Насколько далеко в прошлое могут заглянуть физики в своих лабораториях?

BlockquoteПpeждe всего отметим, что пространство, которому суждено было стать «наблюдаемой Вселенной», имеющей ныне 84 миллиарда световых лет в поперечнике, умещалось в начале большого взрыва примерно в объеме одной-единственной горошины. Температура этого сверхплотного вещества составляла невообразимые 10^28°C.

BlockquoteПpи такой температуре, по расчетам физиков, сталкивающиеся фотоны обладали как раз достаточной энергией для того, чтобы породить частицу под названием X-бозон, имеющую массу в миллион миллиардов раз больше, чем у протона. Пока никому еще не удавалось наблюдать X-бозон, поскольку для этого нам потребовалось бы в земной лаборатории воссоздать экстремальные условия, существовавшие лишь через 10^–35 с после Большого взрыва.

BlockquoteФизики могут воссоздать то время, когда Вселенной исполнилась уже одна триллионная (10^–12) секунды. К тому моменту она успела остыть до примерно 100 миллионов миллиардов градусов, что все равно в 10 миллиардов раз выше, чем температура в центре Солнца. В 2012 году физики из ЦЕРНа (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire, CERN), Европейской организации по ядерным исследованиям, воссоздали эти условия в гигантском ускорителе частиц — Большом адронном коллайдере. В нем ученым удалось получить частицу, напоминающую бозон Хиггса: как полагают специалисты, этот бозон исчез из Вселенной через триллионную долю секунды после Большого взрыва.

BlockquoteПpoпacть между 10^–35 секунды и триллионной долей секунды в данном случае колоссальна. Мы знаем, что на протяжении почти всего этого периода материя была сжата сильнее, чем самая компактная форма вещества, какую мы знаем сегодня: материя внутри ядер атомов. По мере падения температуры снижались и энергетические уровни фотонов, порождая частицы со все более низкой массой.

BlockquoteB какой-то момент возникли кварки — «кирпичи», из которых состоят нейтроны и протоны. К тому времени, когда Вселенной исполнилась примерно одна сотая секунды, она уже остыла достаточно, чтобы в ней доминировали знакомые нам современные частицы: фотоны, электроны, позитроны и нейтрино. Нейтроны и протоны тоже уже имелись, но их было немного — они составляли тогда лишь весьма незначительную долю частиц во Вселенной. Когда с момента возникновения Вселенной прошла примерно секунда, температура успела снизиться приблизительно до 10 миллиардов градусов, и фотонам уже не хватало энергии, чтобы с легкостью производить частицы. Электроны и позитроны (их положительно заряженные оппоненты из антивещества) сталкивались и аннигилировали, порождая фотоны. Однако из-за небольшой, таинственной и пока не объясненной «кособокости» законов физики тогда существовало примерно 10 миллиардов + 1 электрон на каждые 10 миллиардов позитронов. Поэтому после этой оргии аннигиляции во Вселенной остался «излишек» вещества и примерно 10 миллиардов фотонов на каждый электрон. Это соотношение сохраняется и по сей день.

BlockquoteCлeдyющaя важная стадия в истории Вселенной наступила, когда ей исполнилось около одной минуты.Температура успела снизиться до всего-навсего миллиарда градусов — как в сердцевине самых горячих звезд, которые мы наблюдаем сегодня. Частицы в этот период двигались уже медленнее. Так, протоны и нейтроны оставались рядом друг с другом достаточно долго, чтобы между ними смогли завязаться сильные ядерные взаимодействия, которые и удерживают их вместе в ядрах сегодняшних атомов. В частности, два протона и два нейтрона могли соединиться, образуя ядро гелия.Одиночные нейтроны превращаются в протоны в течение примерно 15 минут, так что все нейтроны, оставшиеся после образования ядер гелия, стали протонами. По расчетам физиков, после образования каждого ядра гелия оставалось примерно по 10 протонов. Они стали ядрами атомов водорода, которые как раз и состоят из одного-единственного протона.Это одно из самых убедительных доказательств того, что Большой взрыв действительно имел место. Много позже, когда температура во Вселенной значительно снизилась, ядра водорода и гелия подобрали себе электроны, чтобы стать стабильными атомами. В наши дни, количественно оценивая содержание элементов во Вселенной (в звездах, галактиках и межзвездном пространстве), астрономы по-прежнему находят в среднем один атом гелия на каждые десяток атомов водорода.

ВlосkquоtеТемператур­а достаточно снизилась, чтобы электроны могли объединяться с протонами, образуя первые атомы, примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва. Вселенная к этому времени остывала уже гораздо, гораздо медленнее, чем в свои первые мгновения. Ее температура в этот период достигла скромных 3 тысяч градусов.