Почему произошел Большой Взрыв?

В начале был знак вопроса. А потом - и все остальное. Конец. Все мы слышали о теории Большого Взрыва (я сейчас про космологическую модель, а не про сериал), но важно понимать, чем эта теория является, а чем - нет. Позвольте разъяснить одну точную, понятную и до смешного простую вещь: теория Большого Взрыва — это не теория создания Вселенной. Зафиксируйте это для протокола. Поправляйте людей, когда они ошибаются.

Дело в том, что существует большая путаница со всех сторон, и лучше было бы держать все в простоте. Теория Большого Взрыва — это научная модель, как и любая другая научная модель. Мы считаем, что она правильная, поскольку — внимание — ее поддерживает широкий спектр доказательств.

С момента появления этой идеи, теория Большого Взрыва пережила десятилетия борьбы среди ученых, которые царапались, дрались, били в спину, критиковали, подрывали, пререкались, спорили и даже обзывались, пытаясь раздавить своих соперников и доказать, что их альтернатива лучше. Почему? Потому что тот, кто предложит лучшую научную парадигму, получит бесплатную путевку в Стокгольм.

И, в конце концов, никто не отменял доказательства. Вы знаете эту вселенную, которую мы пытаемся понять. Любое новое наблюдение — это гром средь бела дня в научном мире; две теории могут войти, но останется только одна. И что осталось спустя десятилетия наблюдений? Подсказка: большой.

Доказательства начались с момента, когда Эдвин Хаббл заметил, что каждая галактика, в среднем, улетает от каждой другой галактики. Вселенная расширяется. Этот факт сам по себе уже довольно сильный. На протяжении тысячелетий основным допущением (и винить-то некого) было то, что хотя здесь, на Земле, вещи меняются, далеко в небесах все относительно неизменно. Звезды взрываются, галактики сталкиваются, но в целом Вселенная две недели назад похожа на Вселенную сегодня. Проверьте через месяц — то же самое. Так думали люди.

И ошибались. Вселенная сегодня совсем не похожа на Вселенную вчера, и завтра она будет уже другой. И не только в локальных масштабах.

И если вы заметили, что каждый день Вселенная становится больше, можно приложить логическое усилие и додуматься, что давным-давно Вселенная была… меньше? Да? Я угадал? И если ученый внутри вас еще не погиб, как только вы дойдете до этой нелепой и смешной концепции, вы задумаетесь о последствиях и о том, как проверить эту сомнительную, на первый взгляд, теорию.

История последних 14 с лишним миллиардов лет — это история плотности. Вселенная состоит из кучи всякой всячины: водород, гелий, еноты, темная материя, хрящиков, фотонов, чертовых колес, нейтрино и так далее. Все это проявляет себя по-разному при различной плотности, поэтому, когда Вселенная была меньше, один тип вещей мог преобладать над другим, и физическое поведение этих вещей могло управлять ходом событий.

К примеру, в наши дни Вселенная представлена по большей части темной энергией (чем бы она ни была), и ее поведение управляет Вселенной — в нашем случае это период ускоренного расширения. Но несколько миллиардов лет назад Вселенная была меньше, и вся материя была упакована плотнее. В силу этой плотности, правителем насеста была материя, подавляющая темную энергию, которая была скорее фоновым занавесом, нежели двигателем современности.

(Заметка на полях: перехват инициативы темной энергией произошел почти в то же время, когда наша Солнечная система собирала себя по частям, и в то же время Вселенная была примерно в два раза меньше).

Рождение эпохи темной материи может показаться не особенно драматичным, но чем дальше во времени — и чем меньше Вселенная — тем более странными становятся вещи. Вернитесь на больше чем 13 миллиардов лет, когда Вселенная была в тысячу раз меньше своего текущего размера, и вещество, которое однажды будет составлять целые галактики, окажется так плотно стиснутым воедино, что даже атомы не смогут образоваться. Она настолько плотная, что каждый раз, когда ядро притягивает электрон, в него врезается ветреный высокоэнергетический фотон, выбивая электрон прочь. Это плазма, и когда-то вся вселенная была именно в таком состоянии.

Перемотайте в сегодняшний день, и оставшийся свет той эпохи, когда Вселенная остыла и расширилась достаточно, чтобы дать образоваться первым атомам, продолжает просвечивать нас даже сейчас. Но Вселенная старше и холоднее, и эти высокоэнергетические гамма-лучи представляют собой слабенькие микроволны, создающие фон, пронизывающий космос — космический микроволновый фон, реликтовое излучение, CMB.

CMB не только один из главных признаков Большого Взрыва (этакий снимок юной Вселенной), но и окошко в более ранние времена. Пусть мы и не можем воспринимать Вселенную до образования реликтового излучения, но физика того времени оставила отпечаток на самом радиационном фоне. Это важно.

Чем дальше мы возвращаемся во времени, тем меньше мы узнаем вселенную — она еще страннее плазменной. Вернитесь назад во времени — и обнаружите, что не могут образовываться стабильные ядра. Еще дальше — протоны и нейтроны не могут выдержать давление и вырождаются в свои компоненты: кварки и глюоны. А дальше все сложно.