Краткая история нашей Вселенной за 13,8 миллиарда лет

 Физик элементарных частиц Гарри Клифф проводит экскурсию по эволюции Вселенной – от момента Большого взрыва до “Вояджера-1”. Несмотря на то, что вам говорили, Вселенная началась не совсем так...

Заманчиво представить эмбриональную Вселенную до Большого взрыва как семя, беременное всеми возможностями грядущего космоса и готовое вот-вот прорасти. Но, насколько мы теперь понимаем, Вселенная росла еще до того, как все рвануло. А значит, это было вовсе не начало начал, а скорее лишь новый этап ее существования. Для простоты и поскольку всем историям все-таки нужно какое-то начало, давайте скажем, что наша Вселенная началась с роста.

Это был не генеративный рост прорастающего семени. Это был рвущий, уничтожающий рост, разрушающий, разрывающий и раздирающий. Это был рост самого пространства.

В начале всего сущего космос рос с поистине ужасающей скоростью, расширяясь в геометрической прогрессии. Космос порождал космос, который порождал космос. В результате этого расширения, реальность лишилась всякой формы, превратившись в зыбкую, почти безликую пустоту. Если бы вы могли сесть на атом – хотя атомов еще не было – и взглянуть на стремительно расширяющуюся Вселенную, вы бы ничего не увидели, только леденящую, удушливую тьму.

Безжалостное растяжение пространства унесло бы все другие объекты далеко за пределы видимости, быстрее скорости света, за недосягаемый горизонт. Парадоксально, но по мере расширения пространства мир, видимый любому потенциальному наблюдателю, сжался до крошечной, непроницаемой скорлупы, связывая каждую частицу в своей собственной изолированной сфере небытия, отделенной от всех других таких же частиц постоянно растущей пустотой.

Эта эпоха экстремального расширения получила довольно обыденное название: “инфляция”. Как долго продолжалась инфляция, мы не знаем. Это могло быть как мгновение, так и целая вечность. И по всей вероятности, мы никогда этого не узнаем. Мы также вряд ли узнаем, что было до того, как инфляция захватила космос. Любые следы предыдущих эпох были стерты ростом пространства.

Но мы точно знаем, что в какой-то момент инфляция закончилась, и с ее окончанием началось рождение Вселенной. По мере того как сила, двигавшая инфляцию, иссякала, ее мощь порождала бесчисленные частицы, заполняя задыхающуюся пустоту субатомным огнем – первозданной плазмой, из которой впоследствии сформировались все объекты этого мира.

Из тьмы – свет. За триллионную долю секунды возникли силы природы, а вместе с ними – первая и величайшая в истории космоса вспышка света. Хотя инфляция закончилась, космос продолжал расширяться, хотя уже и не так стремительно. По мере того как космос продолжал расти, первозданный огонь начал остывать. Элементарные частицы, строительные блоки всего грядущего, слились воедино, образовав сердца первых атомов. В течение следующих нескольких минут были сформированы ядра первых химических элементов: водорода, гелия и лития.

В течение примерно 380 000 лет младенческая Вселенная была наполнена пылающим огнем, медленно остывая по мере того, как пространство продолжало расширяться. Затем, в критический момент, температура упала достаточно низко, чтобы электроны смогли плотно окружить блуждающие атомные ядра, образовав первые целые атомы. В этот момент первобытное пламя погасло, и на космос опустилась тьма.

Началась долгая темная эпоха. В течение сотен миллионов лет Вселенная была заполнена теплым водородным туманом, а в темноте зарождались первые семена структуры. Сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее водород и гелий под действием гравитации втягивались во все более плотные облака.

По мере того как эти облака становились плотнее и плотнее, они также становились все более горячими.

Наконец, где-то в неизведанных просторах космоса давление в центре одного из облаков стало настолько сильным, что в нем вспыхнул первый ядерный огонь – искра первой звезды. Свет хлынул во Вселенную, и темная эпоха завершилась космическим рассветом.

Вскоре Вселенная наполнилась звездами – яркими точками света в медленно расширяющейся темноте. Собираясь в первые галактики, они образовывали невиданные ранее химические элементы. Углерод, кислород, азот, железо и многие другие элементы уже были рассеяны по всему космосу, когда первые звезды погибли в пылающих сверхновых. Из их раскаленных углей рождались новые поколения звезд и образовывались новые элементы – непрерывный цикл рождения, смерти и возрождения.

Примерно через девять миллиардов лет после космического рассвета во внешнем спиральном рукаве одной из сотен миллиардов галактик, которые сейчас разбросаны по всей Вселенной, зажглась новая звезда. Вокруг нее кружилась целая флотилия миров, и на одной скалистой сфере инертная материя каким-то образом ожила. Под руководством безмолвных физических сил атомы складывались во все более сложные организмы, которые росли, размножались и эволюционировали. Миллиарды лет бледно-голубая сфера кипела живыми существами, виды возникали и погибали, и танец эволюции продолжался. Пока, наконец, человечество не оказалось на поверхности Земли, не взглянуло на звезды и не задалось вопросом.

Эта история космоса, его происхождения и истории постепенно складывалась воедино на протяжении веков коллективными усилиями тысяч людей. Тот факт, что современная наука позволяет нам с такой уверенностью говорить о событиях, настолько отдаленных во времени и пространстве, что они просто не поддаются воображению, несомненно, является одним из величайших достижений нашего вида. Особенно если учесть, что эта история была собрана путем разглядывания Вселенной с довольно ограниченной точки обзора на поверхности незначительной маленькой скалы, мчащейся сквозь космос.

Доказательства, которые лежат в основе этой космической истории, поступают из двух источников. Первый – это небо. Глядя в небеса, сначала глазами, а затем с помощью умных приборов, сделанных из физической материи Земли, мы узнали о звездах, планетах, гравитации, расширении пространства и огненном шаре Большого взрыва. Однако проблема с небесными светилами заключается в том, что почти все они находятся неудобно далеко. А самое далекое путешествие человека на сегодня – полет до Луны, всего 400 171 километр в космос, что по космическим меркам является незаметным смещением вправо.

С помощью дистанционных космических зондов мы добились немного большего. К началу 2023 года маленький “Вояджер-1“, запущенный НАСА в 1977 году, преодолел впечатляющие 23,8 миллиарда километров от Земли, выбравшись за пределы нашей Солнечной системы в межзвездное пространство. Однако 23,8 миллиарда километров – это абсолютная мелочь по сравнению с космосом, ничтожные 0,000000000001% от расстояния до края наблюдаемой Вселенной.

Проблема, по выражению писателя Дугласа Адамса, в том, что “космос невероятно большой”. Из-за его огромности невозможно слетать и взять образец звезды или подрулить к черной дыре и заглянуть за ее пределы. Вместо этого нам приходится делать выводы о свойствах объектов, которые мы видим в небе, по сигналам, которые мы пассивно получаем сверху. Это было бы чрезвычайно ограничивающим фактором, если бы это был единственный подход к пониманию Вселенной в целом. К счастью, существует второй мощный способ изучения космоса – исследование физической материи, которую мы находим здесь, на Земле.