К какому бы лагерю вы себя ни относили, нет никакого сомнения в том, что мы живем в благоприятное время для новых открытий, связанных с устройством Вселенной. Так давайте же начнем свое путешествие к истокам человечества в необъятном космосе, побудем немного детективами, которые устанавливают сам факт преступления, исходя из найденных улик. Мы приглашаем вас присоединиться к поискам космических улик и способов их трактовки, чтобы вместе попытаться узнать, как же так вышло, что небольшая часть этой Вселенной превратилась… в нас с вами.
Увертюра
Величайшая история всех времен
Примерно 14 миллиардов лет тому назад, в самом начале времен, все пространство, вещество и энергия известной нам Вселенной могли уместиться на булавочной головке. Вселенная тогда была так горяча, что основные силы природы (мы зовем их взаимодействиями), все вместе описывающие ее устройство, представляли собой одну единую силу. Когда температура Вселенной составляла невообразимые 1030 градусов, а ее возраст насчитывал всего лишь 10-43 секунд — а до этого момента все наши теории вещества и пространства вообще не имеют никакого смысла, — начали спонтанно появляться, исчезать и вновь появляться черные дыры, рождаясь из энергии единого силового поля. В таких экстремально суровых условиях, по нашим ориентировочным прикидкам, сама структура пространства и времени была жестоко скручена, из-за чего приобрела пористый пенообразный вид. В данный временной промежуток явления, описанные общей теорией относительности Эйнштейна (современная теория гравитации), и явления, объясненные квантовой механикой (описывает вещество в его мельчайших проявлениях), были неотличимы друг от друга.
Вселенная расширялась и остывала, и от единого силового поля отделилась сила тяготения — гравитация. Вскоре после этого сильное ядерное взаимодействие и электрослабое взаимодействие отделились друг от друга: этому сопутствовало выделение огромного объема энергии, которое спровоцировало стремительное увеличение Вселенной в размерах — в 1050 раз. Это стремительное расширение, известное в науке как эпоха инфляции, растянуло и разгладило вещество и энергию до такой степени, что разница между их плотностью в двух разных частях Вселенной не превышала одной стотысячной доли.
Далее мы уже можем вооружиться физикой, «обкатанной» и утвержденной в лабораторных условиях. Вселенная была все еще достаточно горячей для того, чтобы фотоны в ее составе могли спонтанно конвертировать свою энергию в пары частиц из вещества и антивещества, которые тут же незамедлительно аннигилировали, возвращая энергию обратно фотонам. По неизвестным нам причинам равновесие между количеством вещества и антивещества во Вселенной было нарушено при предыдущем расщеплении сил, из-за чего вещества в ней стало чуть больше, чем антивещества. Данное неравновесие — важнейший фактор в дальнейшей эволюции Вселенной: на каждый миллиард частиц антивещества пришелся один миллиард плюс еще одна частица вещества.
Вселенная продолжала остывать, и электрослабое взаимодействие разделилось на электромагнитное и слабое ядерное. Таким образом были сформированы четыре разных и знакомых нам сегодня фундаментальных взаимодействия. Так как общая энергия фотонного бульона продолжала уменьшаться, энергии отдельных фотонов перестало хватать спонтанного формирования пар частиц вещества и антивещества. В то же время все оставшиеся пары вещества и антивещества одна за другой аннигилировали, оставляя за собой Вселенную, в которой существовала одна частица обычного вещества на каждый миллиард фотонов и никакого антивещества. Если бы вышеописанного неравновесия не приключилось, бесконечно расширяющаяся Вселенная бесконечно состояла бы из света: в ней не было бы больше ничего, в том числе ни одного астрофизика. За промежуток времени продолжительностью примерно три минуты вещество превратилось в протоны и нейтроны, многие из которых соединились в не что иное, как простейшие атомные ядра. В это время свободно перемещающиеся по Вселенной электроны тщательно разнесли фотоны во всех направлениях, создавая в итоге тусклый и непрозрачный бульон из вещества и энергии.