Свет, исходящий от дальних галактик, свидетельствует о том, что они понемногу удаляются от Млечного Пути. Это значит, что Вселенная расширяется, а что было раньше? Ранее ее протяженность была значительно меньше современной, можно даже выдвинуть гипотезу о том, что в какой-то момент наша Вселенная представляла собой точку. Какие события послужили толчком для образования такой Вселенной, какой мы воспринимаем ее сегодня?

Точка отсчета

Считается, что формирование Вселенной началось с Большого Взрыва, до этого времени нельзя даже говорить о протяженности и размерах. Не было ничего, кроме точки. В 30-х годах развивается квантовая механика. В это же время был сформулирован «принцип неопределенности», его автором был лауреат Нобелевской премии физик Вернер Гейзенберг. Суть «принципа неопределенности» сводится к следующему: сопряженные переменные не могут быть одновременно измерены с произвольной точностью, т.е. это касается и скорости, и положения какой-либо частицы или тела.

Минимальная длина (одна из сторон протяженности) зарождающейся Вселенной составляла 10^-35 м, ее называли «длиной Планка». Образование такой малой, буквально микроскопической Вселенной, знаменует «точку зеро». На заре образования Вселенная была настолько горячей, что материя не могла принять какую-либо определенную форму, четыре главные силы были унифицированы. Представим, что происходит по мере нагревания материи – от повышения температуры растет энергия, молекулы распадаются па атомы, атомы, в свою очередь, – на ядра и электроны. Затем ядра распадаются на протоны и нейтроны. Ясно, что в очень горячей Вселенной обычная материя не могла существовать, она присутствовала в виде «пара» и радиации. Вселенная расширялась и постепенно начала охлаждаться. Соответственно, четыре силы, существовавшие вместе, начали распадаться, первая – сила гравитации, затем ядерная большая и ядерная слабая сила и, наконец, электро­магнитная сила.

Расширение Вселенной

Наблюдения за радиоволнами свидетельствуют о том, что во всех частях неба существует излучение. Оно представляет собой своего рода космическое эхо Взрыва, который дал толчок образованию Вселенной, в которой мы живем.

Особенность этих радиоволн заключается в том, что время, необходимое свету для пересечения всей Вселенной и передачи информации, превышает возраст самой Вселенной. В связи с этим неудивительно, что излучение, поступающее к нам из разных областей космоса, имеет неодинаковые характеристики – просто разные космические зоны не успели «обменяться новостями».

Эта особенность существовала еще и в те времена, когда Вселенная имела не такую огромную протяженность. Древнейшее излучение подтверждает, что, вне всякого сомнения, существовал обмен информацией, все области космоса отправляли однородную информацию. Астрофизики пытались найти объяснения – почему информация однородная, и многие ученые пришли к выводу, что сразу после зарождения Вселенная увеличивалась очень быстрыми темпами – это так называемое «галопирующее расширение». Расширение Вселенной происходило в геометрической прогрессии – т.е. за один и тот же временной период Вселенная увеличивалась вдвое, затем вчетверо и так далее.

Этот период длился недолго, но в результате таких быстрых темпов расширения стерлись существующие на заре появления Вселенной неоднородности. Существует предположение, что вначале па уровне различных областей происходил обмен фотонами, но по мере галопирующего расширения они слишком удалились друг от друга для обмена «посланиями». В настоящее время расширение Вселенной происходит не в таком быстром темпе. До начала галопирующего расширения фотоны имели возможность пересекать космическое пространство, и оно становилось однородным.

Это вполне приемлемое объяснение того факта, что реликтовое космическое излучение настолько однородно. Галопирующее расширение происходило при 10^-32 секундах после Большого Взрыва, т.е. Вселенная увеличивалась вдвое каждые 10^-34 секунды. За такой короткий промежуток времени размеры Вселенной увеличились на фактор 2¹⁰⁰, т.е. почти в 10³⁰. Спутник зафиксировал небольшую неоднородность. Этот феномен вписывается в рамки квантовой теории.

Плотность

Проблема плотности материи также тесно связана с галопирующим расширением Вселенной. В соответствии с теорией относительности судьба Вселенной зависит от плотности ее материи. Что это значит? Если плотность ниже определенной критической точки, Вселенная будет расширяться постоянно, сила притяжения будет не в состоянии сдерживать огромные небесные тела. Если же плотность превышает эту критическую точку, превалировать будет сила притяжения и соответственно Вселенная прекратит расширение, в результате может наступить «Big Crunch» – «Большое сжатие», т.е. коллапс.

Полученные данные говорят о том, что плотность Вселенной в настоящее время близка к критической точке. Незначительное отклонение от нее произошло в сторону увеличения на уровне 10⁶⁰. К счастью, это немного.

Появление материи

По мере расширения Вселенной ее температура уменьшалась, и постепенно начали формироваться частицы, из которых образовалась материя. Появлялись частицы и античастицы, т.е. корпускулы – основные частицы ядра. Частицы и античастицы образовывали фотоны. Сначала образуются кварки и антикварки, затем протоны и нейтроны. Пока неясно, как именно это произошло, но в определенный момент нарушилась совершенная симметрия между материей и антиматерией в пользу материи. В принципе частицы и античастицы появляются в парах, т.е. не должна преобладать материя или антиматерия.

Образование элементов

Понижение температуры достигло такого уровня, при котором стало возможно объединение частиц и образование атомов. Этот момент – формирование первых нейтральных атомов – очень важен, так как материя стала прозрачной для излучения. До этого времени фотоны постоянно сталкивались с частицами, воздействуя на них. Сначала образовались самые простые атомы – атомы водорода, – и только потом в ходе ядерных реакций – атомы гелия. Согласно современным научным теориям, доисторическая Вселенная содержала исключительно водород и гелий (и совсем немного лития).

Соотношение было четким – на каждый атом гелия приходилось примерно восемь атомов водорода. В настоящее время гелия больше, а также внутри звезд имеются и тяжелые элементы. После образования первых элементов в течение некоторого времени во Вселенной не происходило ничего нового. Затем по мере расширения Вселенной и понижения температуры материя начала сгущаться – стали образовываться звезды и более сложные структуры, которые мы видим в настоящее время.


Источник:
Жанлука Ранцини
AstroEra.NET