Астрономия на пальцах

Что творилось на этом этапе? Откуда взялся водород? И как вообще материя ведет себя в столь необычных условиях, которые порождает сингулярность? Сразу отвечу: этого никто не знает. У физиков нет математического аппарата, который работал бы в таких странных условиях – условиях бесконечностей. Но зато у них есть математический аппарат, который описывает поведение материи в условиях, очень близких к сингулярности. Вот с какого-то микроскопического момента времени, отстоящего от сингулярности, все становится более-менее ясным. А с самой сингулярностью – ничего не ясно. Может быть как таковой ее и не существует. Может, никогда не была Вселенная нулевой по объему и бесконечной по плотности, а была она все-таки микрообъектом с конечными величинами.

Итак… С момента Большого взрыва прошло 10^-35 секунды. Это – ничтожная доля секунды. Если ее записать в виде дроби, получится вот что:

_________________1________________________

100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

Я даже не знаю, есть ли специальное название у той единицы с 35 нулями, которая записана в знаменателе. Но любому малышу ясно: если единичку разделить на это умопомрачительное число, получится ничтожно малая доля от этой единички.

Так вот, когда Вселенной стукнуло от роду вот такое вот время, ее температура составляла 10²⁷

градусов. То есть единица с 27 нулями. Как вообразить такую температуру? Да никак! А плотность Вселенной была 10⁸⁰ г/см³. Как представить себе такую плотность? Да никак! Не можем мы никак осознать столь гигантские величины. А вот размер осознать можем – диаметр Вселенной составлял тогда около 10 сантиметров. То есть немногим более теннисного мяча.

Вселенная-мячик тогда представляла собой сплошной хаос – нельзя было отличить вещество от излучения, гравитацию от сильного взаимодействия и от электромагнетизма, все было едино в этом слепящем клубке дикой энергии.

А затем уже началась некая дифференциация, то есть разделение. Например, стали различимы разные взаимодействия – гравитация стала гравитацией, вещество – веществом, а поле – полем.

Вселенная стремительно расширялась (этот период ее расширения называют инфляционным), температура стремительно падала. По сути, свою гигантскую энергию Вселенная разменивала на пространство, она остывала и увеличивалась в размерах.

Когда Вселенную с размера теннисного мяча раздуло до одного миллиарда километров, ее возраст составлял 10^-12 секунды, а температура упала до 10¹⁶

градусов. То есть ничтожная, непредставимо малая доля секунды миновала, а Вселенная – уже миллиард километров!

Прошла еще ничтожная доля мгновения, и вот уже возраст Вселенной 10^-6 секунды, температура и плотность еще упали, а Вселенную расперло уже до 10 миллиардов километров. Много это или мало? Для современной Вселенной это не расстояние. Но именно тогда первичные частицы, которые называют кварками, начали слипаться и образовывать привычные нам протоны и нейтроны. Про кварки мы ранее ничего не говорили, потому что в современном мире они не существуют: кварки в свободном виде могут быть только при тех немыслимых температурах и энергиях, которые были в той ранней Вселенной – только тогда хватало внешней энергии, чтобы разорвать слипшиеся кварки. А сегодня все кварки прочно связаны в нейтронах и протонах, образующих неразделимую конструкцию, и нет таких сил, которые могли бы разорвать нейтрон или протон на кварки – все эти силы остались в далеком и чудовищно горячем прошлом нашего мира.

И вот здесь самое время обратить ваше внимание на один хитрый механизм эволюции, то есть развития, усложнения систем. Заключается он в следующем: как только внешняя энергия среды падает ниже какого-то уровня, становятся возможными сложные структуры, потому что их перестает разрывать внешняя агрессивная среда. При энергиях Вселенной ниже определенной кварки намертво сцепились друг с другом, и уже случайные столкновения частиц друг с другом стали не такими энергичными, как прежде, чтобы оторвать один кварк от другого. И мы получили нейтроны и протоны.

Затем энергия раздувающейся и потому охлаждающейся Вселенной упала еще больше, и хаос безумных столкновений вещества и излучения стал уже не в силах разрывать слепившиеся ядерными силами нейтроны и протоны, и они стали образовывать пары. Затем, по мере дальнейшего раздувания и падения температуры, сила притяжения электронов и протонов превысила внешнюю разрывающую их силу и, найдя друг друга, они стали образовывать первые атомы – атомы водорода. Вы же не забыли, что атом водорода – это всего лишь электрон, притянувшийся к протону и кружащийся вокруг него? Раньше такая устойчивая связь была бы невозможной: мощность излучения и скорости частиц в горячей Вселенной (то есть их энергии) были такими, что пересиливали любые попытки зацепиться друг за друга. Сшибались и разлетались! А потом – раз, средняя энергия мечущихся частиц во Вселенной по мере ее катастрофического раздувания упала, частицы остыли и стали образовывать уже сложненькие системки в виде водородных атомов. Хаос сменился новой структурой.