Всё из ничего: Как возникла Вселенная

Пожалуй, это не тот вопрос, которым задаешься, едва открыв глаза поутру, однако то, что во Вселенной есть вещество, само по себе очень примечательно. А особенно примечательно, что, насколько мы можем судить, в нашей Вселенной не слишком-то много антивещества, а вы, наверное, помните, что его существования требуют квантовая механика и теория относительности: для каждой частицы, известной нам в природе, может существовать эквивалентная античастица с той же массой и противоположным зарядом. Логично считать, что любая «нормальная» Вселенная изначально должна содержать равное количество частиц и античастиц. Ведь античастицы всех обычных частиц обладают той же массой и прочими свойствами, поэтому, если на ранних стадиях существования Вселенной были созданы частицы, появиться античастицам было бы ничуть не труднее.

Мы также можем представить себе Вселенную из антивещества, где все частицы, из которых состоят звезды и галактики, замещены соответствующими античастицами. Такая Вселенная будет выглядеть почти так же, как и та, где живем мы с вами. Наблюдатели в такой Вселенной (тоже состоящие из антивещества), несомненно, называли бы веществом то, что мы называем антивеществом. Назвать-то можно как угодно.

Однако если наша Вселенная началась «нормально», с равными количествами вещества и антивещества, и такой бы и оставалась, некому было бы задавать вопросы «почему?» и «как?». Дело в том, что все частицы вещества аннигилировали бы со всеми частицами антивещества еще в самом начале существования Вселенной и не осталось бы ничего, кроме чистого излучения. Не было бы ни вещества, ни антивещества, чтобы сформировать из того или другого звезды или галактики, а также возлюбленных и антивозлюбленных, которые романтически любовались бы ночным небом, заключив друг друга в объятия. Никаких событий! История состояла бы из пустоты – одно лишь излучение, которое медленно остывало бы, и в конце концов получилась холодная, темная, скучная Вселенная и Ничто единолично воцарилось бы в ней.

Но в 1970-х гг. ученые стали догадываться, что можно начать с равного количества вещества и антивещества в момент Большого взрыва, когда все было очень горячее и плотное, а затем, опираясь на вполне вероятные квантовые процессы, «создать нечто из ничего»: для этого нужна всего лишь крошечная асимметрия, надо, чтобы вещества в самом начале Вселенной было чуть-чуть больше, чем антивещества. Тогда вместо полной аннигиляции вещества и антивещества, не оставляющей в наши дни во Вселенной ничего, кроме чистого излучения, все антивещество, доступное на ранних этапах существования Вселенной, аннигилировало с веществом, но крошечный избыток вещества остался бы, поскольку ему уже не с чем было бы аннигилировать. Из этого уцелевшего вещества и состоят звезды и галактики, наблюдаемые в сегодняшней Вселенной.

В результате то, что в иных обстоятельствах показалось бы скромным достижением (появление минимальной асимметрии в ранние времена), можно считать чуть ли не моментом сотворения мира. Потому что, если уж возникла асимметрия вещества и антивещества, она уже никуда не денется. А значит, именно тогда и было заложено будущее Вселенной, полной звезд и галактик.

Частицы антивещества аннигилировали в первые мгновения существования Вселенной с частицами вещества, а остаток частиц вещества сохранился до наших дней и определил характер видимой Вселенной, которую мы знаем, любим и населяем. Даже если бы перевес составлял всего одну миллиардную долю, и то осталось бы достаточно вещества, чтобы обеспечить все, что мы видим сегодня во Вселенной. Более того, и нужен был перевес в одну миллиардную или около того, поскольку сегодня на каждый протон во Вселенной приходится около миллиарда фотонов реликтового излучения. В таком сценарии эти фотоны как раз и остались после аннигиляции вещества и антивещества в начале времен.

Полностью описать, как проходил этот процесс на ранних этапах существования Вселенной, мы пока не можем, поскольку еще не сумели полностью – эмпирическим путем – разобраться в природе микрофизического мира на масштабах, на которых, скорее всего, появилась эта асимметрия. Тем не менее было исследовано множество разных вероятных сценариев, и основаны эти сценарии на самых точных на данный момент представлениях о физике на подобных масштабах. Отличаются они лишь в деталях, общие характеристики у них одни и те же. Квантовые процессы, связанные с элементарными частицами в жаркой изначальной бане, неизбежно и почти неощутимо подталкивают пустую Вселенную (или, что эквивалентно, Вселенную, где поначалу вещества и антивещества поровну) к Вселенной, где будет преобладать либо вещество, либо антивещество.