в 1848 году обратил внимание на то, что Вселенная и скорость света могут быть конечны. Потому и не в каждой точке пространства должна быть звезда, испускающая луч. Это согласуется с данными современной космологии. Действительно, Вселенная не существовала всегда. У нее было начало. А рождение нашей Вселенной произошло 13,8 миллиарда лет назад.
Большой взрыв – это гипотетическое событие, с которого началась наша Вселенная. Мы не можем напрямую заглянуть в прошлое и увидеть, как все начиналось. Но с помощью математического моделирования ученые пришли к идее Большого взрыва. И эта теория хорошо объясняет то, что мы наблюдаем во Вселенной сейчас.
Из чего состояли сингулярность и Вселенная в начале своего развития? Откуда взялись законы физики и элементарные частицы? Давайте разбираться, что говорит об этом современная астрофизика. Конечно, мы не можем заглянуть в те мгновения, когда рождалась наша Вселенная. Но человеческий интеллект может использовать данные современной физики, химии и астрономии и просто протянуть их вспять. И довести до момента, когда начался наш мир.
Здесь и далее я буду основываться на современной космологической теории и на исследованиях Planck Collaboration – группы европейских астрофизиков, работающих в обсерватории Планка.
Сингулярность
Изначально наша Вселенная представляла собой так называемую сингулярность – то есть небольшую точку, в которой была заключена вся материя нашего будущего мира. Тогда материя еще не делилась на атомы и молекулы, а плотность сингулярности была сверхвысокой.
Почему произошел взрыв и из сингулярности стала расширяться наша Вселенная? Что заставило сингулярность выйти из стабильного состояния и взорваться? Эти вопросы остаются загадкой для ученых. Ответ на них вряд ли будет найден: для этого мы должны выйти за пределы нашей Вселенной, а это физически невозможно.
Итак, сингулярность взорвалась, и наша Вселенная стала быстро расширяться. В сингулярности температура составляла 1000 нониллионов (10 с 30 нулями) градусов. С расширением Вселенной температура и давление стали падать.
Здесь для простоты изложения я пропущу несколько этапов (например, слияние кварков и глюонов), которые интересны только профессиональным ученым. Перейдем к самому интересному – как произошла наша материя в привычном виде.
Рождение частиц и законов физики
А дальше процесс стал очень интересным. Произошла серия так называемых фазовых переходов. По сути, этот процесс – аналог обычной конденсации, когда газ скапливается в жидком виде. Только тут он коснулся элементарных частиц.
За миллионную долю секунды материя прошла несколько этапов развития, что в итоге привело к образованию всех элементарных частиц и физических сил (гравитационная, электромагнитная, а также сильные и слабые ядерные взаимодействия).
Рождение атомов и материи
Если первый этап был, по нашим меркам, почти мгновенным, то вещество в текущем виде появилось не сразу. Протоны и электроны сперва не складывались в атомы. Это произошло лишь спустя 380 тысяч лет после Большого взрыва – после того как температура заметно снизилась. Появились первые атомы. Материя на этом этапе на 75 % состояла из водорода, на 24,99 % – из гелия. Остальная часть пришлась на тяжелые формы водорода, гелия и лития. Все более тяжелые элементы, включая важные для нас кислород и углерод, образовались уже в недрах звезд. А некоторые, типа драгоценных золота и платины, появились из-за космологических катастроф – столкновений звезд и галактик.
Появление звезд
Спустя миллионы лет после Большого взрыва гравитация стала главной силой, которая начала собирать вещество в звезды и планеты.
По оценкам астрофизиков из университета Аризоны (США), первые звезды появились во Вселенной через 180 миллионов лет. Классическая теория космологии говорит, что звезды возникли позже – спустя 400 миллионов лет. Но все ученые сходятся во мнении, что первые звезды были в сотни миллионов раз ярче современных. Конечно, жизнь в таких условиях зародиться все равно не могла.
В дальнейшем во Вселенной стали появляться тяжелые элементы, из них складывались планеты. 4,57 миллиарда лет назад появилось наше Солнце.
Космос – это гигантская микроволновая печь
В космосе температура на 2,7 градуса выше абсолютного нуля (то есть 2,7 Кельвина или –270,45 по Цельсию). Это останки фонового, так называемого реликтового излучения, которое служит эхом Большого взрыва. Реликтовое излучение – свет от первичной плазмы ранней Вселенной. Сейчас мы улавливаем его в виде микроволнового фона. Все, что холоднее, будет нагрето в микроволновой печи. Эти микроволны пронизывают пространство, в космосе нет абсолютно пустого места.
Если в космосе появляется вдруг более холодный объект – он нагревается в этой «микроволной печи» до 2,7 градусов Кельвина. Что ж, картину рождения Вселенной ученые и правда более или менее представляют. Открытым пока остается вопрос, как был запущен процесс и почему все получилось именно так.
Бог или случай?
Современная теория Большого взрыва гласит: из непонятной, энергетически насыщенной горячей массы появились вполне конкретные частицы. Из них в дальнейшем собрались звезды, планеты, да и мы с вами. И как они образовались – это ключевой вопрос мировоззрения в современном естествознании.
Ученые утверждают, что все частицы собрались случайным образом. То есть электроны и протоны, которые вышли из этой массы, могли быть совсем другими – более тяжелыми, иметь другие заряды. Вселенные рождаются и погибают бесконечное число раз, и у каждой из них – свой набор параметров. В большинстве жить нельзя.
Так правда ли возможна такая случайность, которая разложила все элементарные частицы по нужным полочкам? И все фундаментальные частицы (их наука насчитывает 24) выстроились в нужном нам порядке случайно? Получается, весь набор физических параметров нашей Вселенной сложился идеально для появления жизни. Этот парадокс вошел в науку под названием антропного принципа.
Глава 13
Антропный принцип
Наша Вселенная имеет уникальный набор физических параметров, за счет которых возможно появление жизни, и у нее есть тонкая настройка этих параметров. Фундаментальные константы имеют идеально точные величины. В противном случае возникновение жизни и эволюция невозможны. В науке это утверждение известно под термином «антропный принцип».
