36 теорія великого вибуху пояснює походження. А чи було щось до Великого Вибуху? Еволюція Всесвіту: що її очікує у майбутньому

Все, що нас оточує, має минуле: людство, рослинний і тваринний світ, атмосфера і океани, суша і сама планета Земля. Сонце трохи старше за Землю, а Галактика значно старша за Сонце. Значить, і Земля, і Сонце мають своє минуле. Є воно і в Галактики, яка з'явилася приблизно 10-12 мільярдів років тому. Здавалося б, все просто і ясно, але якщо копнути глибше, то просте і ясне змінюється незрозумілим, загадковим, таємничим.

Дізнавшись про Великий вибух, люди задумалися: а що було до нього? На перший погляд, це просте питання, яке може виникнути у кожного. Але насправді це, мабуть, найважче питання і відповісти на нього однозначно поки що не зміг ніхто. Таке становище, звичайно, не влаштовувало вчених, адже вони звикли рано чи пізно знаходити відповіді на різні, у тому числі дуже складні питання. Взявшись за розкриття головної таємниці Всесвіту – що було до Великого вибуху? - дослідники отримали не одну, а чимало відповідей, дуже дивних і незрозумілих простим людям.

Головна з відповідей зводилася до того, що до Великого вибуху не було нічого. Виходить, що Всесвіт стався з Нічого, що Ніщо породило Все! Неможливо навіть уявити, коли і чому таке могло статися. Кожен скаже, що з Нічого не можна не тільки створити Всесвіт, але й змайструвати табурет. Проте вчені наполягають на своєму. Вони, і в їх числі знаменитий фізик-теоретик з Англії Стівен Хокінг, кажуть, що не просто вигадали, ніби Всесвіт вийшов з Нічого, а дійшли такого висновку в результаті суворих математичних розрахунків, в яких поки ніхто не виявив помилку. Колись, вважають вони, їм вдасться дізнатися, що таке Ніщо.

Можливо, Ніщо – це відсутність не тільки якихось небесних тіл, атомів, будь-яких елементарних частинок, а й самого простору та часу. Можливо також, що в таємничому нічого були відсутні звичні нам форми речовини. Але це була не зовсім порожнеча, і там відбувалися якісь процеси, внаслідок яких могли виникати маленькі вибухи і врешті-решт трапився Великий вибух. Щоб знайти підтвердження своєї гіпотези, дослідники намагаються створити щось схоже на Ніщо. Вони збудували спеціальні камери, з яких видалили частинки речовини, і знизили температуру, майже досягнувши холоду космічного простору. Виявилося, що Ніщо насправді є Щось і його можна досліджувати різними способами.

І все-таки дуже багато хто не згоден з тим, що Всесвіт стався з Нічого. Противники цієї гіпотези відповідають питанням, що було до Великого вибуху, по-різному. Головна ідея зводиться до того, що Великий вибух - видатна подія в історії Всесвіту, але Всесвіт існував і до нього. Поки мало що можна сказати про те, яким був цей «предок» нашого Всесвіту, але можна припустити, що в його історії сталося щось таке, що призвело до Великого вибуху, що породив наш Всесвіт.

Є, звісно, ​​й інші думки. Можливо, до Великого вибуху існував Всесвіт, схожий на наш, а може, зовсім не схожий. Можна припустити також, що до нашого Всесвіту були хоча б два інші всесвіти, зіткнення яких призвело до Великого вибуху.

На думку деяких дослідників, Всесвіт існує вічно і в його історії Великі вибухи змінюються Великими бавовнами. Такі бавовни могли б відбуватися, якби розширення Всесвіту змінювалося стиском. Нарешті, можна припустити, і з цим погоджуються багато хто, що в початковий момент історії нашого Всесвіту сталася воістину неймовірна подія: новонароджений Всесвіт став стрімко набухати і роздувся до величезних розмірів, породжуючи «бульбашки», з яких одна за одною виросли різні всесвіти. Так виник Великий Всесвіт, який інакше називають Мегавсесвітом або Мультивселенним. Якщо це вірно, то подібно до того, як наша Галактика - одна з мільярдів відомих нам сьогодні галактик, так і наш Всесвіт - одна з безлічі зовсім не відомих нам інших всесвітів.

Давайте пофантазуємо і уявімо собі, що інші всесвіти - такі ж, як наша, або схожі на неї, тобто складаються з багатьох галактик, зірок і планет. Планет так багато, що, напевно, на деяких з них існує розумне життя. Їх жителі досягли дуже високого рівня розвитку та стали володарями своєї галактики. Звичайно, вони навчилися літати зі своїх планет до далеких зірок, навколо яких рухаються планети, подібно до того, як наша планета рухається навколо Сонця. Поступово вони освоїли багато планетних систем у своїй галактиці, зустрічаючись у своїй, звісно, ​​з місцевими інопланетянами.

Все може бути і зовсім інакше, якщо у Великому Всесвіті існують всесвіти, у всьому не схожі на нашу. Навіть фантастам важко уявити собі, що коїться в цих всесвітах, а якщо в них є життя, то яке воно, на що схоже і на які дива здатні її мешканці.

У неймовірне віриться важко або взагалі не віриться. Але хіба легко було науці переконати людей у ​​тому, що, наприклад, Земля – куля? Колись тих, хто говорив таке, вважали дурнями, бо лише дурні могли думати, що Земля не пласка. Всі були впевнені, що на кулі жити неможливо, бо тим, хто живе «внизу», довелося б ходити вниз головою. Неможливо було повірити й у те, що Земля обертається довкола Сонця. Адже ми щодня бачимо, як Сонце піднімається, піднімається над горизонтом, а потім заходить. Складається враження, що Сонце рухається навколо Землі. Але сьогодні кожен знає, що відбувається навпаки: не Сонце рухається навколо Землі, а Земля навколо Сонця. А потім з'ясувалося, що Сонце мчить навколо центру нашої Галактики, а сама Галактика, як і безліч інших, теж не стоїть на місці, а мчить у Всесвіті, що безмежно розширюється і розлітається на всі боки.

Цікаво, що за кілька десятків років думатимуть люди про те, що було до Великого вибуху?

З книги «Найбільший вибух».

Кажуть, що час – найзагадковіша матерія. Людина, скільки не намагається зрозуміти її закони і навчитися керувати ними, щоразу потрапляє в халепу. Роблячи останній крок до розгадки великої таємниці, і вважаючи, що вона практично вже в нас у кишені, ми щоразу переконуємося, що вона так само невловима. Однак людина - істота допитлива і пошук відповідей на споконвічні питання для багатьох стає сенсом життя.

Однією з таких таємниць стало створення світу. Послідовники «теорії Великого вибуху», що логічно пояснює походження життя на Землі, стали ставити питання про те, що було до Великого вибуху, і чи було щось взагалі. Тема для досліджень є благодатною, а результати можуть зацікавити широку громадськість.

У всього на світі є минуле – Сонце, Землю, Всесвіт, але звідки взялося все це різноманіття і що було до нього?

Дати однозначну відповідь навряд чи можливо, але висунути гіпотези та пошукати їм докази цілком реально. У пошуках істини дослідники отримали не одну, а кілька відповідей на запитання «що було до Великого вибуху?». Найпопулярніший з них звучить дещо бентежно і досить сміливо - Нічого. Чи можливо, що все, що існує, сталося з нічого? Що Ніщо породило все існуюче?

Власне, це не можна назвати абсолютною порожнечею і там все одно відбуваються якісь процеси? Все було породжене нічим? Ніщо – повна відсутність як матерії, молекул і атомів, і навіть часу і простору. Багатий ґрунт для діяльності письменників-фантастів!

Думки вчених про епоху до Великого вибуху

Однак Ніщо не можна доторкнутися, до нього не застосовні звичайні закони, а отже, або домислювати і вибудовувати теорії, або спробувати створити умови, близькі до тих, в результаті яких стався Великий вибух, і переконатися у правильності своїх припущень. У спеціальних камерах, з яких було видалено частинки речовини, знизили температуру, наблизивши до умов космосу. Результати спостережень дали непрямі підтвердження науковим теоріям: вчені вивчали середовище, в якому теоретично міг виникнути Великий вибух, але назвати це середовище «Ніщо» виявилося не зовсім коректно. Міні-вибухи, що відбуваються, могли б призвести до більш масштабного вибуху, що породив Всесвіт.

Теорії всесвітів до Великого вибуху

Прихильники іншої теорії стверджують, що до Великого вибуху існували два інші Всесвіти, що розвивалися за власними законами. Якими саме вони були – відповісти складно, але згідно з теорією, що висувається, Великий вибух стався в результаті їх зіткнення і привів до повного знищення колишніх Всесвітів і, одночасно, до народження нашого, існуючого і нині.

Теорія «стиснення» говорить про те, що Всесвіт існує, і існував завжди, змінюються лише умови його розвитку, які призводять до зникнення життя в одному регіоні та виникнення в іншому. Життя зникає внаслідок «сплескування» і виникає після вибуху. Як би це парадоксально не звучало. Така гіпотеза має велику кількість прихильників.

Є ще одне припущення: в результаті Великого вибуху з небуття виник новий Всесвіт і роздувся, немов мильна бульбашка, до гігантських розмірів. У цей час від неї відгалужувалися «бульбашки», які згодом, стали іншими Галактиками та Всесвітами.

Теорія «природного відбору» передбачає, що йдеться про «природний космічний відбір», на кшталт того, про який говорив Дарвін, лише у більших розмірах. У нашого Всесвіту був свій предок, у нього, у свою чергу, також був свій предок. Відповідно до цієї теорії, наш Всесвіт породила Чорна діра. і становлять великий інтерес для вчених. За цією теорією для того, щоб з'явився новий Всесвіт, необхідні механізми «розмноження». Таким механізмом і стає Чорна діра.

А можливо, мають рацію ті, хто вважає, що в міру зростання і розвитку наш Всесвіт розширюється, йдучи назустріч Великому вибуху, який стане початком для нового Всесвіту. Отже, колись давно, невідомий і, на жаль, зниклий Всесвіт став прародителькою нашого нового всесвіту. Циклічність цієї системи виглядає логічно і прихильників цієї теорії чимало.

Наскільки наблизилися до істини послідовники тієї чи іншої гіпотези – сказати складно. Кожен вибирає те, що ближче за духом та розумінням. Релігійний світ дає на всі запитання свої відповіді та вкладає картину створення світу у божественні рамки. Атеїсти шукають відповіді, прагнучи докопатися до суті і помацати своїми руками цю саму суть. Можна здивуватися, чим викликана така завзятість у пошуках відповіді на питання про те, що було до Великого вибуху, адже практичну користь з цього знання отримати досить проблематично: людина не стане володарем Всесвіту, за його словом і бажанням не засвітяться нові зірки і не згаснуть існуючі . Але так цікаво те, що не вивчено! Людство б'ється над розгадками таємниць, і хто знає, можливо, рано чи пізно, вони дадуться людині в руки. Ось тільки, як він скористається цими таємними знаннями?

Ілюстрації: КЛАУС БАХМАНН, журнал "GEO"

(26 votes, average: 4,85 out of 5)

Екологія пізнання: Назва цієї статті може здатися не надто розумним жартом. Відповідно до загальноприйнятої космологічної концепції, теорії Великого вибуху, наш Всесвіт виник з екстремального стану фізичного вакууму, породженого квантовою флуктуацією.

Назва цієї статті може здатися не надто розумним жартом. Відповідно до загальноприйнятої космологічної концепції, теорії Великого вибуху, наш Всесвіт виник з екстремального стану фізичного вакууму, породженого квантовою флуктуацією. У цьому стані не існувало ні часу, ні простору (або вони були сплутані в просторово-часову піну), а всі фундаментальні фізичні взаємодії злилися воєдино. Пізніше вони розділилися і набули самостійного буття - спочатку гравітації, потім сильної взаємодії, а вже потім - слабкої та електромагнітної.

Теорія Великого вибуху користується довірою абсолютної більшості вчених, які вивчають ранню історію нашого Всесвіту. Вона і справді пояснює дуже багато і ні в чому не суперечить експериментальним даним.

Однак нещодавно у неї з'явився конкурент в особі нової, циклічної теорії, основи якої розробили двоє фізиків екстра-класу - директор Інституту теоретичної науки Прінстонського університету Пол Стейнхардт і лауреат Максвеллівської медалі та престижної міжнародної премії TED Ніл Тьюрок, директор канадського Інституту перспектив фізики (Perimeter Institute for Theoretical Physics). За допомогою професора Стейнхардта «Популярна механіка» спробувала розповісти про циклічну теорію та про причини її появи.

Момент, що передував подіям, коли з'явилася "спочатку гравітація, потім сильна взаємодія, а вже потім - слабке та електромагнітне", прийнято позначати як нульовий час, t = 0, проте це чиста умовність, данина математичному формалізму. Згідно зі стандартною теорією, безперервна течія часу почалася лише після того, як сила тяжіння здобула незалежність.

Цьому моменту зазвичай приписують величину t=10-43 (точніше, 5,4х10-44 з), яку називають планковским часом. Сучасні фізичні теорії просто не в змозі осмислено працювати з більш короткими проміжками часу (вважається, що для цього потрібна квантова теорія гравітації, яка поки що не створена). У контексті традиційної космології немає сенсу міркувати про те, що відбувалося до початкового моменту часу, оскільки часу у нашому розумінні тоді просто не існувало.

Неодмінною частиною стандартної космологічної теорії є концепція інфляції. Після закінчення інфляції у свої права вступило тяжіння, і Всесвіт продовжив розширюватися, але вже з швидкістю, що зменшується.

Така еволюція розтяглася на 9 мільярдів років, після чого в справу вступило ще одне антигравітаційне поле ще невідомої природи, яке називають чорною енергією. Воно знову вивело Всесвіт у режим експоненційного розширення, який начебто має зберегтися і в майбутні часи. Слід зазначити, що ці висновки базуються на астрофізичних відкриттях, зроблених наприкінці минулого століття майже через 20 років після появи інфляційної космології.

Вперше інфляційна інтерпретація Великого вибуху була запропонована близько 30 років тому і з того часу багаторазово шліфувалася. Ця теорія дозволила вирішити кілька фундаментальних проблем, із якими не впоралася попередня космологія.

Наприклад, вона пояснила, чому ми живемо у Всесвіті з плоскою евклідовою геометрією - відповідно до класичних рівнянь Фрідмана, саме такий він і повинен зробитися при експоненційному розширенні.

Інфляційна теорія пояснила, чому космічна матерія має зернистість у масштабах, не перевищують сотень мільйонів світлових років, але в великих дистанціях розподілена поступово. Вона також дала тлумачення невдачі будь-яких спроб виявити магнітні монополі, дуже масивні частинки з одиночним магнітним полюсом, які, як вважається, удосталь народжувалися перед початком інфляції (інфляція так розтягнула космічний простір, що спочатку висока щільність монополів скоротилася майже до (прилади не можуть їх виявити).

Незабаром після появи інфляційної моделі кілька теоретиків зрозуміли, що її внутрішня логіка не суперечить ідеї перманентного множини все нових і нових всесвітів. Справді, квантові флуктуації, подібні до тих, яким ми зобов'язані існуванням нашого світу, можуть виникати в будь-якій кількості, якщо для цього є відповідні умови.

Не виключено, що наша світобудова вийшла з флуктуаційної зони, яка сформувалася у світі-попереднику. Так само можна припустити, що коли-небудь і де-небудь у нашому Всесвіті утворюється флуктуація, яка «видує» юний всесвіт зовсім іншого роду, також здатну до космологічного «дітонародження». Існують моделі, в яких такі дочірні всесвіти виникають безперервно, відбруньковуються від своїх батьків і знаходять своє місце. При цьому зовсім не обов'язково, що в таких світах встановлюються ті самі фізичні закони.

Всі ці світи «вкладені» в єдиний просторово-часовий континуум, але рознесені в ньому настільки, що ніяк не відчувають присутності одне одного. Загалом концепція інфляції дозволяє - більше того, змушує! - вважати, що в велетенського мегакосмосі існує безліч ізольованих один від одного всесвітів з різним пристроєм.

Фізики-теоретики люблять вигадувати альтернативи навіть загальноприйнятим теоріям. З'явилися конкуренти і інфляційної моделі Великого вибуху. Вони не отримали широкої підтримки, але мали та мають своїх послідовників. Теорія Стейнхардта і Тьюрока серед них не перша і, напевно, не остання. Однак на сьогоднішній день вона розроблена детальніше за інших і краще пояснює спостережувані властивості нашого світу. Вона має кілька версій, у тому числі одні базуються на теорії квантових струн і багатовимірних просторів, інші покладаються на традиційну квантову теорію поля. Перший підхід дає наочніші картинки космологічних процесів, так що на ньому і зупинимося.

Найпросунутіший варіант теорії струн відомий як М-теорія. Вона стверджує, що фізичний світ має 11 вимірів – десять просторових та одне тимчасове. У ньому плавають простори менших розмірностей, звані лайки.

Наш Всесвіт - просто одна з таких лайок, що володіє трьома просторовими вимірами. Її заповнюють різні квантові частинки (електрони, кварки, фотони і т. д.), які насправді є розімкненими струнами, що вібрують, з єдиним просторовим виміром - довжиною. Кінці кожної струни намертво закріплені всередині тривимірної лайки, і залишити лайку струна не може. Але є і замкнуті струни, які можуть мігрувати за межі лайки - це гравітони, кванти поля тяжіння.

Як же циклічна теорія пояснює минуле та майбутнє світобудови? Почнемо з нинішньої доби. Перше місце зараз належить темній енергії, яка змушує наш Всесвіт розширюватися експонентом, періодично подвоюючи розміри. В результаті щільність матерії та випромінювання постійно падає, гравітаційне викривлення простору слабшає, а його геометрія стає все більш плоскою.

Протягом наступного трильйона років розміри Всесвіту подвоїться близько ста разів і вона перетвориться на практично порожній світ, повністю позбавлений матеріальних структур. Поруч із нами знаходиться ще одна тривимірна брана, відокремлена від нас на нікчемну відстань у четвертому вимірі, і вона теж зазнає аналогічного експоненційного розтягування та ущільнення. Весь цей час дистанція між лайками практично не змінюється.

А потім ці паралельні лайки починають зближуватися. Їх штовхає один одного силове поле, енергія якого залежить від відстані між бранами. Зараз щільність енергії такого поля позитивна, тому простір обох бран розширюється по експоненті, отже саме це поле й забезпечує ефект, який пояснюють наявністю темної енергії!

Однак цей параметр поступово зменшується і через трильйон років впаде нанівець. Обидві лайки все одно продовжать розширюватися, але вже не за експонентом, а в дуже повільному темпі. Отже, у нашому світі щільність частинок та випромінювання так і залишиться майже нульовою, а геометрія – плоскою.

Але закінчення старої історії – лише прелюдія до чергового циклу. Брани переміщуються назустріч один одному і зрештою стикаються. На цій стадії щільність енергії міжбранового поля опускається нижче за нуль, і воно починає діяти на зразок гравітації (нагадаю, що у тяжіння потенційна енергія негативна!).

Коли лайки виявляються дуже близько, міжбранове поле починає посилювати квантові флуктуації в кожній точці нашого світу і перетворює їх на макроскопічні деформації просторової геометрії (наприклад, за мільйонну частку секунди до зіткнення розрахунковий розмір таких деформацій досягає декількох метрів). Після зіткнення саме в цих зонах виділяється левова частка кінетичної енергії, що вивільняється при ударі. У результаті саме там виникає найбільше гарячої плазми із температурою близько 1023 градусів. Саме ці області стають локальними вузлами тяжіння та перетворюються на зародки майбутніх галактик.

Таке зіткнення замінює Великий вибух інфляційної космології. Дуже важливо, що вся матерія, що виникла заново, з позитивною енергією з'являється за рахунок накопиченої негативної енергії міжбранового поля, тому закон збереження енергії не порушується.

А як поводиться таке поле у ​​цей вирішальний момент? До зіткнення щільність його енергії досягає мінімуму (причому негативного), потім починає зростати, а при зіткненні стає нульовою. Потім лайки відштовхуються один від одного і починають розходитися. Щільність міжбранової енергії проходить зворотну еволюцію - знову стає негативною, нульовою, позитивною.

Збагачена матерією і випромінюванням брана спочатку розширюється з швидкістю, що падає, під гальмуючим впливом власного тяжіння, а потім знову переходить до експоненційного розширення. Новий цикл закінчується подібно до колишнього - і так до нескінченності. Цикли, що передували нашому, відбувалися і в минулому - у цій моделі час безперервно, тому минуле існує і за межами 13,7 млрд років, що минули після останнього збагачення нашої лайки матерією та випромінюванням! Чи був у них взагалі якийсь початок, теорія замовчує.

Циклічна теорія по-новому пояснює властивості нашого світу. Він має плоску геометрію, оскільки до кінця кожного циклу непомірно розтягується і лише трохи деформується перед початком нового циклу. Квантові флуктуації, які стають попередниками галактик, виникають хаотично, але в середньому рівномірно - тому космічний простір заповнений згустками матерії, але на великих дистанціях цілком однорідно. Ми не можемо виявити магнітні монополі просто тому, що максимальна температура новонародженої плазми не перевищувала 1023 К, а для виникнення таких частинок потрібні багато більших енергії - близько 1027 К.

Циклічна теорія існує у кількох версіях, як і теорія інфляції. Однак, за словами Пола Стейнхардта, відмінності між ними суто технічні та цікаві лише фахівцям, загальна концепція залишається незмінною: «По-перше, у нашій теорії немає жодного моменту початку світу, ніякої сингулярності.

Є періодичні фази інтенсивного народження речовини та випромінювання, кожну з яких за бажання можна називати Великим вибухом. Але кожна з цих фаз знаменує не виникнення нового всесвіту, а лише перехід від одного циклу до іншого. І простір, і час існують і до, і після кожного з цих катаклізмів. Тому цілком закономірно запитати, яким був стан справ за 10 млрд. років до останнього Великого вибуху, від якого відраховують історію світобудови.

Друга ключова відмінність - природа та роль темної енергії. Інфляційна космологія не передбачала переходу розширення Всесвіту, що уповільнюється, в прискорене. А коли астрофізики відкрили це явище, спостерігаючи за спалахами далеких наднових зірок стандартна космологія навіть не знала, що з цим робити. Гіпотезу темної енергії висунули просто у тому, щоб якось прив'язати до теорії парадоксальні результати цих спостережень.

А наш підхід набагато краще скріплений внутрішньою логікою, оскільки темна енергія у нас є спочатку і саме вона забезпечує чергування космологічних циклів». Втім, як зазначає Пол Стейнхардт, має циклічна теорія і слабкі місця: «Нам поки що не вдалося переконливо описати процес зіткнення і відскоку паралельних бран, що має місце на початку кожного циклу. Інші аспекти циклічної теорії розроблені набагато краще, а тут належить усунути ще чимало неясностей».

Але навіть найкрасивіші теоретичні моделі потребують досвідченої перевірки. Чи можна підтвердити чи спростувати циклічну космологію за допомогою спостережень? «Обидві теорії і інфляційна, і циклічна передбачають існування реліктових гравітаційних хвиль, - пояснює Пол Стейнхардт. - У першому випадку вони виникають із первинних квантових флуктуацій, які в ході інфляції розмазуються по простору і породжують періодичні коливання його геометрії, - а це, згідно із загальною теорією відносності, і є хвилі тяжіння.

У нашому сценарії першопричиною таких хвиль також є квантові флуктуації - ті, що посилюються при зіткненні бран. Обчислення показали, що кожен механізм породжує хвилі, що мають специфічний спектр і специфічну поляризацію. Ці хвилі мали залишити відбитки на космічному мікрохвильовому випромінюванні, яке є безцінним джерелом відомостей про ранньому космосі.

Поки що такі сліди виявити не вдалося, але, швидше за все, це буде зроблено протягом найближчого десятиліття. Крім того, фізики вже думають про пряму реєстрацію реліктових гравітаційних хвиль за допомогою космічних апаратів, які з'являться через два-три десятки років».

Ще одна відмінність, за словами професора Стейнхардта, полягає у розподілі температур фонового мікрохвильового випромінювання: «Це випромінювання, що приходить з різних ділянок небосхилу, не цілком однорідне за температурою, в ньому є більш-менш нагріті зони. На тому рівні точності вимірювань, який забезпечує сучасна апаратура, кількість гарячих та холодних зон приблизно однакова, що збігається з висновками обох теорій – і інфляційною, і циклічною.

Однак ці теорії передбачають більш тонкі різницю між зонами. В принципі їх зможе виявити запущена торік європейська космічна обсерваторія "Планк" та інші новітні космічні апарати. Я сподіваюся, що результати цих експериментів допоможуть зробити вибір між інфляційною та циклічною теоріями. Але може статися і так, що ситуація залишиться невизначеною і жодна теорія не отримає однозначної експериментальної підтримки. Ну що ж, тоді доведеться вигадати щось нове».

Згідно з інфляційною моделлю, Всесвіт незабаром після свого народження дуже короткий час експоненційно розширювався, багато разів подвоюючи свої лінійні розміри. Вчені вважають, що початок цього процесу збігся за часом з відділенням сильної взаємодії і відбулося на тимчасовій позначці 10-36 с.

Таке розширення (з легкої руки американського фізика-теоретика Сідні Коулмена його стали називати космологічною інфляцією) було вкрай нетривалим (до 10-34 с), проте збільшило лінійні розміри Всесвіту як мінімум у 1030-1050 разів, а можливо, що й набагато більше. Відповідно до більшості конкретних сценаріїв, інфляцію запустило антигравітаційне квантове скалярне поле, щільність енергії якого поступово зменшувалась і зрештою дійшла до мінімуму.

Перед тим, як це сталося, поле стало швидко осцилювати, породжуючи елементарні частки. В результаті до закінчення інфляційної фази Всесвіт заповнився надгарячою плазмою, що складається з вільних кварків, глюонів, лептонів та високоенергетичних квантів електромагнітного випромінювання.

Радикальна альтернатива

1980-х роках професор Стейнхардт зробив чималий внесок у розробку стандартної теорії Великого вибуху. Однак це не завадило йому шукати радикальну альтернативу теорії, в яку вкладено стільки праці. Як розповів «Популярній механіці» сам Пол Стейнхардт, гіпотеза інфляції справді розкриває багато космологічних загадок, але це не означає, що немає сенсу шукати й інші пояснення: «Спочатку мені просто цікаво було спробувати розібратися в основних властивостях нашого світу, не вдаючись до інфляції.

Пізніше, коли я заглибився в цю проблематику, я переконався, що інфляційна теорія зовсім не така досконала, як стверджують її прихильники. Коли інфляційна космологія тільки створювалася, ми сподівалися, що вона пояснить перехід від первісного хаотичного стану матерії до нинішнього впорядкованого Всесвіту. Вона це й зробила – але пішла набагато далі.

Внутрішня логіка теорії вимагала визнати, що інфляція постійно творить нескінченну кількість світів. У цьому не було б нічого страшного, якби їхній фізичний пристрій копіював наш власний, але цього якраз і не виходить. Ось, скажімо, за допомогою інфляційної гіпотези вдалося пояснити, чому ми живемо в плоскому евклідовому світі, але більшість інших всесвітів свідомо не матиме такої ж геометрії.

Це Вам буде цікаво:

Коротше кажучи, ми будували теорію для пояснення власного світу, а вона вийшла з-під контролю і породила нескінченну різноманітність екзотичних світів. Такий стан справ перестав мене влаштовувати. До того ж, стандартна теорія не здатна пояснити природу більш раннього стану, що передував еспоненційному розширенню. У цьому сенсі вона така ж неповна, як і доінфляційна космологія. Зрештою, вона не може нічого сказати про природу темної енергії, яка вже 5 млрд років управляє розширенням нашого Всесвіту».опубліковано

« Для мене життя надто коротке, щоб турбуватися про речі мені непідвладні і, може, навіть нездійсненні. Ось питають: «А раптом Землю поглине чорна діра, чи виникне спотворення простору-часу – це ж привід для хвилювання?» Моя відповідь: "ні", - тому що ми про це дізнаємося, тільки коли воно досягне нашого ... нашого місця в просторі-часі. Ми отримуємо поштовхи, коли природа вирішує, що настав час: швидкість звуку, швидкість світла, швидкість електричних імпульсів - ми завжди будемо жертвами тимчасової затримки між навколишньою інформацією і нашою здатністю її отримати»

Ніл Деграсс Тайсон

Час – дивовижна штука. Воно дарує нам минуле, сьогодення та майбутнє. Через час у всього, що оточує нас, є вік. Наприклад, вік Землі становить приблизно 4,5 мільярда років. Приблизно стільки ж років тому спалахнула і найближча до нас зірка – Сонце. Якщо ця цифра здається вам дивовижною, не варто забувати, що задовго до утворення нашої рідної Сонячної системи з'явилася галактика, в якій ми живемо - Чумацький шлях. За останніми оцінками вчених, вік Чумацького шляху становить 13,6 мільярда років. Але ж ми точно знаємо, що галактики теж мають минуле, а космос просто величезний, тому потрібно дивитися ще далі. І цей роздум неминуче приводить нас до моменту, коли все почалося – Великому Вибуху.

Ейнштейн та Всесвіт

Сприйняття навколишнього світу людьми завжди було неоднозначним. Хтось досі не вірить у існування величезного Всесвіту навколо нас, хтось вважає Землю плоскою. До наукового прориву в 20 столітті існувала лише пара версій походження світу. Прихильники релігійних поглядів вірили у божественне втручання та творення вищого розуму, незгодних іноді спалювали. Була й інша сторона, яка вірила, що навколишній світ, як і Всесвіт, нескінченний.

Для багатьох людей усе змінилося тоді, коли 1917 року з доповіддю виступив Альберт Ейнштейн, представивши широкому загалу працю свого життя – Загальну теорію відносності. Геній 20 століття пов'язав простір-час з матерією космосу за допомогою виведених ним рівнянь. В результаті цього виходило, що Всесвіт кінцевий, незмінний у розмірах і має форму правильного циліндра.

На зорі технічного прориву спростувати слова Ейнштейна було ніхто, оскільки його теорія була надто складна навіть найбільших умів початку 20 століття. Оскільки інших варіантів не було, модель циліндричного стаціонарного Всесвіту була прийнята науковою спільнотою як загальноприйнята модель нашого світу. Втім, прожити вона змогла лише кілька років. Після того, як фізики змогли одужати від наукових праць Ейнштейна і почали розбирати їх по поличках, паралельно з цим почали вноситись корективи до теорії відносності та конкретних розрахунків німецького вченого.

У 1922 році в журналі «Известия фізики» раптово виходить стаття російського математика Олександра Фрідмана, в якій той заявляє, що Ейнштейн помилився і наш Всесвіт не стаціонарний. Фрідман пояснює, що твердження німецького вченого щодо незмінності радіусу кривизни простору – помилки, насправді радіус змінюється щодо часу. Відповідно, Всесвіт має розширюватися.

Більше того, тут же Фрідман навів свої припущення щодо того, як саме може розширюватися Всесвіт. Усього моделі було три: пульсуючий Всесвіт (припущення того, що Всесвіт розширюється і стискується з деякою періодичністю в часі); Всесвіт, що розширюється, з маси і третя модель - розширення з точки. Оскільки в ті часи інших моделей не існувало, за винятком божественного втручання, то фізики швидко взяли до уваги всі три моделі Фрідмана і почали розробляти їх у своєму напрямку.

Робота російського математика трохи вразила Ейнштейна, і в тому ж році він публікує статтю, в якій висловлює свої зауваження щодо праць Фрідмана. У ньому німецький фізик намагається довести вірність своїх розрахунків. Вийшло це досить непереконливо, і коли біль від удару по самооцінці трохи спав, Ейнштейн випустив ще одну замітку в журналі «Известия фізики», у якій сказав:

« У попередній замітці я розкритикував названу вище роботу. Однак моя критика, як я переконався з листа Фрідмана, повідомленого мені Крутковим, ґрунтувалася на помилці в обчисленнях. Я вважаю результати Фрідмана правильними і такими, що проливають нове світло».

Вченим довелося визнати, що всі три моделі Фрідмана появи та існування нашого Всесвіту є абсолютно логічними і мають право на життя. Усі три пояснюються зрозумілими математичними розрахунками і залишають питань. Крім одного: з чого Всесвіту починати розширюватися?

Теорія, яка змінила світ

Заяви Ейнштейна та Фрідмана призвели до того, що вчене співтовариство всерйоз задалося питанням походження Всесвіту. Завдяки загальній теорії відносності з'явився шанс пролити світло на наше минуле, і фізики не забули про це скористатися. Одним із вчених, які спробували представити модель нашого світу, став астрофізик Жорж Леметр із Бельгії. Примітним є той факт, що Леметр був католицьким священиком, але при цьому займався математикою та фізикою, що для нашого часу справжній нонсенс.

Жорж Леметр зацікавився рівняннями Ейнштейна, і з їхньою допомогою зміг вирахувати, що наш Всесвіт з'явився в результаті розпаду якоїсь суперчастинки, яка знаходилася поза простором і часом до початку поділу, який можна фактично вважати вибухом. При цьому фізики зазначають, що Леметр першим пролив світло на народження Всесвіту.

Теорія суператома, що вибухнув, влаштувала не тільки вчених, але також і духовенство, яке було дуже незадоволене сучасними науковими відкриттями, під які доводилося придумати нові тлумачення Біблії. Великий вибух не вступав у суттєві протиріччя з релігією, можливо, на це вплинуло виховання самого Леметра, який присвятив своє життя не тільки науці, а й служінню Богу.

22 листопада 1951 року Папа Римський Пій XII зробив заяву, що Теорія великого вибуху не конфліктує з Біблією та католицькими догмами про виникнення світу. Православні священнослужителі також заявили, що ставляться до цієї теорії позитивно. Цю теорію щодо нейтрально сприйняли і прихильники інших релігій, деякі з них навіть сказали, що у їхніх священних писаннях є згадки про Великий Вибух.

Втім, незважаючи на те, що Теорія Великого Вибуху на даний момент є загальноприйнятою космологічною моделлю, вона завела багатьох вчених у безвихідь. З одного боку, вибух суперчастки відмінно вписувався в логіку сучасної фізики, але з іншого внаслідок такого вибуху могли утворитися переважно лише важкі метали, зокрема залізо. Але, як виявилося, Всесвіт складається в основному із надлегких газів – водню та гелію. Щось не сходилося, тож фізики продовжили роботу над теорією походження світу.

Спочатку терміну «Великий вибух» не існувало. Леметр та інші фізики пропонували лише нудну назву «динамічна модель, що еволюціонує», що викликало позіхання у студентів. Лише 1949 року на одній зі своїх лекцій британський астроном і космолог Фрейд Хойл сказав:

«Ця теорія заснована на припущенні, що Всесвіт виник у процесі єдиного потужного вибуху і тому існує лише кінцевий час… Ця ідея Великого вибуху здається мені зовсім незадовільною».

З того часу цей термін став широко використовуватися в наукових колах та представленні широкому загалу про влаштування Всесвіту.

Звідки з'явилися водень та гелій

Наявність легких елементів поставило фізиків у глухий кут, і багато прихильників Теорії Великого Вибуху поставили за мету знайти їх джерело. Протягом багатьох років їм не вдавалося досягти особливих успіхів, поки в 1948 геніальний вчений Георгій Гамов з Ленінграда нарешті не зміг встановити це джерело. Гамов був одним із учнів Фрідмана, тому із задоволенням взявся за розробку теорії свого викладача.

Гамов постарався уявити життя Всесвіту у зворотному напрямі, і відмотав час до того моменту, коли він тільки почав розширюватися. На той час, як відомо, людство вже відкрило принципи термоядерного синтезу, тому теорія Фрідмана-Леметра набула права життя. Коли Всесвіт був зовсім маленьким, він був дуже гарячим, згідно із законами фізики.

На думку Гамова, всього через секунду після Великого вибуху, простір нового Всесвіту заповнили елементарні частинки, які почали взаємодіяти один з одним. В результаті почався термоядерний синтез гелію, який зміг розрахувати для Гамова математик з Одеси Ральф Ашер Альфер. Згідно з підрахунками Альфера, вже через п'ять хвилин після Великого вибуху Всесвіт був заповнений гелієм на стільки, що навіть переконаним противникам Теорії Великого Вибуху доведеться змиритися і прийняти цю модель як основну в космології. Своїми дослідженнями Гамов не лише відкрив нові шляхи вивчення Всесвіту, але також воскресив теорію Леметра.

Незважаючи на стереотипи про вчених, їм не можна відмовити у романтизмі. Свої дослідження щодо теорії Супергарячого Всесвіту на момент Великого вибуху Гамов опублікував у 1948 році у роботі «Походження хімічних елементів». Як колег-помічників він вказав не лише Ральфа Ашера Альфера, а й Ганса Бете – американського астрофізика та майбутнього лауреата Нобелівської премії. На обкладинці книги вийшло Альфер, Бете, Гамов. Нічого не нагадує?

Втім, незважаючи на те, що праці Леметра отримали друге життя, фізики досі не могли відповісти на хвилююче питання: а що було до Великого Вибуху?

Спроби воскресити стаціонарний Всесвіт Ейнштейна

Не всі вчені погоджувалися з теорією Фрідмана-Леметра, але, незважаючи на це, їм доводилося викладати в університетах загальноприйняту космологічну модель. Наприклад астроном Фред Хойл, який сам і запропонував термін «Великий Вибух», насправді вважав, що жодного вибуху не було, і присвятив своє життя спробам це довести.
Хойл став одним із тих учених, які в наш час пропонують альтернативні погляди на сучасний світ. Більшість фізиків досить прохолодно ставляться до заяв подібних людей, але це їх не бентежить.

Щоб осоромити Гамова та його обґрунтування Теорії Великого Вибуху, Хойл разом із однодумцями вирішили розробити свою модель походження Всесвіту. За її основу вони взяли пропозиції Ейнштейна про те, що Всесвіт стаціонарний, і внесли деякі корективи, які пропонують альтернативні причини розширення Всесвіту.

Якщо прихильники теорії Леметра-Фрідмана вважали, що Всесвіт виник з однієї єдиної надщільної точки з нескінченно малим радіусом, то Хойл припустив, що матерія утворюється постійно з точок, що знаходяться між галактиками, що віддаляються один від одного. У першому випадку, з однієї частки утворився весь Всесвіт, з його нескінченним числом зірок та галактик. В іншому випадку одна точка дає речовини стільки, скільки достатньо для виробництва всього однієї галактики.

Неспроможність теорії Хойла в тому, що він так і не зміг пояснити, звідки береться та сама речовина, яка продовжує створювати галактики, в яких знаходяться сотні мільярдів зірок. Фактично Фред Хойл пропонував усім повірити, що структура Всесвіту виникає з нізвідки. Незважаючи на те, що багато фізиків намагалися знайти рішення теорії Хойла, нікому так і не вдалося цього зробити, і через кілька десятиліть ця пропозиція втратила свою актуальність.

Запитання без відповідей

Насправді Теорія Великого Вибуху також дає нам відповіді багато запитань. Наприклад, в умі звичайної людини не може вкластися той факт, що вся навколишня матерія колись була стиснута в одну точку сингулярності, яка за своїми розмірами набагато менше атома. І як так вийшло, що ця суперчастка нагрілася настільки, що запустилася реакція вибуху.

До середини 20 століття теорія Всесвіту, що розширюється, так і не була підтверджена експериментально, тому не мала широкого поширення в навчальних закладах. Все змінилося 1964 року, коли двоє американських астрофізиків – Арно Пензіас та Роберт Вільсон – не вирішили зайнятися дослідженням радіосигналів зоряного неба.

Скануючи випромінювання небесних тіл, а саме Кассіопеї А (одне з найпотужніших джерел радіовипромінювання на зоряному небі), вчені помітили якийсь сторонній шум, який постійно заважав зафіксувати точні дані щодо випромінювання. Куди б вони не направили свою антену, в який час доби вони не починали свої дослідження – цей характерний і постійний шум завжди переслідував їх. Розлютившись до певної міри, Пензіас і Вільсон вирішили вивчити джерело цього шуму і несподівано зробили відкриття, яке змінило світ. Вони відкрили реліктове випромінювання, яке є відлунням того самого Великого Вибуху.

Наш Всесвіт остигає набагато повільніше, ніж чашка гарячого чаю, і реліктове випромінювання свідчить про те, що колись навколишня матерія була дуже гаряча, і тепер охолоджується в міру розширення Всесвіту. Таким чином, всі теорії, пов'язані з холодним Всесвітом, залишилися за бортом, і на озброєння була остаточно прийнята Теорія Великого Вибуху.

У своїх працях Георгій Гамов припускав, що в космосі вдасться виявити фотони, які існують з моменту Великого Вибуху, потрібне лише досконаліше технічне оснащення. Реліктове випромінювання підтверджувало всі його припущення щодо існування Всесвіту. Також з його допомогою вдалося встановити, що вік нашого Всесвіту становить приблизно 14 мільярдів років.

Як і завжди, за практичного доказу будь-якої теорії, відразу виникає безліч альтернативних думок. Деякі фізики з глузуванням сприйняли відкриття реліктового випромінювання як свідчення Великого Вибуху. Незважаючи на те, що Пензіас та Вільсон стали лауреатами Нобелівської премії за своє історичне відкриття, з'явилося багато незгодних з їхніми дослідженнями.

Основними аргументами на користь неспроможності розширення Всесвіту стали розбіжності та логічні помилки. Наприклад, вибух рівноприскорив усі галактики в космосі, проте замість того, щоб віддалятися від нас, галактика Андромеди повільно, але вірно наближається до Чумацького Шляху. Вчені припускають, що ці дві галактики зіштовхнуться між собою лише через якихось 4 мільярди років. На жаль, людство поки що надто молоде, щоб відповісти на це та інші питання.

Теорія рівноваги

У наш час фізики пропонують різні моделі існування Всесвіту. Багато хто з них не витримує навіть простої критики, інші ж отримують право на життя.

Наприкінці 20 століття астрофізик з Америки Едвард Трайон разом зі своїм колегою з Австралії Уорреном Керрі запропонували принципово нову модель Всесвіту, при цьому зробили це незалежно один від одного. В основу своїх досліджень вчені поклали припущення, що у Всесвіті все врівноважено. Маса знищує енергію, і навпаки. Такий принцип стали називати принципом Нульового Всесвіту. В рамках цього Всесвіту нова речовина виникає в точках сингулярності між галактиками, де тяжіння та відштовхування матерії врівноважене.

Теорію Нульового Всесвіту не рознесли в пух і прах тому, що через деякий час вчені змогли відкрити існування темної матерії - загадкової субстанції, з якої майже на 27% складається наш Всесвіт. Ще 68,3% Всесвіту становить більш таємнича та загадкова темна енергія.

Саме завдяки гравітаційним ефектам темної енергії приписують прискорення розширення Всесвіту. До речі, наявність темної енергії в космосі передбачив ще сам Ейнштейн, який бачив, що в його рівняннях щось не сходиться, Всесвіт не вдавалося зробити стаціонарним. Тому він увів у рівняння космологічну постійну – Лямбда-член, за що потім неодноразово звинувачував себе і ненавидів.

Так виходило, що порожній теоретично простір у Всесвіті все ж таки заповнений якимось особливим полем, яке і приводить у дію модель Ейнштейна. У тверезому розумі та за логікою тих часів існування такого поля було просто неможливим, але насправді німецький фізик просто не знав, як описати темну енергію.

***
Можливо, ми ніколи не дізнаємося, як і з чого виник наш Всесвіт. Ще складніше встановити, що було до її існування. Люди схильні боятися того, що не можуть пояснити, тому не виключено, що до кінця часів людство віритиме в тому числі і в божественне вплив на створення навколишнього світу.

Після загадкової космологічної сингулярності слід не менш таємнича ера планків (0 -10 -43 с). Важко сказати які процеси відбувалися в цю коротку мить новонародженого Всесвіту. Але точно відомо, що до кінця планківського моменту гравітаційний вплив відокремився від трьох фундаментальних сил, об'єднаних у єдину групу Великого об'єднання.

Для того, щоб описати більш ранній момент, потрібна нова теорія, частиною якої може стати модель петльової квантової гравітації та теорія струн. Виходить, що планківська ера, як і космологічна сингулярність, становить надмалу за тривалістю, але значну за науковою вагою прогалину в доступних знаннях раннього Всесвіту. Так само в межах планківського часу існували своєрідні флуктації простору та часу. Для опису цього квантового хаосу можна використовувати образ пінистих квантових осередків простору-часу.

Порівняно з планківською ерою подальші події постають перед нами у яскравому та зрозумілому світлі. У період з 10 -43 до 10 -35 с у молодому Всесвіті вже діяли сили гравітації та Великого об'єднання. У цей період сильне, слабке та електромагнітне впливи були єдиним цілим і становили силове поле Великого об'єднання.

Коли з моменту Великого вибуху пройшло 10 -35 с, Всесвіт досяг температури 10 29 К. У цей момент сильна взаємодія відокремилася від електрослабого. Це спричинило порушення симетрії, яке відбувалося по-різному у різних частинах Всесвіту. Є ймовірність, що Всесвіт розділився на частини, які були відгороджені один від одного дефектами простору-часу. Також там могли існувати й інші дефекти - космічні струни або магнітні монополі. Однак сьогодні ми не можемо цього бачити через інший поділ сили Великого об'єднання – космологічної інфляції.

На той час Всесвіт був заповнений газом з гравітонів - гіпотетичних квантів поля тяжіння та бозонів сили Великого об'єднання. У цей час майже існувала різниця між лептонами і кварками.

Коли в деяких частинах Всесвіту стався поділ сил, виник хибний вакуум. Енергія застрягла високому рівні, змушуючи простір подвоюватися кожні 10 -34 з. Таким чином, Всесвіт від квантових масштабів (одна мільярдна трильйонної трильйонної частки сантиметра) перейшла до розмірів кулі з діаметром близько 10 см. В результаті епохи Великого об'єднання відбувся фазовий перехід первинної матерії, який супроводжувався порушенням однорідності її щільності. Епоха Великого об'єднання закінчилася приблизно в 10-34 секунд з моменту Великого Вибуху, коли щільність матерії становила 10 74 г/смі, а температура 10 27 K. умовах. Це відділення призвело до наступного фазового переходу та масштабного розширення Всесвіту, яке призвело до зміни щільності речовини та розподілу її по Всесвіту.

Одна з причин, чому ми так мало знаємо про стан Всесвіту до інфляції, полягає в тому, що подальші події дуже сильно її змінили, розкидавши частки до інфляційного віку найдальшими куточками Всесвіту. Тому навіть якщо ці частинки і збереглися, виявити їх у сучасній речовині досить складно.

З швидким розвитком Всесвіту відбуваються великі зміни, і слідом за періодом Великого об'єднання йде епоха інфляції (10 -35 - 10 -32). Для цієї епохи характерно надшвидке розширення молодого Всесвіту, тобто інфляція. У цю коротку мить Світобудова являла собою океан хибного вакууму з високою щільністю енергії, завдяки чому і стало можливим розширення. При цьому параметри вакууму постійно змінювалися через квантові сплески - флуктацію (простір-тимчасове спінювання).

Інфляція пояснює природу вибуху під час Великого вибуху, тобто чому відбувалося стрімке розширення Всесвіту. Основою опису цього явища послужили загальна теорія відносності Ейнштейна і квантова теорія поля. Для того, що описати це явище, фізики збудували гіпотетичне інфлаторне поле, яке заповнювало весь простір. Завдяки випадковим коливанням воно набувало різних значень у довільних просторових областях і в різні моменти часу. Потім інфлаторному полі утворилася однорідна конфігурація критичного розміру, після чого просторова область, зайнята флуктацією, почала швидко збільшуватися в розмірах. Через прагнення інфлаторного поля зайняти положення, в якому його енергія мінімальна, процес розширення набув наростаючого характеру, в результаті якого Всесвіт почав збільшуватися в розмірах. У момент розширення (10 -34) почав розпадатися помилковий вакуум, у результаті починають утворитися частки і античастинки великих енергій.

В історії Всесвіту настає адронна ера, важливою особливістю якої є існування частинок та античасток. Згідно з сучасними уявленнями в перші мікросекунди після Великого вибуху, Всесвіт перебував у стані кварк-глюонної плазми. Кварки є складовими частинами всіх адронів (протонів та нейтронів), а нейтральні частки глюони-переносники сильної взаємодії, які забезпечують злипання кварків у адрони. У перші моменти Всесвіту ці частинки тільки утворювалися і перебували у вільному, газоподібному стані.

Хромоплазму кварків і глюонів зазвичай порівнюють з рідким станом матерії, що взаємодіє. У такій фазі кварки та глюони звільняються від адронної матерії і можуть вільно переміщатися по всьому плазмовому просторі, внаслідок чого утворюється квіткопровідність.

Не дивлячись на екстремально високі температури, кварки були пов'язані між собою, які рух нагадував швидше рух атомів у рідини, ніж у газі. Також за таких умов відбувається ще один фазовий перехід, при якому легкі кварки, що становлять речовину, стають безмасовими.

Спостереження реліктового фону показали, що початковий достаток частинок порівняно з кількістю античастинок становив мізерну частку від загального числа. І саме цих надлишкових протонів вистачило для створення речовини Всесвіту.

Деякі вчені вважають, що у адронної ері існували і приховування речовини. Носій прихованої маси невідомий, але найімовірнішими вважаються такі елементарні частки, як аксіони.

У процесі розвитку вибуху температура падала і за одну десяту секунди досягала 3*10 10 градусів Цельсія. Через одну секунду – десять тисяч мільйонів градусів, а через тринадцять секунд – три тисячі мільйонів. Цього було вже достатньо для того, щоб електрони та позитрони почали аннагілювати швидше. Енергія, що виділяється при аннагіляції, поступово уповільнювала швидкість охолодження Всесвіту, але температура продовжувала падати.

Період з 10-4 - 10 с прийнято називати ерою лептонів. Коли енергія частинок та фотонів знизилася в сотню разів, речовину заповнили лептони-електрони та позитрони. Лептонна ера починається з розпаду останніх адронів у мюони та мюонне нейтрино, а закінчується за кілька секунд, коли енергія фотонів різко зменшилася і генерація електрон-позитронних пар припинилася.

Приблизно через одну соту секунди після Великого вибуху температура Всесвіту дорівнювала 10 11 градусів Цельсія. Це набагато гарячіше, ніж у центрі будь-якої відомої зірки. Ця температура така висока, що жоден з компонентів звичайної речовини, атоми і молекули, не могли існувати. Натомість молодий Всесвіт складався з елементарних частинок. Одними з цих частинок були електрони - негативно заряджені частинки, які утворюють зовнішні частини всіх атомів. Іншими частинками були позитрони,- позитивно заряджені частинки з масою, точно рівної масі електрона. Крім цього існувало нейтрино різних типів-примарних частинок, які мають ні маси, ні електричного заряду. Але нейтрино та антинейтрино не анігілювали один з одним, тому що ці частинки дуже слабо взаємодіють між собою та іншими частинками. Тому вони до цих пір повинні зустрічатися навколо нас, і вони могли б стати хорошим способом перевірки моделі гарячого раннього Всесвіту. Однак енергії цих частинок зараз надто малі для їхнього спостереження.

Під час епохи лептонів були такі частинки як протони і нейтрони. І нарешті, у Всесвіті було світло, яке, згідно з квантовою теорією, складається з фотонів. У пропорційному відношенні на один нейтрон і протон припадало тисяча мільйонів електронів. Всі ці частинки безперервно народжувалися з чистої енергії, а потім анігілювали, утворювали інші види частинок. Щільність у ранньому Всесвіті за таких високих температур була в чотири тисячі мільйонів разів більша, ніж у води.

Як говорилося раніше, саме в цей період відбувається інтенсивне народження в ядерних реакціях різних типів примарного нейтрино, яке називають реліктовим.

Починається радіаційна епоха, на початку якої Всесвіт входить у епоху випромінювання. На початку ери (10 с) випромінювання інтенсивно взаємодіяло із зарядженими частинками протонів та електронів. Через падіння температури фотони охолоджувалися, і в результаті численних розсіянь на частинках, що віддалялися, неслася частина їх енергії.

Приблизно через сто секунд після Великого вибуху температура падає до тисячі мільйонів градусів, що відповідає температурі найгарячіших зірок. За таких умов енергії протонів і нейтронів вже недостатньо для опору сильному ядерному тяжінню, і вони починають поєднуватися один з одним, утворюючи ядра дейтерію-важкого водню. Потім ядра дейтерію приєднують інші нейтрони і протони і перетворюються на ядра гелію. Після цього утворюються більш важкі елементи - літій і берилій. Первинне утворення атомних ядер речовини, що народжується, тривало недовго. Після трьох хвилин частки розлетілися так далеко одна від одної, що зіткнення стали рідкісним явищем. Згідно з гарячою моделлю Великого вибуху, близько четвертої частини протонів і нейтронів мало перетворитися на атоми гелію, водню та інших елементів. Елементарні частинки, що залишилися, розпалися на протони, що представляють ядра звичайного водню.

За кілька годин після Великого вибуху утворення гелію та інших елементів припинилося. Протягом мільйона років Всесвіт просто продовжував розширюватися і в ньому майже більше нічого не відбувалося. Існуюча у період матерія почала розширюватися і охолоджуватися. Значно пізніше, через сотні тисяч років температура впала до кількох тисяч градусів, і енергії електронів і ядер стало недостатньо для подолання електромагнітного тяжіння, що діє між ними. Вони почали зіштовхуватися між собою, утворюючи перші атоми водню та гелію (рис 2).