на ранних стадиях расширения характеризовалась не только высокой плотностью вещества, но и его высокой температурой.

Ключ к пониманию ранних этапов эволюции Вселенной — в гигантском количестве теплоты, выделившейся при Большом Взрыве. В простейшем варианте теории горячей Вселенной предполагается, что Вселенная возникла спонтанно в результате взрыва из состояния с очень большой плотностью и энергией (состояние сингулярности). По мере расширения Вселенной температура падала (сначала быстро, а затем все медленнее) от очень большой до довольно низкой, обеспечивавшей возникновение условий, благоприятных для образования звезд и галактик. На протяжении около 1 млн лет температура

превышала несколько тысяч градусов, что препятствовало образованию атомов, и, следовательно, космическое вещество имело вид разогретой плазмы, состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась приблизительно до гемпературы поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы — это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.

Модель горячей Вселенной получила экспериментальное подтверждение после открытия в 1965 г. реликтового излучения — микроволнового фонового излучения с температурой около 3 К. Косвенным подтверждением этой модели служит также наблюдаемое оби-яие гелия, превышающее повсеместно 22% по массе, а также обнаруженное в межзвездном газе неожиданно высокое содержание дейтерия, происхождение которого можно объяснить лишь ядерными реакциями синтеза легких элементов в горячей Вселенной. Зная современную температуру реликтового излучения, можно провести экстраполяцию в прошлое, используя хорошо известные и проверенные законы механики, термодинамики, статистической, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц и др.1

Возможность установить процессы, происходившие в первые секунды и минуты существования Вселенной, безусловно, следует рассматривать как блестящее достижение современного естествознания. Моделирование первой секунды существования Вселенной приближает нас к главной загадке природы — самому акту «сотворения мира»! Первые секунды Вселенной — это время таинственных состояний вещества и неведомых сил природы. Конечно, здесь следует быть осторожным. Наши представления об этом отрезке времени основаны во многом на гипотезах и гипотетических экстраполяциях, теоретическом моделировании, во многом спорных и умозрительных.

Экстремальные условия первых секунд жизни Вселенной сегодня можно изучать экспериментально. На современных ускорителях элементарных частиц удается воспроизводить физические условия, существовавшие в то время, когда возраст Вселенной составлял 1(Г* с, когда температура достигала 1012 К, а вся наблюдаемая сегодня Вселенная была «сжата» до размеров Солнечной системы.

Фундаментальным открытием самых последних лет, конца XX в., является обнаружение пространственной анизотропии реликтового излучения, фона Вселенной. Это расширяет возможности релятивистской космологии, делает несущественным влияние различных мешающих познанию начальных этапов Вселенной факторов - рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах, на холодном молекулярном газе, поглощение пылью и др.

Возможна только теоретическая экстраполяция известных нам физических законов. В целом она не вызывает сомнений вплоть до того момента, когда начинают проявляться квантовые свойства гравитации.

Вблизи сингулярности решения релятивистских уравнений неприменимы, поскольку там должны проявляться квантовые свойства гравитации, а свойства вещества в этом состоянии неизвестны. Существующие теории вещества и тяготения применимы к состояниям материи, плотность и температура которой меньше планковских: р = 1093 г/см3; Г= 1032 К. Планковской плотности и температуре соответствует возраст Вселенной т^Ю"'13 с и расстояние г я Ю"33 см. В планковскую эпоху физические условия были таковы, что для их описания требуется еще несозданная квантовая теория тяготения, и поэтому для описания самых ранних моментов рождения Вселенной « пользуются гипотетическими, умозрительными моделями.

Фундаментальные взаимодействия в природе и их особенности

Второй закон Ньютона дает нам простой рецепт вычисления ускорения тел, а значит - вычисления всех характеристик их движения на основе анализа сил, действующих на эти тела. Таким образом, этот закон предполагает, что силы обладают некоторыми независимыми свойствами, которые еще предстоит выяснить.

Одно из важнейших свойств силы - ее материальное происхождение. Говоря о силе, мы всегда неявно предполагаем, что когда нет физических тел, то сила равна нулю. Если мы видим, что сила не равна нулю, мы ищем по соседству ее источник. Можно сделать вывод: на тело действует столько сил, сколько других тел находится по соседству. При этом ускорение рассматриваемого тела будет определяться результирующей силой, равной геометрической сумме (ведь сила - это вектор!) всех сил, действующих на тело.

В этих утверждениях есть нечто новое: мы поняли, что анализ силы вообще, действующей на тело, может быть сведен к анализу более простых сил, действующих между рассматриваемым телом и другим каким-то телом из его окружения.

Примером такой простой силы является сила тяготения. Формулируя свой закон тяготения Ньютон отвечал на вопрос: что такое сила и как ее вычислить? Если бы ничего, кроме тяготения, не существовало, то сочетание закона тяготения и второго закона Ньютона оказалось бы завершенной теорией.