Номер 7, страница 257 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 6. Вселенная. Параграф 65. Строение и масштабы Вселенной. Вопросы для самопроверки - номер 7, страница 257.

Условие.

7. Какие условия были во Вселенной на ранних этапах её эволюции?

Решение.

На ранних этапах эволюции Вселенная находилась в состоянии с экстремально высокой температурой и плотностью. По мере расширения она остывала, что приводило к последовательным изменениям её состояния и состава. Эти этапы можно описать следующим образом:

1. Планковская эпоха (до $10^{-43}$ секунд после Большого Взрыва): Это самый ранний момент, доступный для рассмотрения современной физикой. Условия были невообразимыми: температура превышала $10^{32}$ К, а плотность — $10^{96}$ кг/м³. Предполагается, что все четыре фундаментальных взаимодействия (гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое) были объединены в единую "суперсилу". Пространство и время еще не приобрели свои привычные свойства.

2. Эпоха инфляции и образование элементарных частиц (до ~$10^{-12}$ секунд): В этот период произошло чрезвычайно быстрое, экспоненциальное расширение Вселенной (инфляция), которое сделало её практически плоской и однородной. По мере остывания фундаментальные силы разделились. Вселенная представляла собой горячую "кашу" или плазму из элементарных частиц: кварков, лептонов (например, электронов), фотонов и других бозонов. Частицы и античастицы постоянно рождались и аннигилировали.

3. Эпоха первичного нуклеосинтеза (от нескольких секунд до ~20 минут): Температура упала до уровня около $10^9$ К. Это позволило протонам и нейтронам, образовавшимся из кварков, объединяться в первые атомные ядра. В результате этого процесса сформировались ядра легких элементов: в основном водорода (протоны) и гелия-4 (около 25% по массе), а также в незначительных количествах дейтерия, гелия-3 и лития-7. Вселенная всё ещё была слишком горячей для образования стабильных атомов.

4. Эпоха рекомбинации (примерно 380 000 лет после Большого Взрыва): Вселенная остыла примерно до 3000 К. При этой температуре энергии фотонов стало недостаточно, чтобы отрывать электроны от атомных ядер. Свободные электроны начали соединяться с ядрами, образуя первые нейтральные атомы (в основном водорода и гелия). До этого момента Вселенная была непрозрачной, так как фотоны постоянно рассеивались на свободных электронах. После рекомбинации вещество стало нейтральным, и Вселенная стала прозрачной для света. Излучение, которое в этот момент "отделилось" от вещества, мы наблюдаем сегодня как реликтовое микроволновое излучение.

Таким образом, на ранних этапах Вселенная прошла путь от сверхплотного и сверхгорячего состояния, где не существовало даже элементарных частиц в их современном виде, до разреженной, прозрачной и достаточно холодной среды, состоящей из нейтральных атомов водорода и гелия, из которых впоследствии сформировались первые звезды и галактики.

Ответ: На ранних этапах своей эволюции Вселенная была в состоянии экстремально высокой плотности и температуры. Она представляла собой горячую плазму из фундаментальных частиц (кварков, лептонов, фотонов). По мере расширения и остывания из этой плазмы сформировались протоны и нейтроны, затем в первые минуты жизни Вселенной образовались ядра легких элементов (водорода и гелия). Примерно через 380 000 лет Вселенная остыла достаточно для того, чтобы ядра смогли захватить электроны, образовав нейтральные атомы, после чего она стала прозрачной для излучения.