Приложение 6. Классическая периодизация эволюции Вселенной

Приложение 6

Классическая периодизация эволюции Вселенной

К разделу — История одной Вселенной

В данном Приложении принят единый способ расчёта радиуса для всех эпох: комовинговый радиус наблюдаемой Вселенной на сегодня R0 переводится в proper-радиус той же наблюдаемой области на интересующей эпохе с красным смещением z:

R(z)=R_сейчас / (1+z)

Подчеркиваю, это именно сегодняшняя наблюдаемая область, перенесённая в прошлое с масштабированием a=1/(1+z) [22]. Такой выбор:

— даёт гладкую сшивку на границах эпох (конец предыдущей = начало следующей по z и по R);
— привязывает числа к опорным параметрам Planck 2018 (якоря — z_eq и z\* поверхности последнего рассеяния);
— обеспечивает единообразие.

Для самых ранних этапов, где задано только время t, а не z, масштаб используется как R∝t^1/2 (радиационное доминирование) или R∝t^2/3 (материальное доминирование), границы снова сшиваются с соседними эпохами, где z уже задан.

R_сейчас, R_начало, R_конец – радиус сейчас / на начало периода / на конец периода (м).
t_сейчас, t_начало, t_конец – время на начало периода / на конец периода (с / год).
z_сейчас, z_начало, z_конец – красное смещение сейчас / на начало периода / на конец периода.

Примечание 22

не радиус Хаббла R_H=c/H(z) и не «частицевый горизонт на дату»

Современность (событие) / Today / Now

Настоящий момент — это вершина эпохи Λ-доминирования. Вселенная достигла возраста почти 14 миллиардов лет, и ускоренное расширение полностью определяется «тёмной энергией».

	начало	конец (сейчас)
z		0 (по определению)
t, с		4.35495×10¹⁷
t, год		1.37970×10¹⁰
R, м		4.36520×10²⁶

Космологические параметры (Planck 2018):
- ΩΛ = 0.6847 (доминирующий вклад)
- Ωₘ = 0.3153 (второстепенный вклад)
- Ωᵣ = 9.1×10⁻⁵ (пренебрежимо мало)

Факторы изменения радиуса: ускоренное расширение под действием Λ-члена; материя и излучение больше не играют ведущей роли.

Λ-доминирование / Λ-domination / Λdom

Эпоха Λ-доминирования началась, когда плотность «тёмной энергии» сравнялась с плотностью материи. С этого момента космос перешёл к ускоренному расширению, и именно Λ-член определяет динамику Вселенной до настоящего времени.

	начало	конец (сейчас)
z	0.29497 (момент равенства ρₘa⁻³ = ρ_Λ)	0 (по определению)
t, с	3.12105×10¹⁷	4.35495×10¹⁷
t, год	9.88900×10⁹	1.37970×10¹⁰
R, м	3.00890×10²⁶	4.36520×10²⁶

Факторы изменения радиуса: Доминирование Λ-члена, ускоренное расширение. Материя остаётся второстепенной, вклад радиации пренебрежимо мал. Возможный диапазон оценок радиуса в начале эпохи зависит от того, как именно определяется граница равенства (по средним параметрам Planck 2018 или с учётом ошибок Ωₘ и ΩΛ); разброс не превышает 1–2%.

Формирование крупных структур / Large-scale structure formation / Struct Form

Постреионизационный рост гравитационных неустойчивостей: формируются гало тёмной материи, галактики, группы и скопления; вырисовывается «космическая паутина». Доминирует материя; вклад Λ растёт и на границе эпох достигает равенства с материей.

	начало	конец
z	5.6768	0.29497
t, с	3.15576×10¹⁶	3.12105×10¹⁷
t, год	1.00000×10⁹	9.89001×10⁹
R, м	6.53780×10²⁵	3.0089×10²⁶

Факторы изменения радиуса: доминирование материи (рост контрастов плотности); плавное усиление Λ к границе эпохи. Возможный диапазон для R_начало (порядка нескольких %) связан с тем, что z(t) на ~1 Gyr получается из инверсии FRW в матерно‑доминированном режиме; уточнение параметров (H₀, Ωₘ) и учёт малой радиационной поправки дают небольшие сдвиги. Конечная точка (z_конец, R_конец) фиксируется строго равенством ρₘa⁻³ = ρ_Λ.

Реионизация / Reionization / Re‑ion

Переходный период, когда первый ионизирующий фон от звёзд/квазаров постепенно «прокладывает окна» в межгалактической среде, переводя водород в ионизованное состояние. Структуры уже зарождаются, но крупномасштабный рисунок «паутины» ещё только набирает силу.

	начало	конец
z	9.5913	5.6768
t, с	1.57788×10¹⁶	3.15576×10¹⁶
t, год	5.00000×10⁸	1.00000×10⁹
R, м	4.12151×10²⁵	6.53780×10²⁵

Факторы изменения радиуса: доминирование материи; рост первых источников ионизации ускоряет прозрачность среды, но на динамику расширения Λ‑член ещё почти не влияет. Возможный диапазон для R_начало связан с уточнением z(t): в полной ΛCDM с учётом малой радиационной поправки значение уменьшается примерно на 0.1–0.3% (то есть R1∼4.11–4.12×10²⁵ м).

Космическая заря / Cosmic Dawn / Cosm Dawn

	начало	конец
z	20	9.5913
t, с	6.31152×10¹⁵	1.57788×10¹⁶
t, год	2.00000×10⁸	5.00000×10⁸
R, м	2,07867×10²⁵	4.12151×10²⁵

Факторы изменения радиуса: доминирование материи; вклад Λ пренебрежимо мал. Возможный диапазон для R1 и R2 в пределах ≈±(0.1–0.3)% связан с учётом/неучётом малой радиационной поправки и точным выбором параметров Planck‑2018.

Тёмные века / Dark Ages / Dark Ages

Промежуток после рекомбинации, когда Вселенная была прозрачной, но ещё не существовало источников света. Газ состоял главным образом из нейтрального водорода и гелия. В это время формировались первые гравитационные флуктуации, но звёзды и галактики ещё не зажглись.

	начало	конец
z	1020	20
t, с	1.34100×10¹³	6.31152×10¹⁵
t, год	4.25000×10⁵	2.00000×10⁸
R, м	4,27542×10²³	2,07867×10²⁵

Факторы изменения радиуса: доминирование материи и частично радиации на ранней фазе; экспансия замедляется по сравнению с радиационно-доминированной эпохой, но Λ-член ещё незначителен. Диапазон радиусов зависит от выбора точки завершения «тёмных веков» (момент появления первых источников света: z≈30–15); различие может смещать R на ~±10%.

Рекомбинация / Recombination / Light

Эпоха, когда протоны и электроны соединились в нейтральный водород и гелий. Вселенная стала прозрачной для излучения — именно тогда возникло реликтовое излучение (CMB), которое мы наблюдаем сегодня. Краткий промежуток (около 10⁵ лет) после Большого взрыва, когда температура упала до ≈ 3000 K и электроны рекомбинировали с протонами, делая Вселенную прозрачной для излучения. Красное смещение z ≈ 1100. Рекомбинация — узкий переходный этап между плазменной и прозрачной фазой.

	начало	конец
z	1180	1020
t, с	1,04440×10¹³	1.34100×10¹³
t, год	3.31000×10⁵	4.25000×10⁵
R, м	3,69619×10²³	4,27542×10²³

Факторы изменения радиуса: доминирование материи с заметным вкладом радиации; скорость расширения постепенно замедляется. Возможный диапазон радиусов определяется уточнением критерия «конца рекомбинации» (с учетом z ≈ 1089,92 Planck-2018), что может изменять R примерно на 15–16%.

Доминирование материи / Matter domination / Matter

После равенства плотностей излучения и материи динамику расширения начинает определять материя (в первую очередь — «тёмная»). Плазма ещё непрозрачна, но масштабный фактор уже растёт по «материальному» закону. Эпоха завершается у старта рекомбинации.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1,48321×10¹² (равенство излучения и материи)	1,04440 ×10¹³ (старт рекомбинации = 331 000 лет)
t, год
R, м	1,27418×10²³	3,69619×10²³

Факторы изменения радиуса: материально‑доминированная динамика ΛCDM, закон R∝a∝t^2/3.

Фотонное доминирование / Photon domination / Photon

После нуклеосинтеза Вселенная остаётся в состоянии горячей ионизованной плазмы. Фотоны плотно связаны с барионами (через электроны), и именно они определяют динамику: плазма непрозрачна, фотоны не могут свободно распространяться. Радиационно-доминированная эволюция продолжается вплоть до Рекомбинации.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.20000×10³	1.48321×10¹²
R, м	7,4480×10¹²	1,27418×10²³

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2.

Нуклеосинтез / Big Bang nucleosynthesis / BBN

Период, когда при температуре порядка 10⁹ K в первые минуты Вселенной начали формироваться лёгкие ядра — дейтерий, гелий-3, гелий-4, литий-7. Баланс процессов определил современное отношение H/He. Эволюция радиусов соответствует радиационно-доминированной динамике.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.80000×10²	1.20000×10³
R, м	2.8580×10¹²	7.4480×10¹²

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2.

Эпоха нейтрино / Neutrino epoch / Neutrino

В этот период нейтрино перестают эффективно взаимодействовать с веществом и «отвязываются» от плазмы. Они начинают свободно распространяться по Вселенной, формируя реликтовый фон нейтрино. Радиационно-доминированная динамика продолжается.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10¹	1.80000×10²
R, м	6.7400×10¹¹	2.8580×10¹²

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2; рост времени от 10 до 180 s (×18) даёт увеличение радиуса в 4.2426 раз.

Лептонная эпоха / Lepton epoch / Lepton

Фаза, когда динамику Вселенной определяют лептоны (электроны, мюоны, нейтрино и их античастицы). При температуре ~10¹⁰ K происходят активные процессы аннигиляции и взаимодействия лептонов. К концу эпохи (несколько секунд после Большого взрыва) большинство лептонов аннигилирует, остаётся избыток электронов, необходимый для формирования атомов в дальнейшем.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁰	1.00000×10¹
R, м	2.13220×10¹¹	6.7400×10¹¹

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2; рост времени от 1 до 10 s (×10) даёт увеличение радиуса в ≈ 3.1623 раза.

Адронная эпоха / Hadron epoch / Hadron

Период, когда температура Вселенной упала достаточно, чтобы кварки перестали существовать в виде плазмы и связались в устойчивые адроны — протоны и нейтроны. К концу эпохи адроны аннигилируют с антиадронами, остаётся небольшой избыток барионов, определяющий современную материю. Эволюция радиусов соответствует радиационно-доминированной фазе.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻⁶	1.00000×10⁰
R, м	2.13220×10⁸	2.13220×10¹¹

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2; рост времени от 10⁻⁶ до 10⁰ s (×10⁶) даёт увеличение радиуса в 1000 раз.

Кварк-глюонная плазма / Quark–gluon plasma / QGP

Этап, когда Вселенная была настолько горячей (T≈10¹² K), что кварки и глюоны не образовывали связанных состояний (адронов), а существовали в виде плотной плазмы. При остывании ниже характерной температуры начинается связывание кварков в нуклоны. Радиусы считаем по закону R∝t^1/2 из ΛCDM.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻¹²	1.00000×10⁻⁶
R, м	2.13220×10⁵	2.13220×10⁸

Факторы изменения радиуса:радиационно-доминированная динамика ΛCDM, закон R∝t^1/2; за время от 10⁻¹² до 10⁻⁶ s (увеличение в 10⁶ раз) радиус растёт в √10⁶ = 1000 раз.

Электрослабое разделение (событие) / Electroweak symmetry breaking / ElWeak

Переход, при котором поля W± и Z⁰ получают массу, а электромагнитное взаимодействие отделяется от слабого.

	начало	м
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻¹²	1.00000×10⁻¹²
R, м	2.13220×10⁵	2.13220×10⁵

Факторы изменения радиуса: нет

Радиационно‑доминированная плазма / Radiation‑dominated plasma / RAD

Горячая ультрарелятивистская плазма (лептоны, фотоны, нейтрино, при самых ранних временах — кварки/глюоны). Динамика масштаба как при излучении: a∝t^1/2. В конце эпохи происходит электрослабое разделение (событие).

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻²⁸	1.00000×10⁻¹²
R, м	2.13220×10⁻³	2.13220×10⁵

Факторы изменения радиуса: от 10−28 до 10⁻¹²  с Вселенная живёт «как излучение», где размерный масштаб растёт как корень квадратный из t.

Реогрев / Reheating / REH

Очень короткая фаза после инфляции, когда энергия инфлатона переходит в горячую плазму частиц. Радиусы берём из стандартной космологии: как только плазма установилась, масштабный фактор растёт как при радиационном доминировании a∝t^1/2. Красное смещение (z): не релевантно до Рекомбинации

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻³²	1.00000×10⁻²⁸
R, м	2.1322×10⁻⁵	2.13220×10⁻³

Инфляция / Inflation / INFL

Короткая фаза экспоненциального расширения Вселенной. Здесь радиус растёт как R∝e^Ht (экспонента); задаём рост через число e‑folds. Для базовой линии берём N = 60 e‑folds (типичный диапазон 50–60), что решает классические задачи горизонта и плоскостности.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻³⁶	1.00000×10⁻³²
R, м	1.86710×10⁻³¹	2.1322×10⁻⁵ (рост на e60≈1.1420×10²⁶)

Факторы изменения радиуса: экспоненциальный рост R→R⋅eN с выбранным N = 60 обеспечивает нужное «разглаживание» метрики до реогрева.

GUT‑эпоха / Grand Unification / GUT

Интервал до инфляции, где (в модельной картине) сильное и электрослабое взаимодействия неразличимы; допускаются распады X/Y‑бозонов и зарождение барионной асимметрии.

	начало	конец
z		не релевантно до Рекомбинации
t, с	1.00000×10⁻⁴³	1.00000×10⁻³⁶
R, м	5.90418×10⁻³⁵	1.86710×10⁻³¹

Факторы изменения радиуса: радиационно-доминированная эволюция по ΛCDM; рост радиуса согласован с масштабным фактором, на границе с инфляцией радиусы сшиваются.

Планковская эпоха / Planck epoch / PLANCK

Планковская эпоха открывает историю Вселенной — это интервал времени, когда законы квантовой гравитации определяли динамику пространства и материи. Стандартная модель ΛCDM здесь формально не применима, так как при t < tₚ (5.39×10⁻⁴⁴ с) теория перестаёт работать. В рамках QoQ модели пространство начиналось с одного фундаментального гиперкуба размерности 100, и за эту эпоху успело пройти только один шаг развертки SER, породив ансамбль из 200 квантов размерности 99. Таким образом, Планковская эпоха — это момент Жертвы Изначальной, когда был сделан первый шаг в развёртывании мироздания.

	НАЧАЛО	конец
z	формально → ∞ (температура и плотность бесконечны)
t, с	5.39130×10⁻⁴⁴	1.00000×10⁻⁴³
t, год	1.71000×10⁻⁵¹	3.17000×10⁻⁵¹
R, м	1.61626×10⁻³⁵ (планковская длина)	5.90418×10⁻³⁵ (по правилу SER, рост от 1 до 200 квантов)

Факторы изменения радиуса: квантово-гравитационная динамика, первый шаг SER (100→99). В рамках ΛCDM радиус в этот момент не определяется, но в модели он задаётся дискретным развертыванием фундаментальных гиперкубов.

Классическая периодизация эволюции Вселенной

Приложение 6

приложение 5

поддержите меня

приложение 7

Классическая периодизация эволюции Вселенной

К разделу — История одной Вселенной

R(z)=Rсейчас / (1+z)

Подчеркиваю, это именно сегодняшняя наблюдаемая область, перенесённая в прошлое с масштабированием a=1/(1+z) [22]. Такой выбор:

Классическая периодизация эволюции Вселенной

R(z)=R_сейчас / (1+z)