Хронология Вселенной
-
Хронология Вселенной
- Вселенная возникла 13,8 миллиарда лет назад с неопределенностью около 21 миллиона лет.
- Вселенная прошла пять этапов: ранняя вселенная, рекомбинация, темные века, формирование крупномасштабных структур и современная Вселенная.
-
Ранняя вселенная
- Включает планковскую эпоху, возникновение фундаментальных взаимодействий и ускоренное расширение.
- Образуются субатомные частицы, нейтрино и первичные черные дыры.
- Начинается нуклеосинтез, образуются сложные субатомные частицы и первые молекулы.
- Вселенная становится прозрачной, высвобождая фотоны, которые образуют космический микроволновый фон.
-
Темные века и формирование крупномасштабных структур
- Вселенная становится прозрачной, но звезды и галактики не образуются.
- Формируются первые крупные структуры, притягиваемые темной материей.
- Начинается реионизация, Вселенная постепенно превращается в современную.
-
Современная Вселенная
- Вселенная выглядит примерно так же, как сегодня, и будет выглядеть так же в будущем.
- Солнечная система сформировалась около 9,2 миллиарда лет назад, первые следы жизни на Земле появились около 10,3 миллиарда лет назад.
- Расширение Вселенной ускоряется из-за темной энергии.
-
Будущее и окончательная судьба
- Звездная эра закончится, звезды больше не будут рождаться.
- Существуют различные сценарии далекого будущего и окончательной судьбы Вселенной.
-
Стандартная космологическая модель
- Объясняет развитие Вселенной после Большого взрыва
- Сингулярность из метрики FLRW указывает на неадекватность современных теорий
- Правильная теория квантовой гравитации пока не разработана
-
Ранняя Вселенная
- В самые ранние моменты условия были экстремальными
- Теории вечной инфляции предполагают, что инфляция длится вечно
- Инфляционный период знаменует быстрое изменение масштаба
-
Эпоха Планка
- Температура и энергии были настолько высоки, что субатомные частицы не образовывались
- Четыре фундаментальные силы составляли единую силу
- Традиционная космология предсказывает гравитационную сингулярность
-
Эпоха великого объединения
- Вселенная охлаждалась, силы отделялись друг от друга
- Фазовые переходы вызваны нарушением симметрии
- Эпоха великого объединения началась с отделения гравитации от универсальной калибровочной силы
-
Электрослабая эпоха
- Началась после инфляционной эпохи или до неё
- Температура Вселенной была достаточно низкой для разделения электросильного взаимодействия
- Точная точка нарушения электросильной симметрии неизвестна
-
Эпоха инфляции и стремительное расширение космоса
- Объем Вселенной увеличился в 1078 раз
- Инфляция объясняется разделением сильного и электрослабого взаимодействий
- Инфляционное поле породило силу отталкивания, приведшую к быстрому расширению
- Инфляция объясняет однородность Вселенной
-
После инфляции
- Вселенная продолжила расширяться, но медленнее
- Около 4 миллиардов лет назад расширение ускорилось из-за темной энергии
- Сегодня Вселенная продолжает расширяться
-
Обнаружение инфляционных гравитационных волн
- В 2014 году астрофизики из BICEP2 обнаружили инфляционные гравитационные волны.
- В 2015 году анализ данных показал, что статистическая значимость данных слишком мала для интерпретации как обнаружение первичных B-мод.
-
Нарушение суперсимметрии
- Суперсимметрия должна нарушаться при энергии не ниже 1 ТэВ.
- Это объясняет, почему не наблюдалось суперпартнеров известных частиц.
-
Ранняя Вселенная
- После космической инфляции Вселенная заполнилась горячей кварк-глюонной плазмой.
- Физика ранней Вселенной стала лучше понята благодаря экспериментам по физике элементарных частиц.
-
Электрослабая эпоха и ранняя термализация
- Частицы подверглись термализации при температуре около 1015 К.
- Электромагнитное и слабое взаимодействие еще не разделились.
- Нарушение электрослабой симметрии произошло при температуре около 159,5±1,5 ГэВ.
-
Эпоха кварков
- Кварковая эпоха началась через 10-12 секунд после Большого взрыва.
- Вселенная была заполнена кварк-глюонной плазмой, содержащей кварки, лептоны и их античастицы.
- Кварковая эпоха закончилась, когда средняя энергия взаимодействия частиц упала ниже массы пиона.
-
Бариогенез
- Барионы, такие как протоны и нейтроны, образовались в неравных количествах.
- Современная физика элементарных частиц предполагает асимметрию, но она слишком мала для объяснения наблюдаемой асимметрии.
-
Адронная эпоха
- Кварк-глюонная плазма охладилась до образования адронов.
- Первоначально материя и антивещество находились в тепловом равновесии, но затем адроны аннигилировали.
- Адронная эпоха закончилась через 1 секунду космического времени.
-
Нейтринная развязка и космический нейтринный фон
- Нейтрино отделились через 1 секунду после Большого взрыва и начали свободно перемещаться.
- Космический нейтринный фон (CvB) существует, но его трудно обнаружить.
- CvB оставил след в реликтовом излучении, что подтверждено наблюдениями.
-
Возможное образование первичных черных дыр
- Первичные черные дыры могли образоваться в эпоху доминирования излучения.
-
Образование черных дыр
- Случайные флуктуации могут привести к образованию черных дыр.
- Современные теории ограничивают количество и массу черных дыр.
- Для образования первичной черной дыры требуется контрасты плотности около 0.1.
-
Лептонная эпоха
- Большинство адронов и антиадронов аннигилируют, оставляя лептоны и антилептоны.
- Лептоны и антилептоны быстро аннигилируют, порождая фотоны.
-
Фотонная эпоха
- После аннигиляции лептонов, большая часть массы-энергии остается в виде фотонов.
- Фотоны продолжают взаимодействовать с заряженными частицами.
-
Нуклеосинтез легких элементов
- Через 2-20 минут после Большого взрыва происходит ядерный синтез.
- Образуются ядра водорода, дейтерия, гелия-3, гелия-4 и лития-7.
- Количество каждого элемента можно оценить по старым галактикам.
-
Господство материи
- Через 47 000 лет материя начинает преобладать над излучением.
- Темная материя ускоряет формирование структуры во Вселенной.
-
Рекомбинация, разделение фотонов и CMB
- Через 370 000 лет происходит рекомбинация и разделение фотонов.
- Вселенная становится прозрачной, образуются первые нейтральные атомы.
- Разделение фотонов высвобождает энергию, образуя космический микроволновый фон.
-
Рекомбинация и разделение
- Фотоны могут свободно перемещаться на большие расстояния после рекомбинации.
- Вселенная стала прозрачной для видимого света и радиоволн.
- Фотоны имели температуру около 4000 К, что было заметно как бледно-желто-оранжевый оттенок.
-
Темные века
- После рекомбинации Вселенная остыла до 60 К.
- Существовали только два источника фотонов: рекомбинация и спиновая линия нейтрального водорода.
- Темные века длились около 370 000 лет.
-
Формирование структур
- Звезды и галактики начали формироваться через 150 миллионов лет.
- Ранние галактики появились через 180-700 миллионов лет.
- Темные века закончились через 1 миллиард лет.
-
Древнейшие наблюдения
- Самые старые наблюдения звезд и галактик сделаны после реионизации.
- Космический телескоп Джеймса Уэбба может обнаруживать объекты до z≈20.
- Наблюдения спиновой линии длиной 21 см также важны для изучения ранней Вселенной.
-
Формирование звезд и галактик
- Материя во Вселенной состоит из темной и обычной материи.
- Темная материя собирается в нити, а обычная материя коллапсирует в облака водорода.
- Из облаков формируются звезды и галактики.
-
Реионизация
- Интенсивное излучение звезд и галактик повторно ионизирует Вселенную.
- Реионизация свидетельствует о наличии элементов, таких как углерод и магний.
-
Квазары и ионизация водорода
- Квазары — самые яркие объекты во Вселенной.
- Ионизированный водород не имеет энергетических уровней электронов, что приводит к разным линиям поглощения.
- Ионизированный водород в межгалактической среде рассеивает свет, но Вселенная остается прозрачной.
-
Реионизация Вселенной
- Реионизация началась с появления «пузырьков» ионизированного водорода.
- Реионизация завершилась к z = 9 или 10, нейтральный водород стал полностью ионизированным к z = 5 или 6.
- Основные источники энергии для реионизации: квазары, звезды и галактики первого поколения.
-
Галактики и скопления
- Материя продолжает стягиваться, образуя галактики.
- Звезды популяции II формируются на ранней стадии, звезды популяции I — позже.
- Галактики сливаются в группы, скопления и сверхскопления.
-
Эпоха господства темной энергии
- За 9,8 миллиарда лет Вселенная начала ускоряться из-за темной энергии.
- Темная энергия составляет около 68,3% массы-энергии Вселенной.
- Темная энергия действует подобно космологической постоянной, ускоряя расширение Вселенной.
-
Будущее Вселенной
- В отдаленном будущем Вселенная может охладиться и распасться на субатомные частицы.
- Квантовые поля могут перейти к более стабильной форме, заменив известные силы и частицы.
- Возможны непредсказуемые изменения состояния Вселенной в экстремальных временных масштабах.
-
Масштаб времени и квантовые явления
- В масштабе времени в миллионы триллионов лет черные дыры испаряются почти мгновенно.
- Необычные явления квантового туннелирования могут казаться обычным явлением.
- Квантовые явления, маловероятные, могут происходить много раз.
-
Возраст Вселенной и космический календарь
- Возраст Вселенной измеряется с точностью до одного года.
- Космический календарь визуализирует хронологию Вселенной.
-
Циклическая модель и эра доминирования темной энергии
- Циклическая модель включает неопределенные, самоподдерживающиеся циклы.
- Эра доминирования темной энергии описывает параметр расширения Вселенной.
-
Вечный разум Дайсона и энтропия
- Вечный разум Дайсона — гипотетическая концепция в астрофизике.
- Энтропия используется для различения прошлого и будущего.
-
Графические временные шкалы
- Графическая временная шкала от Большого взрыва до тепловой смерти показывает прошлое, настоящее и будущее Вселенной.
- Графическая хронология Большого взрыва и Звездной эры визуализирует события, с которых началась Вселенная.
-
Проект Illustris и другие эпохи
- Проект Illustris моделирует Вселенные на компьютере.
- Эпоха господства материи и излучения описывает параметры расширения Вселенной.
-
Временная шкала ранней Вселенной и хронология далекого будущего
- Временная шкала ранней Вселенной показывает события до Большого взрыва.
- Хронология далекого будущего включает научные прогнозы относительно будущего.
-
Конечная судьба Вселенной
- Теории о конце Вселенной включают различные гипотезы.
-
Записи, рекомендации и библиография
- Записи, рекомендации и библиография доступны для дальнейшего изучения.
- Внешние ссылки включают дополнительные ресурсы.