Данное обстоятельство позволяет оценить температуру реликтовых нейтрино по отношению к температуре реликтовых фотонов. Так, на сегодняшний момент времени, спустя 13 с лишним миллиардов лет, фотоны «остыли» примерно до 2,7 К, а нейтрино, соответственно, до чуть меньше 2 К1.
Такая небольшая температура (и, соответственно, энергия) делает заведомо безнадежными в обозримом будущем попытки прямого детектирования космологических нейтрино в наземных условиях — ведь с веществом очень слабо взаимодействуют даже значительно более «мощные» нейтрино солнечные.
Но зато, с другой стороны, если мы оценим число реликтовых нейтрино, их окажется очень, очень много. Собственно, общее число нейтрино и антинейтрино всех сортов будет лишь немного уступать числу реликтовых фотонов, приближаясь к 350 частицам в любом кубическом сантиметре во Вселенной.
И даже очень маленькая их масса, помноженная на такое огромное число, будет оказывать вполне ощутимое влияние на космологические наблюдательные данные — на крупномас
1 Подчеркнем на всякий случай — речь идет о реликтовых нейтрино, «остатках» Большого Взрыва. Солнечные нейтрино — это совсем иное дело, их энергия гораздо выше. — Примеч. авт.
359
штабную структуру и анизотропию реликтового излучения, например. Таким образом, как мы уже говорили, из подобных наблюдений можно получить ограничения на массу нейтрино.
Замечательно, что на сегодняшний момент строгость этих ограничений (казалось бы, сильно косвенных) существенно превышает достигнутую в земных лабораториях!
Однако вернемся к эволюции нашей Вселенной. В период с 1 по 200 секунду идет процесс первичного нуклеосинтеза, о котором мы уже рассказывали. Общий химсостав Вселенной закладывается именно в эти секунды. Образуются ядра водорода, дейтерия, гелия, гелия-з, и немного лития.
Все более тяжелые элементы, как мы уже тоже говорили, образуются позже, в недрах звезд. Однако их общее количество и сейчас, по большому счету, слишком ничтожно, чтобы «тягаться» с водородом и гелием,
И — с темной материей.
Но что это такое — до сих пор остается предметом гипотез и предположений, так что рассказ о ней мы отложим до последней части этой главы.
С окончанием первичного нуклеосинтеза, когда температура падает примерно до миллиарда градусов, наступает и конец периода «ранней» Вселенной. Именно такую классификацию предложил знаменитый физик и космолог Стивен Вайнберг в своей замечательной книге «Первые три минуты», и своей актуальности она (и книга, и классификация) не потеряла и поныне.
Следующий «ключевой» момент эволюции Вселенной настает уже очень не скоро — через целых 50 тысяч лет. Характеризует его переход от стадии доминирования излучения к стадии доминирования вещества.
Ведь, как мы уже говорили, плотность энергии вещества падает как куб размеров Вселенной, в то время как плотность энергии излучения — как четвертая степень. Ясно поэтому, что такой момент обязательно должен был рано или поздно наступить.
Уравнение состояния сменяется на так называемое «пылевидное»: давление равно нулю. Впрочем, справедливости ради,
збо
относится это скорее к темной материи, не испытывающей воздействия излучения. Барионная же, «обычная» материя от «тесных объятий» излучения еще не избавилась, для нее переход к материально-доминированной стадии пока мало что значит.
Зато темная материя, рост возмущений в которой на радиа- ционно-доминированной стадии хотя и происходил, но был очень сильно подавлен, получает возможность «развернуться» в полный рост, чем и не замедляет воспользоваться. Начиная (точнее, сильно ускоряя) процесс гравитационного скучивания и подготавливая гравитационные «ямы» для барионной материи.
Увеличение размеров Вселенной, кстати, на данном этапе несколько ускоряется — теперь они растут пропорционально времени в степени 2/3.
Наконец, через 300 ооо лет после рождения Вселенной «долгожданный миг свободы» настает и для обычного вещества. Температура Вселенной падает до 3000 К, и происходит рекомбинация водорода — ядра получают возможность захватить электроны1.
Вселенная «очищается», излучение получает возможность распространяться свободно, тем самым, в свою очередь, освобождая и вещество от своего влияния, Барионное вещество начинает постепенно «сползать» в гравитационные ямы, подготовленные темной материей, запуская тем самым процесс образования крупномасштабной структуры Вселенной.