Кратчайшая история Вселенной. От Большого взрыва до наших дней (в сверхдоступном изложении) - Дэвид Бейкер

плотная безжалостная радиация. Оставшиеся в живых кварки под воздействием все еще интенсивного тепла соединились в протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны в свою очередь сформировали ядра атомов водорода и гелия. Водород и гелий стали самыми первыми и простейшими из всех существующих элементов. Для ядра водорода достаточно всего одного протона. Гелию требуется больше составных элементов, и поэтому он оказался в меньшинстве. Температура Вселенной опустилась ниже 100 миллионов градусов по Кельвину слишком быстро, чтобы успели образоваться многие другие элементы (наблюдаются лишь следы первичного лития и бериллия). Более сложным элементам пришлось ждать многие миллионы лет, пока не сформировались звезды.

Вселенная расширялась и охлаждалась тысячи лет – дольше, чем на данный момент существует Homo sapiens. Через 380 000 лет после Большого взрыва Вселенная была размером более 10 миллионов световых лет и остыла до 3000 градусов по Кельвину – это в два раза горячее лавы и достаточно, чтобы расплавить золото или заставить алмаз таять, как кубик льда в летний день. Жара по-прежнему хватало, чтобы не допустить формирования большинства сложных структур, но в результате понижения температуры ядра водорода и гелия смогли захватывать электроны и становиться полноценными атомами. Вселенная начала заполняться облаками газа.

Вселенная также стала менее плотной, что впервые позволило фотонам света свободно проходить сквозь густую массу радиации и первоматерии. Когда фотоны устремились во всех мыслимых направлениях, произошла ослепительная вспышка света. Она известна как космический микроволновый фон, реликтовое излучение, и в настоящее время обнаруживается во Вселенной во всех направлениях. По сути, если вы настроите свое радио или телевизор только на статические помехи, около 1 % этих помех будет исходить от реликтового излучения. Это первая фотография Вселенной в младенческом возрасте и первый очевидный артефакт нашего далекого прошлого.

Откуда мы знаем, что Большой взрыв вообще был?

Есть несколько оснований для теории Большого взрыва. Во-первых, мы не обнаружили где-либо во Вселенной (ни на Земле, ни с помощью телескопа) ничего гарантированно старше 13,8 миллиарда лет, поэтому именно так на сегодняшний день оценивается возраст Вселенной. Если бы Вселенная была бесконечной и вечной, то мы вновь и вновь натыкались бы на материал возрастом 105 миллиардов или 802 триллиона лет.

Во-вторых, сам факт, что основная часть материи в нашей Вселенной состоит в основном из водорода и гелия, свидетельствует о том, что расширяющаяся Вселенная была сверхгорячей в течение нескольких кратких минут, а затем быстро остыла, не успев сформировать более сложные элементы. Другими словами, если бы Вселенная была бесконечной во времени и пространстве, у нас не было бы четкого объяснения, почему химический состав Вселенной таков, каков он есть. В бесконечной Вселенной с неисчислимым количеством сверхновых звезд было бы логично ожидать, что золота будет не меньше, чем водорода.

В-третьих, в 1920-х годах Эдвин Хаббл[2], составляя карту космоса, обнаружил, что большинство галактик удаляется от нас по мере расширения пространства. Проанализировав полученные данные и проведя вычисления в обратном направлении, Хаббл сделал вывод, что все галактики во Вселенной изначально были сконцентрированы в одной фиксированной точке.

Тем не менее, несмотря на открытие Хаббла, теория Большого взрыва долгое время не занимала доминирующего положения в космологии. Однако четвертое, и самое важное, подтверждение этой теории предоставил космический микроволновой фон, возникший через 380 000 лет после Большого взрыва. Если теория Большого взрыва верна, то через несколько тысяч лет после расширения Вселенной сгусток материи, плазмы и излучения раскрылся настолько, что свет смог свободно перемещаться, и в космосе произошла яркая вспышка. В 1940-х годах физики предполагали, что мы должны обнаружить остатки этой вспышки по всему космосу. Именно так и произошло в 1964 году, причем совершенно непреднамеренно. Два радиоинженера, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, пытались устранить помехи на высокочувствительной радиоантенне, но никак не могли избавиться от небольшого шипения. После многочисленных калибровок и отстрела гадивших на антенну голубей физик из Принстона[3] разъяснил радиоинженерам, что же они обнаружили. С этого момента теория Большого взрыва стала главным объяснением возникновения Вселенной, а все последующие изыскания только подтверждали и уточняли общие рамки этой теории.

Как выглядит Вселенная?

В первую долю секунды после Большого взрыва Вселенная раздулась от размера квантовой частицы до объема грейпфрута. Через секунду она стала больше нашей Солнечной системы. Четыре года спустя Вселенная уже превышала размеры Млечного Пути.

Как нам известно, в настоящее время Вселенная имеет размер в 93 миллиарда световых лет в поперечном направлении. Это означает, что есть родившиеся миллиарды лет назад звезды и галактики, которые находятся так далеко, что их свет не успел дойти до нас, поскольку с момента образования Вселенной прошло всего 13,8 миллиарда лет. То, что мы можем наблюдать с Земли, называется видимой, или наблюдаемой, Вселенной, однако за горизонтом существует масса вещей, которые мы не в состоянии разглядеть.

Кроме того, поскольку свету требуется время, чтобы пройти путь от удаленного объекта, то чем дальше мы заглядываем, тем глубже смотрим в прошлое. Например, соседняя галактика Андромеда находится от нас на расстоянии 2 миллионов световых лет. Поэтому, глядя на нее через телескоп, мы видим ее такой, какой она существовала примерно в то время, когда по Земле начал бродить Homo erectus, а саблезубые тигры еще составляли реальную опасность.

Видимую Вселенную с Земли можно наблюдать в любом направлении; в этом смысле видимая Вселенная представляет собой сферу. Однако вся Вселенная другой формы. Физики установили, что Вселенная имеет «нулевую кривизну», то есть она не изгибается обратно на себя ни в какой точке. Вселенная простирается дальше и дальше, как столешница, во всех направлениях, постоянно расширяясь в бесконечность. Наблюдаемая Вселенная – это всего лишь одно пятно во Вселенной, как ободок, оставленный кофейной чашкой на столе, а Земля – не более чем крошечная заноза, застрявшая где-то внутри этого кофейного ободка.

Цвет Вселенной – бежевый, если представить, что мы смотрим на нее человеческими глазами с большого расстояния. Другими словами, если бы нам, отодвинувшись подальше, удалось увидеть пучок света сразу от всех звезд видимой Вселенной, то цвет нашего космического пузыря показался бы бежевым. Космологи, стремясь эмоционально приукрасить оттенок Вселенной, называют его «космическим латте», но на самом деле он просто бежевый. Лично мне нравится, что Вселенная бежевого цвета: это делает космос менее пугающим.

Космический микроволновый фон

©NASA: WMAP Science Team / Science Photo Library

©Aira Pimping

Что такое Мультивселенная?

Позвольте мне побыть немного странным. Одним из неизбежных последствий в концепции Большого взрыва (наиболее принятой концепции в настоящее время) является феномен, названный «вечной инфляцией». Он означает, что в то время, как наше кофейное кольцо наблюдаемой Вселенной после образования расширяется медленнее, чем в