Стандартная модель

В промежутке от 15 до 20 миллиардов лет назад с первоначальным состоянием Вселенной — будем называть его Сингулярностью — что-то произошло. Пространство и заполняющая его материя как бы вырвались из точки и стали расширяться. Такое явление иногда называют Первовзрывом, или Большим Взрывом[105]. Этот красивый образ математически оправдан тем, что в нулевой момент времени плотность материи становится бесконечной[106] (?(t) = 3/32?Gt²), но его нельзя слишком прямо ассоциировать с обычным взрывом заряда в пространстве. Здесь расширяется именно все пространство Вселенной, а в наблюдательном отношении это выглядит как разбегание вещества, увеличение расстояний между любой парой точек.

Двухмерный аналог картины расширения вселенной (в замкнутой модели)

Все точки заштрихованной области, ограниченной горизонтом, могут быть связаны с наблюдателем А световыми сигналами.

То, что происходило до Сингулярности, непосредственно в ней и примерно вплоть до 10^-7-10^-5 с, относится — точнее, до недавних пор относилось! — к области более или менее свободного полета мысли. По истечении одной десятимиллионной доли секунды можно рисовать довольно конкретные картинки. Вещество очень высокой плотности находится в состоянии весьма горячего (Т ~ 10¹⁴ К) «супа» из кварков, лептонов и фотонов, которые движутся как частицы идеального газа со световыми скоростями.

Когда температура падает до 10¹² К (t ~10^-5 с), плотность вещества становится порядка той, которая характерна для атомных ядер и адронов. Вероятно, где-то на этом этапе и протекает образование адронов — кварки отходят друг от друга на предельно большие средние расстояния и поневоле сливаются в адронные структуры.

Начиная с этого момента, можно определенно говорить о горячей смеси адронов, лептонов и фотонов, причем последние довольно долгое время играют основную роль.

Через 200 секунд после Первовзрыва температура падает до миллиарда градусов, средняя кинетическая энергия частиц уже невелика — ее не хватает для рождения лептонных пар, а тем более адронов. Теперь протоны и нейтроны могут объединяться в простейшие составные ядра дейтерия, не рискуя немедленно развалиться в слишком горячей среде. Начинается эра нуклеосинтеза.

Дейтерий сам по себе очень нестабилен, но в результате столкновений с протонами и нейтронами он может превращаться в гелий-3 или в тритий. В свою очередь, гелий-3 подбирает нейтрон, а тритий — протон, образуя весьма стабильные ядра обычного гелия-4. За несколько последующих минут практически все нейтроны расходуются на гелиосинтез или распадаются (бета-распад: (n " p + e^-+ ?). Завершается аннигиляция античастиц.

Более тяжелые ядра образоваться попросту не успевают. Это связано со «щелями» в Периодической системе элементов Менделеева — отсутствием стабильных ядер с 5 или 8 нуклонами. Иными словами, присоединение к гелию протона или нейтрона или слияние двух ядер гелия не ведут к усложнению ядерной структуры.

Следующий структурный уровень появляется много позже — примерно через 700 тысяч лет после Первовзрыва. Температура падает настолько, что возможен синтез атомов водорода и гелия из соответствующих ядер и электронов. Фотоны уже не настолько энергичны, чтобы легко выбивать связанные электроны.

Так разрывается связь между первичным излучением и веществом. У фотонов просто не хватает энергии на ионизацию атомов, с электрически же нейтральными объектами они не взаимодействуют. Поэтому фотоны начинают распространяться практически свободно — Вселенная становится как бы прозрачной для них.

Отсюда и берет начало так называемая эра доминирования вещества, которое пока выглядит как примитивная смесь водорода и гелия в пропорции примерно 7: 3. Первичное фотонное и, видимо, нейтринное излучения, постепенно охлаждаясь, превращаются в реликты — живые памятники великим событиям первых мгновений.

Наступающую эру можно также назвать и космогонической — именно теперь гравитация формирует галактики и звезды.

Но перед обращением к этой очень интересной фазе стоило бы обсудить кое-какие космологические и околокосмологические проблемы.