ИСТОКИ
Мы отправляемся теперь к самым истокам реки времени. Что же произошло в самом начале? Что является причиной начала расширения?
В разделе «К истокам реки времени» мы пояснили, что огромное давление горячего вещества в самом начале не может быть причиной больших скоростей разлета вещества, ибо в однородной Вселенной нет перепада давления, который только и создает силу, ведущую к разлету. Что же тогда вызвало «первотолчок»?
Ключ к пониманию «первотолчка» лежит в существовании при больших плотностях и температурах особого вакуумноподобного состояния материи.
Мы уже познакомились с несколькими вакуумноподобными состояниями в разделе «Великое объединение». При температурах «суперобъединения> возникает, как считают теоретики, совсем уникальное вакуумноподобное состояние, имеющее огромную плотность энергии и соответствующую ей гигантскую плотность массы. Эта плотность изображается таким числом: единица с девяносто четырьмя (!) нулями граммов в кубическом сантиметре. Огромность приведенного числа трудно вообразить. Как мы подчеркивали в разделе «Великое объединение», у любого вакуума, если у него есть плотность массы, должно быть и огромное отрицательное давление.
В соответствии с теорией тяготения Эйнштейна, гравитация создается не только массой, но и давлением. Обычно давление невелико, и связанная с ним гравитация пренебрежимо мала. В случае вакуумноподобного состояния картина получается совсем иная, ибо давление огромно и гравитация, создаваемая им, в этом случае превышает гравитацию, создаваемую массой. Но ведь давление вакуума отрицательно, значит, вместо тяготения будет возникать антитяготение — гравитационное отталкивание! И в этом все дело. Именно рассмотренное явление и есть ключ к пониманию «первотолчка». При огромной начальной плотности и температуре «суперобъединения» антигравитационные силы вакуума создают мощное расталкивание всех частиц материи. Эти частицы приобретают гигантские начальные скорости разлета. От чего процесс необычайно быстрого расширения Вселенной получил название «раздувания» или, используя английский термин, — «инфляции».
Не менее важно, что первичное вакуумноподобное состояние было крайне неустойчивым. Оно существовало только в течение примерно одной стомиллионной миллиардной миллиардной миллиардной доли секунды! Затем распалось, и его плотность массы превратилась в «обычные» суперэлементарные частицы, о которых мы говорили в предыдущих разделах, обладавшие гигантскими энергиями. Так из вакуумноподобного состояния рождалась горячая Вселенная с температурой в этот момент в миллиард миллиардов миллиардов градусов.
Частицы, родившиеся из первичного вакуума, имели большие начальные скорости разлета из-за действия сил антигравитации. Но вместе с распадом «супервакуума» эти силы исчезли и заменились обычным тяготением. Разлетающееся родившееся горячее вещество много миллиардов лет спустя, став очень разреженным и охладившись, дробится силами взаимного тяготения на куски, из которых рождались затем галактики, звезды и их системы. Физические процессы, которые при этом происходили, подробно описываются во многих книгах, в том числе и популярных. Поэтому мы лишь коротко скажем о них.
После распада «ложного вакуума» и разогрева Вселенной в ней имелась своеобразная сверхгорячая плазма из элементарных частиц и их античастиц всевозможных сортов. Они бурно взаимодействовали друг с другом.
С расширением Вселенная охлаждалась. По прошествии примерно одной десятой доли секунды с начала расширения температура упала до тридцати миллиардов градусов. В горячем веществе имелось много фотонов большой энергии. Плотность и энергия их были столь велики, что происходило взаимодействие света со светом, приводившее к рождению электронно-позитронных пар.
Аннигиляция пар, в свою очередь, приводила к рождению фотонов, а также к возникновению пар нейтрино и антинейтрино. В этом «бурлящем котле» находилось и обычное вещество, но при очень высоких температурах сложные атомные ядра существовать не могли. Они моментально разбивались окружающими энергичными частицами, и поэтому вещество существовало в виде тяжелых частиц — нейтронов и протонов. Взаимодействуя с энергичными частицами «котла», нейтроны и протоны быстро превращались друг в друга, не имея возможности соединиться друг с другом, так как возникающие из них при этом ядра дейтерия тут же разбивались частицами большой энергии. Так, из-за большой температуры в самом начале обрывалась цепочка, которая привела бы к образованию гелия и других более тяжелых элементов.