ГОРЯ́ЧЕЙ ВСЕЛЕ́ННОЙ ТЕО́РИЯ

ГОРЯ́ЧЕЙ ВСЕЛЕ́ННОЙ ТЕО́РИЯ, тео­рия фи­зич. про­цес­сов в рас­ши­ряю­щей­ся Все­лен­ной, со­глас­но ко­то­рой в про­шлом Все­лен­ная име­ла зна­чи­тель­но бо́льшую, чем сей­час, плот­ность ве­ще­ст­ва и очень вы­со­кую темп-ру. Пер­во­на­чаль­но Г. В. т. бы­ла пред­ло­же­на Г. Га­мо­вым (1948) для объ­яс­не­ния рас­про­стра­нён­но­сти в при­ро­де различных хи­мических эле­мен­тов и их изо­то­пов.

В 1950-х гг. T. Хая­си (Япо­ния), Э. Фер­ми и А. Тур­ке­вич (США) по­ка­за­ли, что по­пыт­ки объ­яс­нить су­ще­ст­вую­щую рас­про­стра­нён­ность всех эле­мен­тов их син­те­зом в са­мом на­ча­ле рас­ши­ре­ния Все­лен­ной бы­ли не­со­стоя­тель­ны­ми. Ес­ли стро­го сле­до­вать Г. В. т., то в ре­зуль­та­те ядер­ных ре­ак­ций в на­ча­ле рас­ши­ре­ния об­ра­зу­ют­ся толь­ко во­до­род и ге­лий, при­месь др. лёг­ких эле­мен­тов не­зна­чи­тель­на, а тя­жё­лые эле­мен­ты прак­ти­че­ски со­всем не об­ра­зу­ют­ся. Од­на­ко с от­кры­ти­ем, что вре­мя рас­ши­ре­ния Все­лен­ной пре­вы­ша­ет 10 млрд. лет, ста­ло воз­мож­ным объ­яс­нить рас­про­стра­нён­ность тя­жё­лых эле­мен­тов их нук­лео­син­те­зом в звёз­дах.

В на­ча­ле рас­ши­ре­ния Все­лен­ной при боль­шой темп-ре в тер­мо­ди­на­мич. рав­но­ве­сии с ве­ще­ст­вом долж­но бы­ло на­хо­дить­ся элек­тро­маг­нит­ное из­лу­че­ние. В хо­де рас­ши­ре­ния ве­ще­ст­во и из­лу­че­ние ос­ты­ва­ют, и к на­стоя­ще­му вре­ме­ни во Все­лен­ной долж­но су­ще­ст­во­вать низ­ко­тем­пе­ра­тур­ное из­лу­че­ние (его на­зы­ва­ют мик­ро­вол­но­вым фо­но­вым из­лу­че­ни­ем или ре­лик­то­вым из­лу­че­ни­ем), для ко­то­ро­го ве­ще­ст­во се­го­дняш­ней Все­лен­ной прак­ти­че­ски про­зрач­но. Су­ще­ст­во­ва­ние во Все­лен­ной та­ко­го из­лу­че­ния, имею­ще­го темп-ру все­го неск. кель­ви­нов, бы­ло пред­ска­за­но Г. Га­мо­вым (1956).

В 1964 рос. астро­фи­зи­ки А. Г. До­рош­ке­вич и И. Д. Но­ви­ков впер­вые рас­счи­та­ли ши­ро­кий спектр плот­но­сти элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния от всех ис­точ­ни­ков в эво­лю­цио­ни­рую­щей Все­лен­ной (вклю­чая ра­дио­га­лак­ти­ки и звёз­ды) и по­ка­за­ли, что в об­лас­ти сан­ти­мет­ро­вых и мил­ли­мет­ро­вых волн ин­тен­сив­ность ре­лик­то­во­го из­лу­че­ния с темп-рой ок. 1 К и вы­ше бу­дет на мно­го по­ряд­ков пре­вос­хо­дить из­лу­че­ние отд. ис­точ­ни­ков и оно мо­жет быть об­на­ру­же­но. Ре­лик­то­вое из­лу­че­ние (РИ) бы­ло от­кры­то А. Пен­зиа­сом и P. Виль­со­ном в 1964–65 на дли­не вол­ны 7,3 см. Об­на­ру­же­ние РИ ста­ло ре­шаю­щим тес­том, под­твер­див­шим спра­вед­ли­вость ги­по­те­зы о вы­со­кой из­на­чаль­ной темп-ре Все­лен­ной. Тща­тель­ные по­сле­дую­щие на­блю­де­ния по­ка­за­ли, что РИ дей­ст­ви­тель­но яв­ля­ет­ся рав­но­вес­ным, как пред­ска­зы­ва­ет тео­рия, и име­ет темп-ру 2,73 К.

В на­ча­ле рас­ши­ре­ния Все­лен­ной при очень боль­шой темп-ре про­ис­хо­дят ядер­ные ре­ак­ции, при­во­дя­щие к об­ра­зо­ва­нию ге­лия. За пер­вые 5 ми­нут об­ра­зо­ва­лось при­мер­но 25% ге­лия (по мас­се), 75% ве­ще­ст­ва ос­та­лось в ви­де во­до­ро­да. При­месь др. эле­мен­тов пре­неб­ре­жи­мо ма­ла. Ве­ще­ст­во с та­ким со­ста­вом поз­же об­ра­зу­ет не­бес­ные те­ла, в ча­ст­но­сти звёз­ды пер­во­го по­ко­ле­ния (см. Эво­лю­ция звёзд). По­сле пер­вых 5 ми­нут все ядер­ные ре­ак­ции во Все­лен­ной пре­кра­ща­ют­ся. Ве­ще­ст­во про­дол­жа­ет рас­ши­рять­ся и ос­ты­вать.

Спус­тя при­мер­но 300 тыс. лет ве­ще­ст­во (плаз­ма) ос­ты­ва­ет до темп-ры ок. 4000 К, элек­тро­ны объ­е­ди­ня­ют­ся с про­то­на­ми и плаз­ма пре­вра­ща­ет­ся в ней­траль­ный газ (про­цесс ре­ком­би­на­ции). Этот газ про­зра­чен для ре­лик­то­вых фо­то­нов, дав­ле­ние РИ не влия­ет на со­стоя­ние га­за. На­блю­дая РИ се­го­дня, мы ви­дим эту эпо­ху. По очень ма­лым ва­риа­ци­ям ин­тен­сив­но­сти РИ в за­ви­си­мо­сти от на­прав­ле­ния мож­но су­дить о ма­лых ва­риа­ци­ях плот­но­сти ма­те­рии в ту эпо­ху и ис­сле­до­вать про­цес­сы, про­ис­хо­див­шие в то вре­мя. С мо­мен­та ре­ком­би­на­ции под дей­ст­ви­ем гра­ви­та­ци­он­ных сил в ве­ще­ст­ве на­чи­на­ет­ся рост отд. уп­лот­не­ний (см. Гра­ви­та­ци­он­ная не­ус­той­чи­вость), из ко­то­рых за­тем об­ра­зу­ют­ся не­бес­ные те­ла – фор­ми­ру­ет­ся струк­ту­ра Все­лен­ной (см. Кос­мо­ло­гия, Круп­но­мас­штаб­ная струк­ту­ра Все­лен­ной).

На­блю­де­ния по­ка­зы­ва­ют, что в совр. Все­лен­ной по­ми­мо обыч­но­го ве­ще­ст­ва име­ет­ся го­раз­до боль­шее ко­ли­че­ст­во т. н. тём­ной энер­гии (ок. 73% всей мас­сы) и тём­ной ма­те­рии (ок. 23%). При­ро­да этих со­став­ляю­щих по­ка не­из­вест­на.

Важ­ные, по­ка ещё не со­всем яс­ные про­цес­сы про­те­ка­ли вбли­зи син­гу­ляр­но­го со­стоя­ния ма­те­рии в са­мом на­ча­ле рас­ши­ре­ния (при плот­но­стях, близ­ких к т. н. план­ков­ской плот­но­сти, по­ряд­ка 10⁹⁴ г/см³). Здесь при очень боль­ших энер­ги­ях час­тиц объ­е­ди­ня­лись, по-ви­ди­мо­му, все ви­ды фи­зич. взаи­мо­дей­ст­вий, кван­то­вые про­цес­сы бы­ли су­ще­ст­вен­ны в мас­шта­бах всей Все­лен­ной.