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

Через 10^–32 секунды после Большого взрыва размер Вселенной увеличился примерно до одного метра, и самая тяжелая часть работы завершилась. Часы завелись, их механизмы пришли в движение и начали тикать. С первой доли секунды наша судьба уже была вплетена в саму ткань космоса. Остальное, как говорится, уже история.

В течение следующих 10 секунд Вселенная выросла до размера в 10 световых лет, закручиваясь затвердевшими из чистой энергии крошечными частицами, и продолжала охлаждаться до 5 миллиардов градусов по Кельвину. Существовали только кварки и антикварки, электроны и позитроны, противоположные друг другу, материя и антиматерия. Подавляющая часть материи столкнулась с антиматерией и со вспышкой взорвалась, снова превратившись в энергию. Лишь одна миллиардная часть материи не смогла найти визави среди антиматерии, и именно эта крошечная часть материи образует все «вещи» во Вселенной, которые мы видим сегодня. Так в течение первых 10 секунд истории происходит чудо, которое спасло нас от небытия.

В течение последующих трех минут Вселенная продолжала расширяться. Ее размеры составили более 1000 световых лет – море, в котором господствовала 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.