Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство

Ускоряющийся рост объема Вселенной прекратился из-за того, что ложный вакуум потерял устойчивость и распался, порождая массу элементарных частиц, нагретых приблизительно до 10²³ К. Теперь все идет совершенно закономерно, в соответствии со стандартным сценарием. Вселенная заполнена фотонами, лептонами, кварками, антилептонами и антикварками.

В ходе дальнейшего охлаждения частицы аннигилировали с античастицами, порождая фотоны. Это продолжалось до тех пор, пока не осталось «небольшого» количества частиц, для которых не нашлось античастиц. И, не имея возможности аннигилировать, они стали тем, из чего сформировалось все вещество современной Вселенной.

Написав «небольшое» количество», мы имели в виду, что одна частица приходилась на миллиард фотонов и миллиард нейтрино.

Здесь начинается различие между предсказанием и реальностью.

Еще недавно считалось, что основную часть плотности массы Вселенной составляет обычное вещество. Подсчеты показывали, что средняя плотность массы обычного вещества составляет примерно 3 10^-31 грамма на кубический сантиметр, а плотность массы реликтовых фотонов и нейтрино вместе 10^-33 грамма на кубический сантиметр.

Теперь мы знаем, что средняя плотность массы реликтовых нейтрино близка к 10^-29 грамма на кубический сантиметр.

Роли вещества и нейтрино в дальнейшей эволюции Вселенной поменялись. Теперь оказалось, что главное определяют нейтрино, а обычное вещество играет подчиненную роль.

Мы знаем, что на рубеже первой секунды при температуре 1010 К средняя плотность массы Вселенной уменьшилась настолько, что нейтрино, двигавшиеся при этой температуре со скоростями, близкими к скорости света, практически перестали взаимодействовать с обычным веществом, свободно перемещаясь в расширяющемся пространстве. При этом средняя плотность массы нейтрино во Вселенной всюду одинакова, так как любое малое сгущение рассасывается за счет ухода из него более быстрых нейтрино.

По мере расширения Вселенной, а в это время оно происходит в соответствии со стандартным сценарием, то есть по Фридману, нейтрино, как и остальное вещество, непрерывно остывают, а скорость их движения соответственно убывает. Расчеты показывают, что вследствие этого в стандартном сценарии возникает новый характерный рубеж. Приблизительно через 300 лет после Большого взрыва скорость нейтрино падает настолько, что они не успевают выравнивать случайные неоднородности своего распределения в пространстве. Это значит, что выравнивание средней плотности нейтрино успело произойти только в областях, размеры которых через 300 лет после начала расширения Вселенной не превышали 300 световых лет.

Теперь, когда уменьшившаяся скорость нейтрино не позволяет им выравнивать случайные отклонения плотности в областях этих размеров, гравитационные силы начинают стягивать эти области к их центру. Астрофизики сумели вычислить, какова суммарная масса всех нейтрино, заключенных в таких областях. Она оказалась огромной, равной приблизительно 10¹⁵ солнечных масс.

Еще в середине семидесятых годов Зельдович установил, что процесс сжатия в космосе огромных масс силами тяготения оказывается неустойчивым. Хотя первоначально сила тяжести, действующая на каждую частицу, направлена к центру их масс, частицы, вопреки мнению Ньютона, не соберутся в сферическое тело. Космические структуры, образующиеся в таких условиях, оказываются сильно сплюснутыми. Зельдович назвал их блинами. Такими плоскими дисками предстает перед астрономами подавляющее большинство галактик, в том числе и наша Галактика.

Проводя эти исследования, Зельдович не ограничивался определенными частицами. Его выводы применимы и к нейтрино.

Ввиду того что исходные неоднородности, дающие начало образованию блинов, расположены хаотически, столь же хаотическим оказывается расположение блинов. Соприкасаясь между собой, они образуют незримые гигантские нейтринные соты. Между стенками сотов очень мало нейтрино и обычного вещества.

Процесс образования нейтринных сотов длится миллионы лет. Гравитация, обусловленная нейтрино, увлекает за собой и обычное вещество. Лишь фотоны, для которых Вселенная уже давно (после 3 10⁵ —5 10⁵ лет) прозрачна, продолжают расширяться вместе со Вселенной. Плотность их распределения в пространстве сохраняет однородность. Их температура постепенно уменьшается к ее современному значению 2,7 К. Вместе со Вселенной продолжают разбегаться и центры огромных масс, образующих блины: блины растягиваются, основное количество нейтрино оказывается сосредоточенным там, где соприкасаются два или три блина.

Именно в этих областях под влиянием гравитации, обусловленной нейтрино, возникают скопления обычного вещества, из которого формируются скопления галактик, галактики и звезды.

Мы знаем, что общая масса нейтрино в таком блине равна 10¹⁵ солнечных масс. А обычного вещества в нем в 30 раз меньше. Значит, количество обычного вещества, сосредоточенного здесь, составляет 3 10¹³ солнечных масс.