Как образовался первый атом? Откуда он взялся? | Нуклеосинтез Большого взрыва

Специальное предложение для зрителей ArvinAsh — перейдите по ссылке: https://brilliant.org/arvinash — регистрация бесплатная! Первые 200 человек получат скидку 20% на годовую подписку.

Исправления:
12:26 — Гелий-3 состоит из 2 протонов и 1 нейтрона

Фоновые видео:
Фундаментальные силы:    • The Four Fundamental Forces of nature - Or...  
Теория электрослабого взаимодействия:    • How 2 Fundamental Forces Unite: Electromag...  
Скрыт ли Большой взрыв в гравитационных волнах:    • How Gravitational Waves may be hiding Secr...  
Реликтовое излучение:    • What Do We "SEE" in the OLDEST LIGHT in th...  

Главы:
0:00 — Сколько атомов?
1:01 — Мы не знаем, что произошло в момент t=0 или до него
3:34 — Космическая инфляция
5:27 — Что мы знаем
8:29 — Как образовались протоны и нейтроны
10:41 — Как образовались заряженные нуклоны
13:47 — Как образовались нейтральные атомы
15:24 — Как узнать больше об атомах

Краткое содержание:
Откуда взялся первый атом? Короткий ответ — Большой взрыв. В ранней Вселенной было огромное количество энергии. Энергия сконденсировалась, образовались атомы. Но произошло гораздо больше событий, которые будут объяснены здесь.

Большой взрыв часто считают теорией, объясняющей начало Вселенной, но это не так. Мы не знаем, когда на самом деле возникла Вселенная, и произошло ли это вообще. Наша лучшая теория ранней Вселенной — это стандартная космологическая модель. Мы можем вернуться только к одному планковскому времени, примерно к 10^-43 секунды. Это наименьшая единица времени, теоретически возможная согласно квантовой механике. Мы не знаем, что было до этого.

Самый ранний период, который мы можем теоретически представить, – это время около инфляции. Это время, когда Вселенная расширялась экспоненциально примерно от 10^-36 до 10^-33 секунд после Большого взрыва. Вселенная расширялась быстрее скорости света. Это допустимо, поскольку нет теоретических ограничений на скорость расширения пространства.

Правильное понимание термина «Большой взрыв» заключается не в том, чтобы рассматривать некую точку или объект, из которого возникла Вселенная, а в том, чтобы понимать период в ранней Вселенной, когда она была очень горячей, очень плотной и быстро расширяющейся.

Теория Стандартной модели космологии хорошо понятна, начиная примерно с 10^-12 секунд, поскольку в этот момент Вселенная обладала энергиями, которые можно воспроизвести в наших ускорителях частиц.

Что касается сил, гравитация отделилась от единой силы вскоре после планковской эпохи, в 10^-43 секунды. Сильное взаимодействие разделилось примерно в момент инфляции 10^-32 секунды. Но с 10^-32 секунды до 10^-12 секунды электромагнитное и слабое взаимодействия всё ещё были объединены в электрослабое взаимодействие. Вселенная, вероятно, состояла из кварков и глюонов в кварк-глюонной плазме. Все эти фундаментальные частицы были безмассовыми, поскольку поле Хиггса в этот момент было безмассовым.

В момент 10^-11 секунды температура упала до одного квадриллиона кельвинов. Это привело к нарушению электрослабой симметрии и началу эпохи кварков. Электромагнитное и слабое взаимодействия стали раздельными, а поле Хиггса приобрело ненулевой потенциал, а частицы Стандартной модели получили массу покоя.

Однако Вселенная всё ещё слишком горячая, чтобы кварки могли объединиться и образовать адроны, такие как протоны и нейтроны. При снижении температуры до 1 триллиона кельвинов за 10⁻⁶ секунд кварковая плазма превращается в адронный газ, состоящий из протонов, нейтронов и некоторого количества мезонов.

По мере охлаждения Вселенной материя и антиматерия начинают аннигилировать с частицами, образуя пары более лёгких частиц и античастиц, которые в конечном итоге превращаются в самые лёгкие частицы — нейтрино и фотоны. По какой-то причине частиц рождалось больше, чем античастиц. Если бы эта аннигиляция была симметричной, то Вселенная состояла бы только из фотонов и нейтрино.

Осталось несколько протонов, нейтронов и электронов — строительных блоков, необходимых для атомов. Спустя несколько минут после рождения Вселенной температура упала ниже 1 миллиарда кельвинов, и произошёл нуклеосинтез Большого взрыва (БВБ).

БВБ существует до 20 минут после рождения Вселенной. Вселенная состояла на 75% из водорода и на 25% из гелия-4, а также из следовых количеств ядер дейтерия, гелия-3 и лития-9. Вселенная состояла на 87% из протонов и на 13% из нейтронов.
Обратите внимание, что в этот момент времени все ядра были ионизированы, существовало только ядро ​​атомов – электроны не были связаны с ними. Вселенная была настолько горячей, что электроны не могли присоединиться к нуклонам.
#первыеатомы
#нуклеосинтезБольшогоВзрыва
Вселенная всё ещё была непрозрачной, поскольку фотоны, переносящие свет, взаимодействовали с нуклонами и электронами, летающими вокруг. Они не могли свободно распространяться в пространстве. Эта фотонная эпоха длится 380 000 лет, пока Вселенная не остынет до 3000 Кельвинов. Электроны теперь могут связываться с нуклонами, образуя нейтральные и стабильные атомы. Это называется рекомбинацией.

Фотоны теперь могли свободно распространяться по Вселенной....