Разум побеждает: Рассказывают ученые

В этот период вещество Вселенной напоминало плазму. Оно представляло собой расширяющееся облако протонов, электронов и легких ядер (главным образом гелия), пронизанное гигантскими электромагнитными потоками всех степеней жесткости — от радиоволн до гамма-лучей. Излучение это, конечно, обладало равновесной с веществом температурой. Но температура по мере расширения быстро уменьшалась. «Выстрел» свершился — и горячие газы вырвались на простор… Поэтому через несколько тысяч лет после «взрыва» температура достигла вполне привычных для нас значений: 3000–4000°К[12], а плотность вещества упала примерно до 10^–20 г/см³. В этих условиях электроны уже могли соединяться с ядрами и образовывать первые в юной Вселенной легкие атомы — водородные, гелиевые и т. п. В такой среде излучение как бы «отрывается» от вещества, перестает испускаться и поглощаться. Температура этого излучения тоже быстро уменьшается.

Как известно, температура меняется обратно пропорционально расстоянию между любыми удаленными частицами расширяющегося объема, а плотность обратно пропорционально кубу этого расстояния. Вспомним, что плотность вещества в современной Вселенной достигает значения 10^–29 г/см³. Поделив величину плотности вещества юной Вселенной — 10^–20 на сегодняшнюю плотность — 10^–29, мы получим величину 10⁹. Это соответствует изменению расстояния в 10³, или, говоря иными словами, радиус современной Вселенной в 1000 раз больше, чем той прежней, о которой идет речь. А это означает, что температура «оторвавшегося» излучения должна теперь быть в 1000 раз меньше, то есть соответствовать приблизительно 3°К.

Мысль о том, что такое излучение — «свидетель» первоначального «взрыва» — можно обнаружить в космосе, была высказана еще более 20 лет назад, но, как это часто бывает, ей не придали большого значения: идея была «чуточку» преждевременной. Зато поеле 1965 г., когда реликтовое излучение было открыто, все смогли оценить, насколько она была справедлива. Остается добавить, что температура этого излучения оказалась 2,7°К! Это был еще один триумф современной научной теории. Выяснилось, что разработайные советским ученым А. А. Фридманом в начале 20-х годов модели Вселенной не только качественно, но и количественно вполне реально описывали эволюцию мира. Столь же справедливой оказалась и гипотеза о «горячей» Вселенной.

Наиболее примечательное свойство реликтового излучения — его удивительная однородность, как говорят ученые, изотропность: со всех точек неба оно поступает к нам с одинаковой интенсивностью. И это тоже помогает ученым: ведь исследуя современный реликтовый фон и высчитывая, каким он был на более ранней стадии, можно заглянуть в прошлое Вселенной. Поэтому с полным на то основанием сегодня можно сказать, что в период «отрыва» излучения от вещества Вселенная была более или менее изотропной. Это очень важный вывод, хотя он и не дает нам права судить о более ранних стадиях, когда первичное облако не было «прозрачно» для излучений.

В первые секунды — а может быть, даже дни и годы после «взрыва» Вселенная могла быть сильно анизотропной, то есть обладать любыми неоднородностями. Но постепенно они сгладились, как складки на камере мяча после его накачки. При этом следует учесть также, что на пути к нам кванты реликтового излучения многократно рассеивались и «забывали» о своем далеком прошлом. Вот почему о более ранних стадиях жизни Вселенной мы можем только высказывать гипотезы. Однако не исключено, что об этих периодах нам когда-нибудь смогут рассказать реликтовые нейтрино и гравитационные волны, если ученые когда-нибудь сумеют их поймать.

И все же современная наука сумела совершить громадный прыжок в прошлое нашего мира! Если квазары позволили им приблизиться к моменту «большого взрыва» лишь на 2 миллиарда лет, то реликтовые кванты сократили этот срок до 300 тысяч лет. По сравнению с гигантским временем существования Вселенной это очень мало.

Однако попробуем все же подойти еще ближе к «началу». Согласно «горячей» модели Вселенной Фридмана, через 100 секунд после «взрыва» плотность вещества должна составлять около 100 г/см³, а температура — 10⁹ градусов. Подсчеты говорят, что на этой стадии вещество состояло в основном из протонов, нейтронов и электронов. При этом протоны активно взаимодействовали с нейтронами, образуя главным образом альфа-частицы. Те же немногие нейтроны, которые не успели вступить во взаимодействие, распадались. Таким образом, сразу же после «взрыва» Вселенная состояла на 90 процентов из протонов и на 7–8 процентов — из ядер гелия. Отсюда понятно, что, определив процент гелия в сегодняшней Вселенной, можно было бы существенно подкрепить «горячую» фридмановскую модель. И действительно, у исследователей теперь есть немало оснований утверждать, что гелия во Вселенной много — около 5–10 процентов.