Файл: cosmint.pdf

INFORMACIQ, KOTORU@ ONI NESLI, W ZNA^ITELXNOJ MERE ZAMYWALASX. |TIM WZAIMODEJSTWIEM OPREDELQETSQ TOT FIZI^ESKIJ GORIZONT, O KOTOROM UPOMINALOSX W SWQZI S GEOMETRI^ESKIM GORIZONTOM. wSE VE NEKOTORYE SWEDENIQ O wSELENNOJ DO \POHI REKOMBINACII MOGUT BYTX POLU^ENY IZ DANNYH O PERWI^NOM NUKLEOSINTEZE, IZ FLUKTUACIJ ri, IZ RELIKTOWYH NEJ- TRINO I GRAWITACIONNYH WOLN. pERWYJ ISTO^NIK UVE DAL TAKIE SWEDENIQ (SM. NIVE), KO WTOROMU NAUKA BYSTRO PRIBLIVAETSQ, NA DWA POSLEDNIH ASSIGNU@TSQ ZNA^ITELXNYE SUMMY I WOZLAGA@TSQ BOLX[IE NADEVDY.

tOGDA VE NA^INA@T OBRAZOWYWATXSQ ATOMY WODORODA. nEZADOLGO DO \TOGO RAZWIWA@TSQ NEODNORODNOSTI, PRIWODQ]IE W DALXNEJ[EM K OBRAZOWANI@ GALAKTIK I IH SKOPLENIJ.

mNOGIE WOPROSY \TOJ TEORII RAZRABOTANY E]E NEDOSTATO^NO. nO RQD NEDOSTATKOW UDA- LOSX PREODOLETX W RAMKAH TEORII INFLQCII.

6. iNFLQCIQ. oDNIM IZ NEDOSTATKOW TEORII BYLO SLEDU@]EE OBSTOQTELXSTWO. ri, KAK POKAZYWA@T NABL@DENIQ, ISKL@^ITELXNO ODNORODNO, WO WSEH NAPRAWLENIQH TEMPERATURA EGO ODINAKOWA. pRI \TOM TEMPERATURA ri W RAZNYE \POHI BYLA RAZNOJ, NO ODNORODNOSTX SOHRANQLASX WSEGDA, TAK KAK NI^TO NE MOGLO EE SOZDATX. kAKOJ-TO PROCESS DOLVEN BYL IZNA^ALXNO WYRAWNQTX SWOJSTWA RAZLI^NYH OB_EMOW.

oBLASTI ODNORODNOSTI STOLX WELIKI, ^TO OTDELXNYE IH ^ASTI PRI^INNO NE SWQZANY, T. E. ONI NIKOGDA NE OBMENIWALISX \NERGIEJ, IMPULXSOM I WOOB]E INFORMACIEJ. dEJSTWI-

dRUGOE NEPONQTNOE OBSTOQTELXSTWO | BLIZOSTX SREDNEJ PLOTNOSTI K KRITI^ESKOJ PRAK- TI^ESKI WO WSE WREMQ RAS[IRENIQ. dAVE SOWREMENNOE ZNA^ENIE 0 NE O^ENX OTLI^AETSQ OT

1.

tRETXE OBSTOQTELXSTWO | NEQSNOSTX PRI^INY POQWLENIQ MALYH WOZMU]ENIJ, PRIWO- DQ]IH WPOSLEDSTWII K OBRAZOWANI@ GALAKTIK.

w NA^ALE 80-H GODOW BYLA SOZDANA TEORIQ INFLQCII, USTRANQ@]AQ TRI UKAZANNYH NEDO- STATKA. oNA UTWERVDAET, ^TO W SAMOM NA^ALE RAS[IRENIQ RE[A@]U@ ROLX IGRAL WAKUUM. pRI \TOM RAS[IRENIE PROISHODILO TAK, KAK \TO OPISYWAETSQ KOSMOLOGI^ESKIM SLAGAEMYM,

T. E. URAWNENIEM (50). eGO RE[ENIE | \KSPONENCIALXNOE: R = R exp(q =3ct). tAK KAK PRI

\TOM H = R=R_ = q =3c, TO ZAKON RAZDUWANIQ MOVNO ZAPISATX I TAK: R = R exp(Ht). w TO WREMQ KAK RAZMERY wSELENNOJ BYSTRO UWELI^IWALISX OT \PLANKOWSKIH" DO \HABBLOWSKIH", PLOTNOSTX (WAKUUMA) PRI INFLQCII OSTAWALASX PRAKTI^ESKI NEIZMENNOJ. pERWONA^ALXNAQ ODNORODNOSTX SOZDAWALASX IMENNO NA PLANKOWSKOM MAS[TABE.

sOGLASNO FORMULE (48) PRI INFLQCII = 8 G Pl=c2 I, SLEDOWATELXNO, ZNA^ENIE

H = q =3c = q8 G Pl=3. tAKOE ZNA^ENIE TO^NO SOOTWETSTWUET OPREDELENI@ KRITI^ESKOJ PLOTNOSTI, ^TO OB_QSNQET BLIZOSTX SREDNEJ PLOTNOSTI K KRITI^ESKOJ I WPOSLEDSTWII.

pO ODNOMU IZ WARIANTOW TEORII INFLQCII PLOTNOSTX WAKUUMOPODOBNOGO SOSTOQNIQ BLIZKA K PLANKOWSKOJ Pl = 5 1091 G/SM3. eJ OTWE^AET ZNA^ENIE H = 1=(2tPl) = 1043 1/S. pO DRUGIM WARIANTAM ZNA^ENIE H ZAKL@^ENO MEVDU 1036 1/S I 1044 1/S.

kOSMOLOGI^ESKOE SLAGAEMOE, KAK OTME^ALOSX WY[E, SOOTWETSTWUET SOOTNO[ENI@ MEVDU DAWLENIEM I PLOTNOSTX@ \NERGII WIDA (48): P = c2. oTRICATELXNOE DAWLENIE PRIWODIT K BYSTROMU ROSTU RADIUSA KRIWIZNY.

43

w KONCE INFLQCIONNOGO PERIODA WAKUUM RASPADAETSQ, I EGO \NERGIQ PEREHODIT K WE- ]ESTWU, KOTOROE TEM SAMYM PRIOBRETAET O^ENX WYSOKU@ TEMPERATURU. pRI RAZDUWANII PLOTNOSTX WAKUUMA UBYWAET PROPORCIONALXNO 1=R4 I PRI EGO RASPADE PEREHODIT W PLOT- NOSTX MATERII.

rASPAD WAKUUMA QWLQETSQ KWANTOWYM PROCESSOM, I WOZNIKNOWENIE NEODNORODNOSTEJ PLOTNOSTI OB_QSNQETSQ OBY^NYMI KWANTOWYMI FLUKTUACIQMI.

oKAZYWAETSQ, ^TO INFLQCIONNAQ TEORIQ OBLEG^AET I DRUGIE PROBLEMY. nAPRIMER, W NEJ POKAZYWAETSQ, ^TO ^ISLO MONOPOLEJ NE MOVET BYTX WELIKO. nAKONEC, OTRICATELXNOE DAWLENIE WOOB]E OB_QSNQET PRI^INU NA^ALA RAS[IRENIQ.

x 7. pERWI^NYJ NUKLEOSINTEZ I OBRAZOWANIE GALAKTIK

1. oBRAZOWANIE HIMI^ESKIH \LEMENTOW. hIMI^ESKIE \LEMENTY S PORQDKOWYMI NOME- RAMI, BOLX[IMI 2, OBRAZU@TSQ, W OSNOWNOM, W ZWEZDAH W HODE QDERNYH REAKCIJ. pROCESS VE OBRAZOWANIQ SAMYH RASPROSTRANENNYH W PRIRODE \LEMENTOW | WODORODA I GELIQ | NA^INAETSQ DO SOZDANIQ ZWEZD.

pOSLE ANNIGILQCII PROTONOW I ANTIPROTONOW WE]ESTWO STANOWITSQ OBY^NYM PO AS- SORTIMENTU ^ASTIC. oDNAKO SOSTOQNIE EGO E]E O^ENX SPECIFI^NO. nE TOLXKO NEJTRALXNYE ATOMY, NO DAVE QDRA PRI TEMPERATURAH, PREWY[A@]IH DESQTX MILLIARDOW KELXWINOW, NE MOGUT SU]ESTWOWATX, ONI RAZBIWA@TSQ OKRUVA@]IMI ^ASTICAMI. oSNOWNYMI ^ASTICAMI W TAKOM WE]ESTWE QWLQ@TSQ \LEKTRONY, PROTONY, NEJTRONY, FOTONY, NEJTRINO I ANTINEJ- TRINO.

rAWNOWESIE MEVDU PROTONAMI I NEJTRONAMI USTANAWLIWAETSQ ZA S^ET REAKCIJ SLABOGO WZAIMODEJSTWIQ

MASS NEJTRONA I PROTONA. pO MERE RAS[IRENIQ I OHLAVDENIQ wSELENNOJ AKTIWNOSTX RE- AKCIJ (109) PADAET, RAWNOWESIE NARU[AETSQ, I OTNO[ENIE n=p STABILIZIRUETSQ, NEMNOGO UMENX[IW[ISX ZA S^ET RASPADA NEJTRONOW. dOLQ NEJTRONOW OSTAETSQ NA UROWNE 0.15.

pRI UMENX[ENII TEMPERATURY NIVE DESQTI MILLIARDOW KELXWINOW (E < 0:8 m\w) NA^INA@T OBRAZOWYWATXSQ PROSTEJ[IE QDRA. w DALXNEJ[EM WSE NEJTRONY SOEDINQ@TSQ S PROTONAMI. w REZULXTATE OBRAZU@TSQ QDRA 4He, NEBOLX[IE DOLI 3He, DEJTERIQ I LITIQ. nE- KOTORYE BOLEE SLOVNYE QDRA TAKVE OBRAZU@TSQ, NO W KOLI^ESTWAH, MENX[IH NA NESKOLXKO PORQDKOW. |TI PROCESSY ZAKAN^IWA@TSQ ^EREZ 300 S POSLE NA^ALA RAS[IRENIQ. pOSLE \TOGO TEMPERATURA UVE NEDOSTATO^NA DLQ PROTEKANIQ QDERNYH REAKCIJ.

tAK KAK PO^TI WSE NEJTRONY POPALI W QDRA IZOTOPA GELIQ 4He, PRI^EM KAVDYJ NEJTRON TAM SOEDINILSQ S PROTONOM, TO NA GELIJ PO[LA DOLQ 2 0:15 = 0:3 OT WSEGO OSTALXNOGO WE]ESTWA. tO^NEE GOWORQ, \TA DOLQ ZAKL@^ENA MEVDU 0.26 I 0.32. oSTALXNOE, W OSNOWNOM, PROTONY I NEBOLX[AQ DOBAWKA DEJTERIQ.

44

wPOSLEDSTWII DEJTERIJ IDET NA OBRAZOWANIE GELIQ, TAK ^TO OSTAETSQ EGO O^ENX MALO. kOLI^ESTWO OSTAW[EGOSQ DEJTERIQ ZAWISIT OT PLOTNOSTI I, SLEDOWATELXNO, VESTKO SWQZANO S PLOTNOSTX@ W SOWREMENNU@ \POHU.

oPISANIE HODA PERWI^NOGO NUKLEOSINTEZA SILXNO ZAWISIT OT SKOROSTEJ QDERNYH REAK- CIJ PRI WYSOKIH TEMPERATURAH. |TI SKOROSTI WSE WREMQ UTO^NQ@TSQ, TAK ^TO PERWI^NYE SODERVANIQ \LEMENTOW PRIHODITSQ PERES^ITYWATX. nABL@DENIQ SOWREMENNOGO SODERVANIQ GELIQ I DEJTERIQ TAKVE O^ENX SLOVNY. nEOBHODIMO UMETX OTDELITX PERWONA^ALXNYE \LE- MENTY OT OBRAZOWAW[IHSQ W ZWEZDAH POZDNEE. w STARYH ZWEZDAH NA[EJ gALAKTIKI SODER- VANIE 4He O^ENX BLIZKO K 0.3. dEJTERIJ SOSTAWLQET DOL@ 10 5 OT WODORODA, ^EM OTWERGA- @TSQ MNOGIE MODELI wSELENNOJ I PODTWERVDAETSQ EE STANDARTNAQ MODELX. oPREDELENNYE IZ NABL@DENIJ SODERVANIQ 7Li I 3He TAKVE NAHODQTSQ W HORO[EM SOGLASII SO STANDARTNOJ MODELX@ I SLUVAT EE PODTWERVDENIEM.

nA RIS. 7, POSTROENNOM PO DANNYM STATXI [10], PREDSTAWLENY OTNOSITELXNYE (PO OTNO- [ENI@ K WODORODU) SODERVANIQ PERWI^NYH GELIQ 4He/H, DEJTERIQ WMESTE S BOLEE LEGKIM IZOTOPOM GELIQ (D+3He)/H I LITIQ 7Li/H, RASS^ITANNYE W ZAWISIMOSTI OT SOWREMENNYH ZNA^ENIJ PLOTNOSTI WE]ESTWA I OTNO[ENIQ ^ISEL NUKLONOW I FOTONOW, UMNOVENNOGO NA 1010, 10 (TO^NEE, OT lg 10). wSE WELI^INY DANY S UKAZANIEM DOWERITELXNYH INTERWALOW W DWA STANDARTNYH OTKLONENIQ. dWE WERTIKALXNYE PRQMYE POKAZYWA@T GRANICY DOPUSTI- MYH ZNA^ENIJ ARGUMENTA 10 , SOGLASU@]IHSQ S DANNYMI NABL@DENIJ. rEZULXTATY STATXI [10] WOSPROIZWEDENY I UTO^NENY W OBZORE [11].

pOSLE SINTEZA GELIQ RAS[IRENIE PROHODIT PO^TI BEZ IZMENENIJ SOSTAWA WE]ESTWA. tAK PRODOLVAETSQ MILLION LET, POKA TEMPERATURA NE UPADET DO ZNA^ENIQ 4000 k. k TOMU WRE- MENI PROTONY ZAHWATYWA@T \LEKTRONY I OBRAZU@TSQ ATOMY. oSNOWNOJ \LEMENT wSELENNOJ | WODOROD | STANOWITSQ NEJTRALXNYM (WPOSLEDSTWII MEVGALAKTI^ESKIJ GAZ IONIZUETSQ OBRAZU@]IMISQ ZWEZDAMI, GALAKTIKAMI I KWAZARAMI). tOGDA, WO-PERWYH, WOZNIKAET WOZ- MOVNOSTX OBRAZOWANIQ STRUKTUR wSELENNOJ, A WO-WTORYH, WOZMOVNOSTX DLQ NAS IZU^ATX PROTEKAW[IE PROCESSY ^EREZ NABL@DENIQ SWE^ENIQ OB_EKTOW, RASPOLOVENNYH BLIVE FIZI- ^ESKOGO GORIZONTA, TAK KAK IZLU^ENIE IMENNO S \TOGO MESTA PERESTAET WZAIMODEJSTWOWATX

SWE]ESTWOM.

2.oBRAZOWANIE STRUKTUR wSELENNOJ. oB]EPRINQTOJ TEORII OBRAZOWANIQ GALAKTIK I SKOPLENIJ GALAKTIK POKA NE SOZDANO. iMEETSQ NESKOLXKO WARIANTOW, RAZLI^A@]IHSQ KAK PREDPOLOVENIQMI, TAK I WYWODAMI.

oDNORODNOE W SREDNEM WE]ESTWO NEPREMENNO IMEET NEKOTORYE FLUKTUACII W PLOTNOSTI ILI DRUGIH HARAKTERISTIKAH. |TI NEODNORODNOSTI SOZDA@TSQ WOZMU]ENIQMI. wOZMU]ENIQ OTNOSITELXNO MALY WPLOTX DO \POHI REKOMBINACII. pOSLE WOZNIKNOWENIQ NEJTRALXNYH ATOMOW ONI STANOWQTSQ ZAMETNYMI I POROVDA@T NEODNORODNOSTI, PRIWODQ]IE K OBRAZOWA- NI@ KRUPNOMAS[TABNYH STRUKTUR, T. E. GALAKTIK I IH SKOPLENIJ, A TAKVE, PO-WIDIMOMU, NEKOTORYH ZWEZD I MEVGALAKTI^ESKIH OBLAKOW GAZA.

rASSMATRIWA@TSQ RAZLI^NYE TIPY PERWONA^ALXNYH WOZMU]ENIJ. oNI DELQTSQ NA WOZ- MU]ENIQ W GRAWITACIONNOM POTENCIALE, ADIABATI^ESKIE, WIHREWYE I \NTROPIJNYE WOZ- MU]ENIQ. pROSTEJ[IJ TIP WOZMU]ENIJ | ADIABATI^ESKOE WOZRASTANIE PLOTNOSTI WSEH SOSTAWLQ@]IH PLAZMY. sOGLASNO TEORII dVINSA, ESLI MASSA WOZMU]ENNOJ OBLASTI PREWOS- HODIT NEKOTORU@ KRITI^ESKU@ MASSU, TO PLOTNOSTX BUDET PRODOLVATX WOZRASTATX. rAZMER KRITI^ESKOJ OBLASTI ZAWISIT OT HODA RAS[IRENIQ wSELENNOJ. eSLI MASSA MENX[E KRITI- ^ESKOJ, WOZNIKA@T KOLEBATELXNYE DWIVENIQ. tEORIQ dVINSA OBOB]ENA NA SLU^AJ ZAWISI-

45

rIS. 7. sODERVANIQ PERWI^NYH GELIQ, DEJTERIQ I LITIQ W ZAWISIMOSTI OT ZNA^ENIQ 10 .

46

MOSTI OT WREMENI KAK RAZMERA WOZMU]ENIJ, TAK I KRITI^ESKOJ MASSY, A TAKVE PLOTNOSTI. u^TENY I DISSIPATIWNYE PROCESSY, PRIWODQ]IE K POTERQM \NERGII. |NTROPIJNYE WOZMU- ]ENIQ | \TO WOZMU]ENIQ W OTNOSITELXNYH KONCENTRACIQH ^ASTIC WE]ESTWA I FOTONOW, KOTORYE MOGUT OSU]ESTWLQTXSQ BEZ WOZMU]ENIJ PLOTNOSTI. pRI TAKIH WOZMU]ENIQH FLUK- TUIRUET \NTROPIQ. wIHREWYE WOZMU]ENIQ ZAKL@^A@TSQ W NERAWNOMERNOM OTNOSITELXNOM WRA]ENII Q^EEK WE]ESTWA WOKRUG NEKOTORYH OSEJ.

wOZMU]ENIQ MOGUT RASTI I PRIWODITX K OBRAZOWANI@ KRUPNOMAS[TABNYH STRUKTUR, IZ KOTORYH W PRINCIPE MOGUT OBRAZOWATXSQ GALAKTIKI I IH SKOPLENIQ. oBRAZOWANIE KRUP- NOMAS[TABNYH STRUKTUR PRIWODIT K WYDELENI@ \NERGII.

wSE RASSMATRIWAW[IESQ WOZMU]ENIQ DOLVNY OTRAVATXSQ NA RELIKTOWOM IZLU^ENII, KOTOROE NESMOTRQ NA PRO[LOE WZAIMODEJSTWIE S WE]ESTWOM (RASSEQNIE) I POSLEDU@]EE DOLGOE NEZAWISIMOE RASPROSTRANENIE SOHRANQET SLEDY WOZDEJSTWIQ WOZMU]ENIJ. kAK SLED- STWIE NA ri DOLVNY NABL@DATXSQ NEODNORODNOSTI. |TI NEODNORODNOSTI MOGUT BYTX W EGO SPEKTRE ILI W NEBOLX[IH WARIACIQH INTENSIWNOSTI W RAZLI^NYH NAPRAWLENIQH. nEODNO- RODNOSTI W SPEKTRE NABL@DATX GORAZDO TRUDNEE, TAK KAK DLQ \TOGO TREBUETSQ KOOPERACIQ RAZLI^NYH GRUPP RADIOASTRONOMOW S PRIBORAMI, NASTROENNYMI NA RAZNYE ^ASTOTY. nA- BL@DATX FLUKTUACII W NAPRAWLENIQH, T. E. ANIZOTROPI@ ri, MOVNO NA ODNOM RADIOTELE- SKOPE.

aNIZOTROPI@ ri RAZDELQ@T NA TRI TIPA:

1)MIKROMAS[TABNU@ W PREDELAH UGLOW < 10 (MINUTY DUGI);

2)SREDN@@ | W PREDELAH OT 10 DO 1Æ;

3)KRUPNOMAS[TABNU@ | OT 1Æ DO DESQTKOW GRADUSOW.

dOLGOE WREMQ OBNARUVENIE UKAZANNYH NEODNORODNOSTEJ BYLO NEDOSTUPNO IZ-ZA NEDO- STATO^NOJ TO^NOSTI NABL@DENIJ. pERWONA^ALXNYE TEORETI^ESKIE OCENKI WELI^INY PRO- STRANSTWENNYH NEODNORODNOSTEJ ri BYLI ZAWY[ENY, NO S 1970 GODA \TI NEODNORODNOSTI OCENIWA@TSQ WELI^INOJ 2 10 5. pERWYE IH REGISTRACII BYLI OSU]ESTWLENY W 1992 G. oNI OKAZALISX NA UROWNE 10 5 5 10 6. sEJ^AS IMEETSQ CELYJ RQD PODOBNYH NABL@DENIJ, ODNAKO SDELATX WYBOR W POLXZU TOJ ILI DRUGOJ MODELI POKA NE UDAETSQ.

oBSUVDA@TSQ WOZMOVNOSTI IZMERENIQ POLQRIZACII ri, KOTORAQ WOZNIKAET PRI TOM- SONOWSKOM RASSEQNII EGO NA \LEKTRONAH PERED OKON^ANIEM \POHI REKOMBINACII. sTEPENX POLQRIZACII OVIDAETSQ NA UROWNE 10% OT FLUKTUACIJ, T. E. 10 6 OT INTENSIWNOSTI ri. w ORIENTACII PLOSKOSTEJ POLQRIZACII ri DOLVNY OTRAZITXSQ DWIVENIQ PERWI^NYH STRUK- TUR wSELENNOJ.

pREDSKAZANY NEODNORODNOSTI W SPEKTRE ri, WOZNIKA@]IE I W BOLEE POZDN@@ \POHU, KOGDA PROISHODILI REKOMBINACII I ASSOCIACII UVE OBRAZOWAW[IHSQ ATOMOW I IONOW. |TI NEODNORODNOSTI DOWOLXNO KRITI^NY K TEORII | IH OTSUTSTWIE POSTAWIT O^ENX VESTKIE WOPROSY PERED NEJ. oDNAKO ONI E]E BOLEE MALY (PORQDKA NESKOLXKIH EDINIC NA 10 7), I IH OBNARUVENIE | DELO BUDU]EGO. pO DOROGE K NABL@DATEL@ POSLE \POHI REKOMBINACII ri MOVET ISPYTATX WLIQNIE IZMENENIQ GRAWITACIONNOGO POTENCIALA W SKOPLENIQH GALAKTIK, A TAKVE RASSEQNIE NA GORQ^EM GAZE \TIH SKOPLENIJ.

pROISHODQ]IJ NA NA[IH GLAZAH BURNYJ TEHNOLOGI^ESKIJ PROGRESS POZWOLQET NADE- QTXSQ, ^TO KORENNYE WOPROSY KOSMOLOGII, PO KRAJNEJ MERE NEKOTORYE, RAZRE[ATSQ W NE SLI[KOM OTDALENNOM BUDU]EM.

w KA^ESTWE ILL@STRACII TOGO, KAK RASS^ITYWA@TSQ WOZMU]ENIQ, RASSMOTRIM SNA^ALA GLOBALXNU@, A ZATEM LOKALXNU@ SFERI^ESKU@ MODELX [12].

47