Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Биология -> Эбилинг В. -> "Физика процессов эволюции" -> 17

Физика процессов эволюции - Эбилинг В.

Эбилинг В., Энгель А., Файстель Р. Физика процессов эволюции — М.: УРСС, 2001. — 342 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikaprocessovevolucii2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 176 >> Следующая

2.3. Структурирование протоплазмы и образование фотонной мельницы
В результате восьми описанных в предыдущем разделе эпох, охватывающих по времени около трех часов (рис. 2.1), образовалась горячая, плазма, состоящая из ядер различных элементов, а также электронов и фотонов. Плотность электронов в протоплазме в начале 9-й эпохи составляет величину около
пе и 1017 см-3,
а температура — около
Т « 108 К.
Такие параметры соответствуют, например, плазме в термоядерной установке (существующей пока только на чертежной доске). Тем самым Вселенная из некоей экзотической релятивистской фазы переходит в фазу, приближающуюся к земным условиям, что делает ее более доступной экспериментальным исследованиям. Теорию экзотических — первых восьми — эпох мы рассмотрели лишь в самых общих чертах, не вдаваясь в детали; бсшее подробное изложение предполагало бы у читателя обширные познания в общерелятивистской теории гравитации и современной физике элементарных частиц и теории поля. Так как мы намереваемся заняться вопросами эволюции сложных структур на выбранной модельной планете Земля, нам придется по всем вопросам, относящимся к более ранней эволюции Вселенной, отослать интересующегося читателя к более глубоким изложениям в специальной литературе (Зельдович, Новиков, 1967, 1975; Treder, 1968, 1986; Schmutzer, 1968; Peebles, 1971; Пиблс, 1983; Dautcourt, 1976; Вайнберг, 1981; Новиков, 1979, 1983; Barrow, Silk, 1980; Зельдович, 1983; Dolgov, Zeldovich, 1981; Гуревич, Чернин, 1987).
Протон/нейтрон Нейтринное море Ядро Аннигиляция Кварки
X—бозоны
Элементы Фотонное море Образование элементов Фотонная мельница -Самоорганизация
ю™ ю-30 ю-20 ю:10 1 ю10 ю20 *,с
Рис. 2.1. Двенадцать эпох эволюции расширяющейся Метагалактики
Рассмотрим теперь фазу плазмы, в которой Вселенная оказалась в начале 9-й эпохи через три часа после Большого Взрыва. Относительно начала этой фазы мы пока располагаем скудной информацией, в основном, в виде гипотез (Вайнберг, 1981; Новиков, 1983). Однако мы располагаем надежным источником информации о состоянии Вселенной в тот период в форме космического фонового излучения, которое называется также реликтовым излучением. Как уже было сказано, речь идет о тепловом излучении с температурой 2,7 К, максимум которого лежит в центральной части радиодиапазона. Это тепловое излучение заполняет всю Вселенную с плотностью около 5 • 108 фотонов на кубический метр и приходит на Землю со всех направлений. По гипотезе Гамова, Дорошкевича, Новикова, Дикке, Пиблза и других авторов, реликтовое излучение происходит от горячей плазмы, заполнявшей Вселенную через несколько часов после Большого Взрыва.
Так как плотность фотонов в протоплазме весьма значительно превосходила плотность остальных частиц, мы оцениваем отношение числа фотонов к числу нуклонов примерно в 109 и говорим о фотонной плазме. При адиабатическом расширении Вселенной числовое значение этого отношения, связанного с энтропией системы, практически не изменяется. В современной Вселенной мы обнаруживаем в среднем около одного атома водорода на кубический метр, а все остальные атомы встречаются существенно реже. Что же касается средней плотности фотонов, то она составляет почти 109 на кубический метр. Но в отличие от современных соотношений фотоны протоплазмы к началу 9-й эпохи обладали весьма высокой средней тепловой энергией — около 10 кэВ. В ходе последующей эволюции адиабатически расширяющаяся Вселенная постоянно охлаждается, причем температура убывает примерно по закону квадратного корня:
Т и 2 • 10° ¦ t
-1/2
Т — в Кельвинах, t — в годах.
В ходе расширения температура после 105— 10й лет падает примерно до 2 000-
4 000 К, и тогда внезапно происходит образование атомов водорода и гелия, а также молекул водорода. Непрозрачная фотонная плазма превращается в прозрачный нейтральный газ. Наш повседневный опыт подтверждает этот процесс. Если выключить
люминесцентную лампу, наполненную горячей непрозрачной плазмой, то газ-наполнитель внезапно становится прозрачным. Атомарные и молекулярные газы слабо взаимодействуют с излучением. Они прозрачны для света. Грубое приближение хода адиабаты на плоскости плотности свободных электронов и температуры представлено на рис. 2.2.
Известно, что примерно через 300 000 лет адиабата входит в область образования атомов водорода (Эбелингидр., 1979; Kmeftetal.,
1986). Наблюдаемое в настоящее время реликтовое излучение дает нам своеобразную «фотографию» Вселенной в том виде, в каком та была в момент образования атомов.
Если с протоплазмой фотоны находились в термодинамическом равновесии, то с только что образовавшимся разреженным газом фотоны взаимодействуют лишь чрезвычайно слабо и поэтому могут беспрепятственно пролетать огромные расстояния. Некоторые из образовавшихся в ту эпоху фотонов улавливаются теперь земными телескопами как реликтовое излучение и дают нам информацию о событиях, разыгрывавшихся через несколько часов после Большого Взрыва.
Предыдущая << 1 .. 11 12 13 14 15 16 < 17 > 18 19 20 21 22 23 .. 176 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed