Вселенная. Вопросов больше, чем ответов

Собственно, начало колебаний поля в то же самое время зна­менует собой конец периода инфляции, распад инфлатона на частицы и начало так называемого периода reheating’a — «разо­грева» Вселенной.

На самом деле, более точный перевод слова «reheating» — это «повторный разогрев». Тут дело в том, что в старых моде­лях инфляции Вселенная была горячей еще до начала самой инфляции — соответственно, в ней уже были частицы. В период инфляции эти частицы очень далеко разнесло друг от друга, и температура Вселенной очень сильно упала — до сверххолодного (supercooled), как говорят, состояния.

Соответственно, при распаде «ложного вакуума» (термин опять-таки из «старой» инфляции) происходил «повторный» разогрев. Ну, а сейчас он первый и единственный — но термин, тем не менее, остался.

Итак, вещество нашей Вселенной «родилось» примерно на 1СГ³⁶ секунде ее эволюции, причем температура (возникшая тог­да же) в этот момент времени равнялась совершенно чудовищ­ной с земной точки зрения величине — порядка Ю²⁹ кельвинов.

Вообще, процессы рождения вещества представляют собой интереснейшее явление — достаточно сказать, что знакомые нам элементарные частицы являлись тогда безмассовыми.

Все частицы, не только фотоны!

Но мало-мальски подробный рассказ обо всем этом, хотя и по­зволил бы немного поведать, в частности, про тот самый весьма «популярный» в последнее время¹ бозон Хиггса, к сожалению, определенно вывел бы нас за рамки этой книги. Так что оставим этот рассказ до более подходящего случая.

Скажем лишь, что примерно в это же время (чуть-чуть пого­дя) наступает конец так называемого Великого Объединения —

¹ Да-да, знаменитый Большой Адронный Коллайдер и все его «ужасы». Примеч. авт.

354

— Вселенная как она есть —

и сильное взаимодействие (отвечающее за силы, действующие в нашу эпоху внутри атомных ядер¹), отделяется от слабого (от­вечающего, в частности, за процессы бета-распада нейтрона на _протон, электрон и антинейтрино) и знакомого всем электро­магнитного.

Что же касается гравитации, являющейся четвертым (и по­следним) известным фундаментальным взаимодействием, то его отделение произошло в самом начале описываемой нами эволю­ции Вселенной, в планковские времена.

Еще немного погодя...

Впрочем, при описании процессов в нашей Вселенной — осо­бенно в самые начальные этапы ее эволюции — удобно поль­зоваться логарифмической шкалой времени. И на этой шкале данное «немного погодя», в цифрах выглядящее как примерно ю^-35 с, отстоит от предыдущего момента почти так же, как мы отстоим от эпохи образования первых звезд!

Итак, на Ю^-35 секунде происходит рождение барионной асим­метрии Вселенной, т. е. барионов (в то время представляемых кварками) за счет механизмов, описание которых, к сожалению, тоже выходит за рамки данной книги, рождается «чуть-чуть», бук­вально на одну миллиардную долю больше, чем антибарионов.

И именно поэтому сейчас мы состоим из вещества, а не из антивещества.

На всякий случай стоит отметить, что существуют теории, в которых возникновение барионной асимметрии происходит гораздо позже — вблизи ю^-10 секунды. Они называются теория­ми «холодного бариогенезиса» — в отличие от теорий «горячего бариосинтеза», описывающих процессы на кг³⁵ секунде.

Учитывая температуры, которые царят во Вселенной на ю^-10 се­кунде, становится понятно, что понятия «горячо» и «холодно» ^в физике ранней Вселенной гораздо более относительны, чем в на­шей повседневной жизни!

Уточнение про «нашу эпоху» было сделано, так как в те времена никаких «атомов» и даже «ядер атомов» еще не существовало. — Примеч. авт.

355

— Часть VI —

Кстати, еще одним следствием существования барионной асимметрии (возможной только если происходит несохранение так называемого «барионного числа») является вывод о не- стабильности протона. За определенное время — очень долгое, впрочем, порядка ю³² лет — он распадается, например, на пози­трон и пи-мезон (называемый также пионом). А пи-мезон, в свою очередь, распадается на два гамма-кванта. Возможны и другие так называемые «каналы» (варианты) распада.

После 10"³⁵ секунды начинается период, который, в силу уже упомянутого «логарифмического» обстоятельства, носит назва­ние «пустыня взаимодействий» или же «калибровочная пусты­ня». Ведь в течение «громадного» промежутка времени — вплоть до 10^-10 секунды — ничего интересного с точки зрения современ­ной физики не происходит. Знакомые нам частицы — кварки, леп- тоны и промежуточные бозоны — по-прежнему массы не имеют.

Массивны в этот период только гипотетические частицы¹ — переносчики сил Великого Объединения, X- и Y-бозоны, кото­рые приобрели массу в момент нарушения симметрии Великого Объединения. После данного момента они уже не могут рож­даться и постепенно распадаются на кварки и лептоны (при этом сами являясь, таким образом, своеобразными лептокварками, объединяя в себе свойства эти двух семейств).