velzevul (dubva1) wrote,
velzevul
dubva1

4-ое состояние вещества

Большая часть материи во Вселенной находится в «четвертом состоянии вещества». Но так было не всегда





Основное
прибежище плазмы на нашей планетке – ионосфера. За ее пределами плазма
порождается в процессе неких природных процессов (к примеру, грозовых
разрядов), также во время работы научных и бытовых устройств и технологических
установок (к примеру, дуговых сварочных аппаратов). Ионы имеются даже в пламени
обыкновенной спички, но их концентрация составляет жалкие толики процента, потому
о истинной плазме здесь не может быть и речи. Зато во Вселенной плазменное
состояние обыкновенной (не черной) материи никак не уникальность, а самая что ни на
есть норма. Космос – это реальный океан плазмы, она практически
всюду – от звездных недр и окружностей до фактически пустого
межзвездного места.

В
последние годы астрофизики и космологи пришли к единой точке зрения
относительно того, что происходило в нашей Вселенной, когда ее возраст
перевалил за одну микросекунду (более ранешние действия все еще служат предметом
обсуждений). В это время случилась так именуемая Величавая аннигиляция тогда еще
свободных кварковых частиц, которая убила все антикварки, но пощадила
появившийся ранее маленький излишек кварков (как и почему это вышло,
поведано в «ПМ» №3’2010). К тому времени, когда возраст мироздания
достигнул 10 микросекунд, кварки соединились в тройки (порождая барионы – протоны и
нейтроны) и пары (нестабильные мезоны, в главном пионы). На каждый барион
приходилось около млрд высокоэнергетичных фотонов, температура которых в
те времена составляла порядка 4 трлн градусов. На десятой микросекунде
Вселенная заполнилась сверхгорячей плазмой страшенной плотности (приблизительно 100
млн тонн на кубический сантиметр), состоящей в главном из высокоэнергетичных
лептонов – электронов и позитронов, порождаемых из-за высочайшей температуры
гамма-квантами. По сей причине эту фазу ранешней истории Вселенной именуют
лептонной эпохой (а предыдущую ей – кварковой). Размер наблюдаемой Вселенной
тогда был меньше сотки астрономических единиц, другими словами очень уступал размерам
современной Галлактики.


Лептонная
эпоха длилась до того времени, пока гамма-квантам хватало энергии для порождения
электронов ипозитронов. По мере расширения Вселенной температура
фотонного газа повсевременно понижалась и достигнула 10 миллиардов градусов, когда возраст
мироздания составлял приблизительно секунду. Образование пар (во все наименьшем и
наименьшем количестве) длилось за счет «горячего хвоста» фотонного диапазона,
но спустя несколько секунд, когда температура фотонов спустилась ниже 4
миллиардов градусов, оно стопроцентно закончилось. К моменту, когда Вселенной
исполнилось 10 секунд, лептонная эпоха уже ушла в прошедшее, оставив после себя
очень жаркую плазму плотностью 5 кг/см3, в большей степени состоящую из
фотонов. Началась новенькая галлактическая эпоха, когда плотность электрического
излучения превосходила плотность вещества. Эту эру так и именуют – радиационной.



В истории
мироздания очень принципиальна трехминутная отметка. На этой стадии в первый раз появилась
возможность формирования составных ядер – ядер дейтерия (протон плюс нейтрон).
Энергия связи такового ядра равна 2,2 МэВ, что соответствует температуре в
25 миллиардов градусов. Температура свалилась до этой величины, когда Вселенной было
всего четверть секунды. Можно поразмыслить, что дейтерий начал создаваться уже
тогда, но таковой вывод будет неверным. Электрическое излучение Вселенной еще
длительно содержало достаточное количество жарких фотонов, которые разбивали
новорожденные ядра дейтерия. Дейтерий сумел «выжить», только когда толика фотонов с
энергией более 2,2 МэВ сократилась до одной миллиардной (общее число фотонов в
полтора млрд раз превышало число подлежащих объединению барионов!). Это
вышло, когда возраст Вселенной достигнул одной минутки, а еще через две минутки
процесс синтеза дейтерия пошел в полную силу. Новорожденные ядра этого изотопа
принялись присоединять по одному протону и одному нейтрону (в любом порядке)
так появились альфа-частицы, ядра гелия. Этот процесс занял всего пару минут
и окутал фактически все нейтроны (очень маленькая их часть пошла на не
переработанный в гелиевом синтезе дейтерий, гелий-3 и литий-7). Начальное
соотношение числа протонов и нейтронов приравнивалось 7:1, икаждая новенькая
альфа-частица оставляла после себя 12 незадействованных протонов. Так
галлактическое место оказалось заполненным ядрами водорода (75% общей
массы) и гелия (25%). В наше время эти характеристики равны 74% и 24% – оставшиеся
2% приходятся на более томные элементы, порожденные процессами звездного
нуклеосинтеза.


При
синтезе гелия выделяется значительная энергия (засчет этого пылают звезды и
взрываются водородные бомбы). Всего за пару минут во вселенской
термоядерной печи сгорело в 100 раз больше водорода, чем позже во всех звездах
нашей Вселенной. Но при всем этом ничего такого особенного не вышло – Вселенная
только малость нагрелась, после этого продолжала остывать входе предстоящего
расширения. Так как потепление обхватило весь объем космоса, оно не породило
малогабаритных областей жаркого сжатого газа в более прохладной и разреженной
среде, которые появляются при детонации хоть какого заряда (хоть хим, хоть
атомного). Таким макаром, циклопическое выделение энергии в процессе первичного
нуклеосинтеза фактически не сказалось на эволюции Вселенной (к слову, то же
самое можно сказать и о 2-ух еще больше сильных прогревах космоса во время
аннигиляции кварков и антикварков, а потом электронов и позитронов).



Первичный
нуклеосинтез вновь преобразовал состав жаркой плазмы юной Вселенной. А вот
позже в течение 400 000 лет она не претерпевала никаких высококачественных
перевоплощений. Все это время, во-1-х, остывал радиационный фон, при этом очень
стремительно, пропорционально четвертой степени возрастающего линейного размера
Вселенной. Во-2-х, уменьшалась плотность и обыкновенной, и черной материи, но
несколько медленней (как 3-я степень). Плотность фотонной энергии падала
резвее, так как растяжение места не только лишь рассеивало кванты по все
большему и большему объему, да и увеличивало длины их волн, тем снижая
частоты. Когда Вселенной ударило 57000 лет, плотность лучевой
энергии сравнялась с плотностью энергии частиц, а позже начала от нее
отставать – наступил конец радиационной эпохи.


Каким
тогда казался бы космос разумному наблюдающему, если б такой существовал?
Когда Вселенной ударило 50 000 лет, она вперые засветилась видимым для нас
голубым светом (ранее реликтовые фотоны были ультрафиолетовыми, а еще
ранее, когда возраст Вселенной двигался от полутора минут к 600 годам,
рентгеновскими). К 200 000 лет цвет фотонного фона сместился от голубого к
желтоватому, еще через 200 000 лет стал оранжевым, а по достижении миллиона лет
сделался красным. В возрасте Вселенной 5 млн лет ее температура свалилась до
600К, фактически все реликтовые фотоны перебежали в инфракрасную зону
и в галлактическом пространстве установилась беспросветная тьма. Она начала
рассеиваться только после возникновения самых первых звезд, кое-где через 200 млн лет
после Огромного взрыва.


Но что все-таки
все-же вышло через 380 000 лет после Огромного взрыва? Несколькими
десятками тыщ лет ранее электроны начали объединяться с ядрами. Поначалу
альфа-частицы присоединяли к для себя по единственному электрону и преобразовывались в
однократно ионизированные атомы, азатем и по второму, так что выходили
нейтральные атомы гелия. Позже это случилось и с протонами, которые
положили начало атомам водорода. Подобные слияния стали вероятными поэтому, что
в лучевом фоне сократилось количество фотонов с энергией больше энергии
ионизации атомов гелия и водорода. Процесс рекомбинации растянулся на
80000 лет и фактически закончился, когда температура фотонного фона
свалилась ниже 3000 К. Повторилась трансформация, имевшая место в односекундной
Вселенной: тогда место стало прозрачным для нейтрино, а сейчас – для
квантов электрического излучения. Остывшие фотоны уже не могли рассеиваться
на нейтральных атомах и, как некогда нейтрино, направились в беспрепятственное
путешествие по космосу. Эти реликтовые фотоны, остывшие с того времени до 2,7 К, мы
называем фоновым микроволновым излучением.



В конечном итоге в галлактическом пространстве не стало свободных заряженных частиц
другими словами плазма, в той либо другой форме существовавшая как минимум с
микросекундного возраста Вселенной, пропала! В итоге рекомбинации она на
многие миллионы лет уступила место нейтральному водородно-гелиевому газу,
соседствовавшему (и взаимодействовавшему средством гравитации!) со настолько же
нейтральными частичками черной материи. Когда Вселенная состарилась до 100 млн
лет, а температура фонового излучения опустилась до 80К, черная
материя начала стягиваться за счет собственного тяготения во все более и поболее
плотные сгустки. Еще через 100 млн лет эти сгустки смогли втягивать в себя
частички галлактического газа, из которых сформировались коллапсирующие облака,
положившие начало первым звездам. Уже предшественники первого поколения таких
светил, так именуемые протозвезды, возродили плазменное состояние материи,
которое с того времени и доминирует в космосе.





Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments