Пять возрастов Вселенной

Большая часть материала этой книги основана на обзорно-аналитической статье, в общих чертах описывающей физику будущей Вселенной (Adams and Laughlin, 1997, далее в этой книге AL₉₇; см. также Adams and Laughlin, 1998). Вопрос будущего Вселенной рассматривался и во многих предыдущих работах. Рис (Rees, 1969) размышлял о судьбе замкнутой Вселенной, тогда как Ислам (Islam, 1977, 1979) и Дайсон (Dyson, 1979) рассмотрели случай открытой или плоской Вселенной, которая постоянно расширяется. В ряде других статей рассматриваются специфические вопросы, например последствия распада протона (Feinberg, 1981; Dicus et al., 1982; Turner, 1983) и образование позитрония (Page and McKee, 1981ab). Общий обзор данной темы выполнили Ислам (Islam, 1983) и Дэвис (Davies, 1944).

Ключевой вопрос состоит в том, продолжит ли Вселенная расширяться и впредь или, по меньшей мере, проживет ли она достаточно долго, чтобы пройти всю временную линию, представленную в этой книге. Современные астрономические данные свидетельствуют о том, что ее плотность меньше (или, возможно, равна) критической, а значит, в будущем наша Вселенная действительно продолжит расширяться (см. последний обзор Dekel, Burstein and White, 1997, а также приводимые там ссылки).

Основы астрономии и четыре силы природы объясняются во многих вводных учебниках (например, Shu, 1982; см. также Zuckerman and Malkan, 1996). В Shu (1982) также описывается противостояние гравитации и термодинамики.

В обзорной статье AL₉₇ вводятся концепции космологических декад, «временной принцип Коперника» и будущие эпохи жизни Вселенной. В стандартной космологии, основанной на теории Большого взрыва, прошлую историю Вселенной обычно разбивают на две эпохи: эпоху господства излучения и эпоху господства вещества. Переход от первой эпохи ко второй происходит, когда Вселенной исполняется около двух тысяч лет (при этом точное число, как и все космологические параметры, представленные в этой книге, не лишено некоторой неопределенности). Эти временные периоды определяются природой космологического расширения. Однако в данном повествовании временные периоды определяются существующими астрономическими объектами. Первичная эпоха, когда не было ни звездных объектов, ни астрономических структур, почти синонимична эпохе излучения, но продолжается и в эпоху господства вещества до момента образования первых звезд.

Гипотеза соответствия масштабов других форм жизни была введена в Dyson (1979).

Часто рассказываемую историю Коперника и Бруно можно найти во многих источниках (см., например, сборник Knickerbocker, 1927). Образование планет вокруг других звезд обсуждалось на протяжении нескольких веков (Kant, 1755; Laplace, 1796), но планеты, вращающиеся по орбите близких к нам звезд, были открыты лишь недавно (Mayor and Queloz, 1995; Marcy and Butler, 1996; современный обзор данной темы см. также в Marcy and Butler, 1998, а общее изложение — в Croswell, 1997).

1. Первичная эпоха

В этой главе рассматривается современный вариант теории Большого взрыва, который включает эпоху инфляции. Всесторонний анализ современной космологии см. в работе Kolb and Turner (1990). Классическое популярное изложение теории Большого взрыва см. в книге Weinberg (1977). Критическое обсуждение современных вопросов космологии имеется в собрании трудов конференции, изданном Туроком (Turok, 1997).

Понятие инфляционной Вселенной было введено в работе Guth (1981). Другие важные ранние статьи: Albrecht and Steinhardt (1982); Linde (1982, 1983a); Bardeen, Steinhardt and Turner (1983); Guth and Pi (1982); Steinhardt and Turner (1984). Всестороннее учебное изложение теории инфляции дается в книгах Linde (1990) и Kolb and Turner (1990). Популярное изложение этой темы имеется в работе Guth (1997).

Во время инфляции, когда «точки пространства разбегаются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света», говоря более точно, мы имеем в виду, что масштабный множитель R(t) увеличивается быстрее, чем линейная функция времени t (включающая обычный вид R(t) οο е^Ht).

Космическое фоновое излучение обнаружили Пензиас и Вильсон (Penzias and Wilson, 1965). Два десятилетия спустя спутник СОВЕ показал, что спектр этого излучения чрезвычайно близок к спектру абсолютно черного тела, а затем обнаружил небольшие колебания температуры ΔТ/Т ~ 10^-5 (Wright et al., 1992; Smoot et al., 1992). Благодаря последующим наблюдениям, проводившимся из наземных обсерваторий, были выполнены дополнительные измерения колебаний космического фонового излучения в меньших угловых масштабах (например, Meyer et al., 1991; Gaier et al., 1992; Shuster et al., 1993).

Бариогенезом называется процесс, в ходе которого вещества образуется несколько больше, чем антивещества. Основные составляющие процесса нарушения барионного числа — реакции, протекающие в неравновесном состоянии, и отсутствие обращения времени — впервые описал Сахаров (Sakharov, 1967). Более современный анализ дается в труде Dolgov (1992).