Всё из ничего: Как возникла Вселенная

На ней изображена одна прелестная спиральная галактика далеко-далеко отсюда (и так выглядела она давным-давно, потому что свет от нее добирался до нас довольно долго, более 50 млн лет). В подобной спиральной галактике, похожей на нашу, насчитывается около 100 млрд звезд. В ее ярком ядре, наверное, около 10 млрд звезд. Обратите внимание на звезду внизу слева: она сияет почти так же ярко, как и эти 10 млрд звезд. На первый взгляд резонно предположить, что это просто звезда из нашей собственной Галактики, расположенная гораздо ближе и случайно попавшая в кадр. Но на самом деле это звезда из той самой далекой галактики, до которой более 50 млн световых лет.

Разумеется, это не обычная звезда. Это звезда, которая только что взорвалась, – сверхновая, чуть ли не ярчайший фейерверк во Вселенной. Когда звезда взрывается, она ненадолго – примерно на месяц – начинает сиять в видимом свете с яркостью в 10 млрд звезд.

К счастью для нас, взрываются звезды не очень часто – в каждой отдельно взятой галактике примерно раз в 100 лет. Однако нам повезло, что это все-таки случается: если бы не сверхновые, нас бы с вами не было. То, что каждый атом в наших организмах когда-то был частью взорвавшейся звезды, – едва ли не самый романтичный факт, касающийся Вселенной. Более того, атомы правой руки, возможно, происходят не из тех же звезд, что атомы левой. Все мы буквально дети звезд, и тела наши созданы из звездной пыли.

Откуда мы это знаем? Дело в том, что картину Большого взрыва можно экстраполировать в прошлое до того времени, когда Вселенной было около секунды от роду, и мы подсчитали, что все наблюдаемое вещество было сжато в плотную плазму, температура которой насчитывала тогда около 10 млрд градусов по шкале Кельвина. При такой температуре легко идут ядерные реакции между протонами и нейтронами, они то соединяются, то распадаются из-за дальнейших столкновений. Если проследить этот процесс по мере остывания Вселенной, можно предсказать, как часто эти первые составные части атомов будут связываться и создавать ядра атомов тяжелее водорода, то есть гелия, лития и т. д.

И тут мы обнаруживаем, что во время этого первобытного фейерверка – Большого взрыва – не формировались, в сущности, никакие ядра тяжелее лития, ядро которого занимает третье место по легкости. Мы уверены, что не ошиблись в вычислениях, поскольку наши прогнозы относительной распространенности легчайших элементов полностью совпадают с данными наблюдений. Распространенность легчайших элементов – водорода, дейтерия (тяжелый водород с дополнительным нейтроном в ядре), гелия и лития – различается на десять порядков: около 25 % всех протонов и нейтронов (по массе) находят свое место в ядрах гелия, и лишь 1 из 10 млрд нейтронов и протонов оказывается в ядре лития. На этом огромном диапазоне данные наблюдений полностью совпадают с теоретическими расчетами.

Это одно из самых известных, значительных и успешных предсказаний, которые подтверждают, что Большой взрыв и вправду был. Только горячий Большой взрыв мог породить наблюдаемую распространенность легких элементов и при этом соответствовать наблюдаемому сегодня расширению Вселенной. Я всегда держу в заднем кармане карточку, на которой написано сравнение предсказанной распространенности легких элементов с наблюдаемыми ее значениями, чтобы показывать ее каждый раз, когда мне встречается кто-то, кто не верит в Большой взрыв. Правда, до этого в спорах почти никогда не доходит, поскольку точные данные не производят должного впечатления на людей, которые заранее убеждены, что в картине что-то не так. Но я все равно ношу с собой эту карточку и чуть дальше обязательно познакомлю вас с тем, что в ней написано.

Есть люди, для которых литий важен, однако для нас с вами гораздо важнее более тяжелые ядра – углерод, азот, кислород, железо и т. д. Они в результате Большого взрыва не возникли. Создание их возможно только в раскаленных недрах звезд. А попасть к вам в организм они сумеют, только если звезда окажет им любезность и взорвется, развеяв свое содержимое по космосу, и тогда в один прекрасный день атомы встретятся, соединятся и войдут в состав маленькой голубой планетки, расположенной возле звезды по имени Солнце. За всю историю нашей Галактики в ней взорвалось около 200 млн звезд. Эти сонмища звезд пожертвовали собой, если хотите, ради того, чтобы вы когда-нибудь родились. По-моему, они подходят на роль спасителя ничуть не хуже любой другой кандидатуры.