Большой взрыв и расширение Вселенной!

[Афанасьев]

Владимир, космические лучи – это только частицы, электромагнитное излучение в них не входит.

Космические лучи (КЛ) напоминают сильно разреженный релятивистский газ, частицы которого практически не взаимодействуют друг с другом, но испытывают редкие столкновения с веществом межзвёздной и межпланетной сред и воздействие космических магнитных полей. В составе КЛ преобладают протоны, имеются также электроны, ядра гелия и более тяжёлых элементов (вплоть до ядер элементов с Z = 30). Электронов в КЛ в сотни раз меньше, чем протонов (в одном и том же диапазоне энергий).
Хорошее совпадение экспериментальных данных с ожидаемым распределением гамма-излучения по небесной сфере служит весомым доказательством того, что основной источник КЛ - сверхновые звёзды.
Теория происхождения КЛ опирается не только на гипотезу о галактической природе источников КЛ, но и на представление о том, что КЛ длительное время удерживаются в Галактике, медленно вытекая в межгалактическое пространство. Двигаясь по прямой, КЛ покинули бы Галактику спустя несколько тысяч лет после момента генерации. В масштабах Галактики это время столь мало, что восполнить потери при такой быстрой утечке было бы невозможно. Однако в межзвёздном магнитном поле с сильно запутанными силовыми линиями движение КЛ имеет сложный характер, напоминающий диффузию молекул в газе. В результате время утечки КЛ из Галактики оказывается в тысячи раз большим, чем при прямолинейном движении.
http://www.astronet.ru/db/msg/1188363/text#3._kOSMI^ESKIE_LU^I_U_zEMLI

[Pegas]

В моем представлении космические лучи это все виды излучений в межзвёздном и межгалактическом пространстве. Если другое, надо уйти от термина космические. Это терминологическая игра "понятий". Все излучения или лучи, их физика, в широком смысле этой области науки, рассматриваются на уровне ЭЧ и уровней взаимодействий в конкретном поле. Из ссылки : "Наряду с огромной ролью К. л. в астрофизич. процессах, необходимо отметить их значение для изучения далёкого прошлого Земли (изменений климата, эволюции биосферы и т.д.) и для решения некоторых практич. задач современности (обеспечение радиац. безопасности космонавтов, оценка возможного вклада К. л. в метеоэффекты и т.п.)". Приведу фрагмент карты (Cartes du Ciel). Западная сторона. Все что обозначено красными точками, галактики.

[Афанасьев]

Все что обозначено красными точками, галактики.

Наша Местная группа галактик и ее окружение движется со скоростью 630 км/с относительно реликтового космического излучения, которое является некой абсолютной системой отсчета. Величина этой пекулярной скорости Млечного Пути установлена с точностью 5 км/с, т.е. лучше 1%. Из чего складывается такая большая скорость? Земной наблюдатель движется вокруг Солнца со скоростью 30 км/с. Направление этого вектора меняется в течение года. Наше Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 220 км/с. Направление этого вектора меняется с периодом около 200 миллионов лет, т.е. оно постоянно на шкале астрономических наблюдений. Ближайшим массивным соседом нашей Галактики является туманность Андромеды (М31), притяжение которой вызывает пекулярную скорость Млечного Пути около 80 км/с в направлении Андромеды. Далее, ближайшее к нам богатое скопление галактик в созвездии Девы на расстоянии 17 мегапарсек (50 млн. световых лет) от нас разгоняет Млечный Путь до скорости 190 км/с в направлении этого скопления. Как было недавно установлено, Местная группа с нашей Галактикой удаляется от соседней расширяющейся космической пустоты со скоростью 260 км/с. Вектор последней скорости примерно перпендикулярен скорости в сторону скопления Девы. Векторное сложение этих скоростей дает в сумме скорость, которая оказывается явно недостаточной, чтобы объяснить наше быстрое движение относительно реликтового излучения (630 км/с). В последние годы появились указания на то, что громадный объем пространства вокруг Местной группы, где находятся десятки тысяч других галактик (!), движется в сторону “сверхскопления Шепли” со скоростью около 300 км/с. Эта сверхмассивная концентрация богатых скоплений располагается в созвездии Центавра на расстоянии более полумиллиарда световых лет от нас. Таким образом, мир галактик на больших масштабах оказывается удивительно подвижным, заполненным разнообразными космическими течениями.
http://victorpetrov.ru/sao-ran-v-poiska ... terii.html

[Pegas]

Владимир, спасибо за краткий экскурс. Дух захватывает. Из ссылки: "Недавно в созвездии Льва мы обнаружили группу из 7 карликовых галактик на расстоянии 10 Мпк, которая движется в нашу сторону со средней пекулярной скоростью около 500 км/с. Весной этого года Нельсон Калдуэл и его сотрудники выявили шаровое звездное скопление, вылетающее из скопления галактик Девы с рекордно большой пекулярной скоростью около 2300 км/с. Необходимо отметить, что пекулярная скорость таких “космических летунов” может быть ориентирована в любом направлении. Но нам легче заметить их лишь в том случае, когда эта скорость направлена строго на земного наблюдателя". Тогда, как быть с расширением Вселенной в установленных границах. Лучевые скорости в направление наблюдателя не могут характеризовать их разбегание. Скорее имеет место орбитальные составляющие скорости в системах (группах, ассоциациях) галактик и иных deep sky.

[Афанасьев]

7 карликовых галактик на расстоянии 10 Мпк, которая движется в нашу сторону со средней пекулярной скоростью около 500 км/с. Тогда, как быть с расширением Вселенной в установленных границах. Лучевые скорости в направление наблюдателя не могут характеризовать их разбегание. Скорее имеет место орбитальные составляющие скорости в системах (группах, ассоциациях) галактик и иных deep sky.

Постоянная Хаббла составляет 67,80 ± 0,77 (км/с)/Мпк; таким образом, в современную эпоху две галактики, разделённые расстоянием в 1 Мпк, в среднем разлетаются со скоростью ~70 км/с.
На расстоянии 10 Мпк космологическая скорость удаления галактик будет равна 700 км/с. Эта скорость больше скорости пекулярного движения (500 км/с), направленного в сторону Земли.

[Pegas]

Закон Хаббла. Удивительно, но с 1929г. не претерпел сколько-нибудь, существенных изменений, уточнена постоянная Хаббла.
Однако он применим не на всех расстояниях (удаленные галактики) и при красном смещении более 1 (z > 1). Центростремительное разбегание галактик наводит на мысль, что наблюдатель находится в центре Вселенной, а это может быть только при условии безграничной Вселенной.

[Афанасьев]

Закон Хаббла. Удивительно, но с 1929г. не претерпел сколько-нибудь, существенных изменений, уточнена постоянная Хаббла.
Однако он применим не на всех расстояниях (удаленные галактики) и при красном смещении более 1 (z > 1).

Владимир, откуда Вы это взяли?
Существовал такой парадокс Сэндиджа: почему закон Хаббла выполняется на расстояниях до 20 Мпк (на таких расстояниях он и был открыт), если в таком масштабе вещество распределено еще крайне неоднородно? Но после введения в космологическую теорию ТЭ парадокс благополучно разрешился – отрицательное давление вакуума приводит к существованию регулярного потока даже на таких расстояниях.
«Для галактик уверенно измеряются смещения z = 0,2, соответствующие скорости v = 60000 км/сек и расстоянию свыше 1 Гпк. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т.е. такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z = 2 и больше. При смещениях z = 2 скорость v = 0,8 с = 240000 км/сек. На таких расстояниях уже сказываются специфические космологические эффекты - нестационарность и кривизна пространства-времени; в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний - расстояние по красному смещению - составляет здесь r = v/H = 3,3 Гпк), поскольку расстояния зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены. Поэтому для характеристики расстояния до столь удалённых объектов обычно пользуются просто величиной красного смещения».
http://physics.kgsu.ru/astronomia/NV/Kr ... shenie.htm

разбегание галактик наводит на мысль, что наблюдатель находится в центре Вселенной, а это может быть только при условии безграничной Вселенной.

Владимир, мы уже давно договорились, что Вселенная безгранична. Если Вы имели в виду бесконечность, то для того, чтобы из любой точки Вселенной наблюдалась одна и та же картина расширения, она совершенно не обязана быть бесконечной, достаточно, если она будет иметь положительную кривизну.

[Pegas]

"Закон Хаббла плохо выполняется и для галактик на очень больших расстояниях (в миллиарды св. лет), которым соответствует величина z > 1. Расстояния до объектов с таким большим красным смещением теряют однозначность, поскольку зависят от принимаемой модели Вселенной и от того, к какому моменту времени они отнесены. В качестве меры расстояния в этом случае обычно используется только красное смещение".http://ru.science.wikia.com/wiki/%D0%97 ... 0%BB%D0%B0. Итак, при z > 1 , чтобы исключить нежелательные эффекты пространства, для измерения расстояний рациональней использовать "красное смещение". Владимир, согласен, что об этой конфигурации Вселенной (безграничной, бесконечной) мы возвращались неоднократно. Бесконечность может быть представлена, как временной фактор, так и пространственный. Добавлю: "Так и галактики разбегаются по одной простой причине: расширяется сама ткань мирового пространства. Все наблюдатели (и мы с вами не исключение) считают себя находящимися в центре Вселенной. Лучше всего это сформулировал мыслитель XV века Николай Кузанский: «Любая точка есть центр безграничной Вселенной».http://elementy.ru/trefil/21148. Вопрос, в чем я сомневаюсь? В пресловутой 13,7. Кстати, такая же величина соответствует и границе Вселенной. Наверно я неравнодушен к бесконечности, как пределу (lim) в математике.

[Афанасьев]

Вопрос, в чем я сомневаюсь? В пресловутой 13,7. Кстати, такая же величина соответствует и границе Вселенной.

13,7 млрд. лет – это возраст Вселенной, 13,7 млрд. световых лет – это не размер Вселенной, это только размер ее видимой части!

Наверно я неравнодушен к бесконечности, как пределу (lim) в математике.

Владимир, могу ответить только стишком А.Платонова (который по духу был русским космистом!):

Бесконечность солнцем утром взорвана,
Зацвела небесная звезда,
И растет вселенная просторная,
Бесконечней бесконечности всегда.

[Pegas]

Весьма корректное пояснение, снимающие многие вопросы о масштабах Вселенной.
О поэтическом отступлении: прекрасные слова.
Когда пытаешься представить бесконечность, как от перегрузки "садиться" аккумулятор,
так и мысль растворяется в пространстве-времени.

[Афанасьев]

«В литературе обсуждаются главным образом два источника инфляции: квазиоднородное скалярное поле, инфлатон, и модификация гравитации при больших кривизнах. Из инфлатонных моделей, пожалуй, наиболее красивой является предложенная Линде модель хаотической инфляции, согласно которой любое скалярное поле, однородное на хаббловском масштабе в ранней Вселенной, с медленно изменяющимся потенциалом, приведет к экспоненциальному расширению, так что вся видимая Вселенная и далекая область вне ее будут порождены этим колоссально раздувающимся микроскопическим пузырьком.
Согласно инфляционному сценарию Вселенная являла собой темную расширяющуюся пустоту до тех пор, пока поле инфлатона не опустилось вниз, так что параметр Хаббла стал меньше массы инфлатона. Тогда поле начало «одновременно» и повсюду осциллировать, рождая всевозможные элементарные частицы с меньшей массой. Этот процесс уместно назвать Большим взрывом (Big Bang). Видна поразительная аналогия с библейской картиной. Сначала – «тьма над бездной», а затем – «да будет свет». Правда, в отличие от библейской, картина, отвечающая инфляционному сценарию, описывается математическими уравнениями и приводит к количественным наблюдательным предсказаниям».
А.Д.Долгов. Космология: от Померанчука до наших дней
http://ufn.ru/ru/articles/2014/2/k/

[Pegas]

Хаотичная инфляционная модель Вселенной Линде в настоящее время приобретает своих сторонников. Осцилляция (или изменение состояния) как физико-химический процесс является решающим фактором в эволюции пространства-времени и его содержания. Добавлю: «Инфляционная парадигма реализована сейчас во множестве вариантов, среди которых нет признанного лидера, - говорит директор Института космологии при университете Тафтса Александр Виленкин. - Моделей много, но никто не знает, которая из них правильная. Поэтому говорить о каком-то драматическом прогрессе, достигнутом в последние годы, я бы не стал. Да и сложностей пока хватает. Например, не совсем понятно, как сравнивать вероятности событий, предсказанных той или иной моделью. В вечной вселенной любое событие должно происходить бесчисленное множество раз. Так что для вычисления вероятностей надо сравнивать бесконечности, а это очень непросто. Также существует нерешенная проблема начала инфляции. Скорее всего, без него не обойтись, но еще не понятно, как к нему подобраться. И все же у инфляционной картины мира нет серьезных конкурентов. Я бы сравнил ее с теорией Дарвина, которая поначалу тоже имела множество неувязок. Однако альтернативы у нее так и не появилось, и в конце концов она завоевала признание ученых. Мне кажется, что и концепция космологической инфляции прекрасно справится со всеми трудностями». http://galspace.spb.ru/indvop.file/69.html. В принципе, я полностью поддерживаю такую оценку. Как говорят: "Поживём, увидим (или услышим)".

[Афанасьев]

В вечной вселенной любое событие должно происходить бесчисленное множество раз.

Инфляция прекращается в одной области и начинается в другой, и так до бесконечности. Это самовоспроизводящийся бесконечный процесс, порождающий ветвящееся множество миров - Мультивселенную. Одни и те же фундаментальные физические законы могут там реализоваться в различных ипостасях - к примеру, внутриядерные силы и заряд электрона в других вселенных могут оказаться отличными от наших.
http://galspace.spb.ru/indvop.file/69.html

[Афанасьев]

Владимир, спасибо за ссылку! Интересные идеи:

1) Разделение фундаментальных взаимодействий в нашей ранней Вселенной носило характер фазового перехода. При очень высоких температурах фундаментальные взаимодействия были объединены, но при остывании ниже критической температуры разделения не произошло [это можно сравнить с переохлаждением воды]. В этот момент энергия скалярного поля, связанного с объединением, превысила температуру Вселенной, что наделило поле отрицательным давлением и послужило причиной космологической инфляции.
2) Нормальное расширение со скоростями, меньшими скорости света, приводит к тому, что вся Вселенная рано или поздно будет находиться внутри нашего горизонта событий. Инфляционное расширение со скоростями, значительно превышающими скорость света, привело к тому, что нашему наблюдению доступна лишь малая масть Вселенной, образовавшейся при Большом взрыве. Это позволяет решить проблему горизонта и объяснить одинаковую температуру реликтового излучения, приходящего из различных точек небосвода.
3) Во время инфляции любые предшествующие неоднородности скалярного поля растягиваются настолько, что практически исчезают. На завершающем этапе инфляции это поле начинает быстро осциллировать вблизи минимума своей потенциальной энергии. При этом в изобилии рождаются частицы и фотоны, которые интенсивно взаимодействуют друг с другом и достигают равновесной температуры. Так что по окончании инфляции мы имеем плоскую горячую Вселенную, которая затем расширяется уже по сценарию Большого взрыва. Этот механизм объясняет, почему сегодня мы наблюдаем реликтовое излучение с мизерными колебаниями температуры, которые можно приписать квантовым флуктуациям в первой фазе существования Вселенной. Таким образом, теория хаотической инфляции разрешила проблему горизонта и без допущения, что до начала экспоненциального расширения зародышевая Вселенная пребывала в состоянии теплового равновесия.
http://galspace.spb.ru/indvop.file/69.html

[Pegas]

Таким образом, теория хаотической инфляции разрешила проблему горизонта и без допущения, что до начала экспоненциального расширения зародышевая Вселенная пребывала в состоянии теплового равновесия. http://galspace.spb.ru/indvop.file/69.html
Вот это предположение вызывает интерес с т.з. развития понятия "зародышевая Вселенная пребывала в состоянии теплового равновесия". Из термодинамики известно, что подобное состояние может быть в замкнутой системе. Для масштабов Вселенной понятие "замкнутая термодинамическая система" весьма относительно, если рассматривать её в рамках некой безграничности.

[Афанасьев]

Вот это предположение вызывает интерес с т.з. развития понятия "зародышевая Вселенная пребывала в состоянии теплового равновесия". Из термодинамики известно, что подобное состояние может быть в замкнутой системе. Для масштабов Вселенной понятие "замкнутая термодинамическая система" весьма относительно, если рассматривать её в рамках некой безграничности.

Владимир, не совсем понимаю, о чем речь.
Зародышевая Вселенная имела конечный размер, но из-за кривизны пространства была безграничной. Нам нужно объяснить наблюдаемый факт – очень низкую анизотропию РИ (дельта Т/Т около 10^-5). Есть два способа объяснения: либо зародышевая Вселенная находилась в термодинамическом равновесии, либо (что более вероятно) квантовые флуктуации вызывали неоднородности, но после экспоненциального расширения пространства эти неоднородности сгладились.

[Pegas]

Владимир,тем не менее Вы всё правильно поняли и внесли существенное дополнение.
Об этом шла речь в моём посте, но с позиции термодинамики, которая стимулирует процессы (или изменение состояния), описанные в Вашем дополнении, в частности, квантовые флуктуации и дальше по тексту. В событиях, происходящих во Вселенной, тепловые процессы играют первостепенную роль в преобразованиях, в том числе, в волновых, вызывая флуктуации и не только квантовые, но при сильном взаимодействии на атомарном уровне. Что при этом происходит, мы ранее с Вами хорошо разобрали.

[Афанасьев]

Нерешенные проблемы в космологии:
1) Что является носителем частиц темной материи?
2) Каков механизм космологического ускорения: скалярное поле, модифицированная гравитация или нечто третье?
3) Что является причиной «космического заговора», который приводит к сравнимым величинам плотностей энергии различных форм материи?
4) Какой из многих возможных механизмов бариогенезиса реализуется в природе? Или таковых несколько?
5) Существует ли первичная космическая антиматерия?
6) Какой механизм приводит к интенсивному излучению линии 0,511 МэВ из центра Галактики?
7) В чем причина избытка позитронов в космических лучах при энергии 100 ГэВ?
8 ) Каков механизм рождения космических лучей ультравысоких энергий? Имеет ли место обрезание Грайзена-Зацепина-Кузьмина?
9) Каков механизм возникновения сверхтяжелых черных дыр, наблюдаемых в центрах галактик? Возникали ли такие черные дыры в уже сформировавшейся галактике или образовались ранее и были зародышами формирования галактик?
10) Как объясняются существование квазаров при больших красных смещениях и заметная плотность металлов в их окрестности?
11) Как взрываются гамма-вспышки?
12) Каков механизм генерации галактического и межгалактического магнитных полей?
13) В чем причина аномалий микроволнового фона на больших углах или при низших мультиполях?
14) Как разрешится противоречие между наблюдениями и предсказанием теории для 7Li?
15) Существует ли темная радиация, на которую указывают спектр флуктуаций микроволнового фона и первичный нуклеосинтез?
16) Что компенсирует экспериментально известный вклад конденсатов квантовой хромодинамики в вакуумную энергию с точностью до 10^-45?
А.Д.Долгов. Космология: от Померанчука до наших дней.

[Pegas]

Было бы нескромно давать какие-либо ответы на каждую из 16 нерешенных космологических проблем, это дело теоретической и экспериментальной науки, однако можно с уверенностью сказать, что представление о природе Вселенной находится в зачаточном состоянии, опирающейся на закон Э. Хаббла и ОТО А. Эйнштейна.

[Афанасьев]

представление о природе Вселенной находится в зачаточном состоянии.

А.Д.Долгов: Мы ничего не знаем об эпохе, предшествующей инфляции, и даже неясно, можно ли вообще говорить о времени до инфляции. Скорее всего, до инфляции не существовало ни классического пространства, ни времени, в соответствии с идеей Линде, и эта область (пока?) – terra incognita.