65 ½ (не)детских вопросов о том, как устроено всё

Далее Вселенная продолжала расширяться и остывать, и через 10^–12 секунды после начала ее расширения электрослабое взаимодействие разделилось на уже привычные нам электромагнитное и слабое, материя начала аннигилировать с антиматерией, которой тогда уже было немного меньше, чем обычного вещества. Оставшиеся кварки и глюоны объединились и образовали протоны и нейтроны (это произошло примерно через 10^–6 секунды после Большого взрыва). По мере дальнейшего расширения и остывания вещества Вселенной отдельные протоны и нейтроны начали объединяться в ядра дейтерия (изотопа водорода), гелия и других легких элементов.

Однако все это время температура материи была настолько высока, что электромагнитное излучение не могло свободно распространяться по Вселенной – его постоянно поглощали и опять излучали высокоэнергичные элементарные частицы. Но когда Вселенной было уже примерно 380 тысяч лет, материя остыла до 3000 градусов по Кельвину, и наступила Эра рекомбинации. При такой температуре уже могут существовать стабильные нейтральные атомы. Поэтому материя уже перестала поглощать свет (из плазмы превратилась в обычный газ), а излучение полностью отделилось от вещества и стало свободно путешествовать по Вселенной. И путешествует оно до сих пор. Его существование предсказал американский физик-теоретик русского происхождения Георгий Антонович Гамов (1904–1968) в своей работе 1948 года, а астрофизики Роберт Вильсон (род. в 1936 г.) и Арно Пензиас (1933–2024) обнаружили при помощи радиотелескопа. Это излучение называется реликтовым, поскольку именно оно осталось после эпохи рекомбинации. Его излучили не звезды, которые появились гораздо позже, а все вещество Вселенной. А значит, реликтовое излучение должно быть везде и по всем направлениям почти одинаковым[141]. Поэтому его еще называют фоновым излучением. Оно содержит в себе информацию о том, в каком состоянии находилась Вселенная на первых этапах своего развития, и может многое нам рассказать о той эпохе.

За время жизни Вселенной реликтовое излучение очень сильно изменилось. Поскольку Вселенная все это время расширялась, то и все волны, проходящие через Вселенную, тоже должны были растянуться. Поэтому длина волны реликтового излучения все эти миллиарды лет становилась все больше и больше. И сегодня это уже не свет, испущенный высокоэнергичными частицами с температурой несколько тысяч градусов, а радиоволна, соответствующая температуре теплового излучения всего лишь на 2,7 градуса выше абсолютного нуля. Так что увидеть его своими глазами мы уже не можем. А вот наши радиоприемники и телевизоры могут ловить эти отголоски Большого взрыва и транслировать нам в виде шипящих помех или ряби на экране.

Но давайте все же вернемся к вопросу о том, где произошел Большой взрыв. Если вы захотите в сегодняшней Вселенной найти ту самую точку, из которой она начала расширяться, то вам это не удастся. Потому что в момент начала расширения всё пространство Вселенной и было этой точкой, т. е. именно из этой точки и появилось всё пространство. В том числе и то пространство, где мы с вами находимся. Так что Вселенная взорвалась сразу везде и расширяется из каждой точки сегодняшнего пространства.

С другой стороны, когда мы слышим слово «взрыв», то сразу представляем себе некий не очень большой объект, например, бомбу, которая взрывается, образуя взрывную волну, распространяющуюся в окружающем пространстве. То есть для осуществления взрыва всегда предполагается наличие внешнего по отношению к бомбе пространства. Но с Большим взрывом дела обстоят совсем иначе – поэтому слово «взрыв» в этом контексте может вводить в заблуждение. Ведь про сингулярность, из которой рождается Вселенная, невозможно сказать, что она где-то находилась. В момент рождения Вселенной всё пространство – это и есть сингулярность, которая не находится нигде. Не существует никакого внешнего по отношению к Вселенной пространства, в которое она помещена и в котором расширяется. Поэтому так поставленный вопрос о месте Большого взрыва не имеет смысла, хотя наш бытовой опыт и здравый смысл подсказывают, что для расширения чего бы то ни было внешнее пространство просто необходимо. Но ранняя Вселенная – это не то место, где интуиция и наглядные образы нашего повседневного опыта могут быть применимы. Нам придется признать, что привычные нам пространство и время когда-то возникли, дав начало всей нашей Вселенной.

Вопрос 64. Чем темная материя отличается от темной энергии?

Наверняка вы что-то слышали про темную материю или темную энергию, составляющие значительную часть всего содержимого Вселенной. Их часто отождествляют друг с другом, хотя это абсолютно разные субстанции. В чем же тогда их отличие и зачем вообще они понадобились физикам? Давайте попробуем разобраться в этом темном деле.