Вселенная. Путешествие во времени и пространстве - Сергей Арктурович Язев

Плотность излучения уменьшалась гораздо быстрее плотности вещества. Теперь излучение уже не мешало гравитационной неустойчивости, и газ, состоящий из водорода и гелия в массовом соотношении 3:1, стал скучиваться в местах уже наметившегося сгущения частиц темной материи.

Произошло нечто удивительное. Гравитация локально победила расширение: сгущения вещества выпали из этого процесса. Гигантские облака темной материи и притянутые к ним облака водорода и гелия сами уже не расширялись: здесь движение этих частиц подчинялось закону тяготения — искривившееся в этих местах пространство-время удерживало материю от расширения. Но пространство между галактиками продолжало расширяться, и это расширение постепенно уносило протогалактики друг от друга, закладывая закономерность закона Хаббла.

В этой простой модели еще интереснее представить, что шарик вместо воздуха или другого газа заполняется прозрачным гелем, в составе которого также присутствуют блестки.

Надо еще раз подчеркнуть, что разлет галактик не похож на разлет осколков взорвавшегося снаряда. Осколки разлетаются внутри пространства, которое само не расширяется. Галактики же погружены в растягивающееся пространство и поэтому удаляются друг от друга, как будто пуговицы, пришитые в эластичной ткани, которая растягивается во все стороны (сами пуговицы не увеличиваются, но расстояние между ними растет).

Процессы внутри протогалактик чрезвычайно важны для дальнейшей эволюции Вселенной. В протогалактиках из сгущений газа (водорода с гелием) сформировались звезды, которые стали фабриками химических элементов. В процессе внутренних термо­ядерных реакций, а также взрывов при взаимодействии близких звезд и при окончании эволюции тяжелых звезд, генерировались тяжелые атомы всей таблицы Менделеева. Катастрофические процессы в звездах порождали уже не только молекулы газа и твердые микроскопические частицы пыли, содержавшие рожденные в звездах кремний, железо, углерод, окись титана, это уже был материал для формирования твердых ­небесных тел — астероидов, карликовых планет, планет и их спутников под воздействием все той же гравитации[70].

Сложные молекулы, состоящие из тысяч атомов углерода, кислорода, водорода и других стали основой удивительного феномена, существующего по крайней мере на одной из планет возле одной из звезд в одной из многочисленных галактик. Этот феномен мы называем жизнью, и жизнь, эволюцио­нируя, привела к появлению еще более удивительного явления: жизни разумной. Разум, стремительно (по космологическим меркам) развиваясь, стал задумываться над тем, как возник мир, в котором он, разум, оказался.

А примерно через 7 миллиардов лет после Большого взрыва (незадолго до того, когда на Земле появились первые живые организмы) пространство-время Вселенной настолько растянулось (расстояние между галактиками настолько увеличилось), что стало проявляться отталкивание, порожденное ваку­умом[71]. Близкие галактики разлетаются по инерции, участвуя в общем потоке растягивающегося пространства. Но ставшие далекими галактики начали понемногу ощущать нарастающее отталкивание, и растягивание пространства стало ускоряться.

Так случилось, что наш разум возник на фазе ускоренного расширения Вселенной. Скорее всего, раньше это случиться не могло: почти 4 миллиарда лет развивалась жизнь на Земле — от момента окончательного формирования планеты и возникновения первой примитивной жизни до появления разума. И многие миллиарды лет должны были пройти перед этим, чтобы успели сформироваться первые звезды, закончили свой цикл, взорвались как сверхновые и выбросили в пространство тяжелые элементы, из которых могло образоваться пылегазовое облако, породившее планеты.

Эволюция развивающейся Вселенной — это долгий путь.

13. Вселенная открытых вопросов. Вместо заключения

О, если бы писали мы

О том лишь, что доподлинно известно, —

Подумайте, о трезвые умы,

Как было бы читать неинтересно!

Леонид Мартынов

И все-таки откуда же взялся начальный элемент — пузырек высокоэнергичного вакуума, породивший Вселенную? И где он возник — возможно, в какой-то другой вселенной, предшествовавшей нашей? И где сейчас находится та самая родительская вселенная, в которой образовался этот пузырек — зародыш нашей Вселенной? И не может ли в нашей Вселенной снова образоваться такой же кусочек энергичного вакуума, чтобы породить очередную новую вселенную[72]?

Если опять-таки говорить честно, ответ на все эти вопросы один: нам это неизвестно. Однако некоторые соображения по этому поводу можно кратко обсудить.

Как ни странно, для физиков механизм появления элемента высокоэнергичного вакуума — это не очень сложный вопрос. Мы уже знаем, что не существует абсолютной пустоты. То, что нам кажется пустотой, — это на самом деле физический вакуум, некая среда, непременно содержащая энергию. Законы квантовой механики утверждают, что эта энергия может спонтанно (случайно, неожиданно) трансформироваться в другие формы материи.

В любой точке пространства-времени (в комнате читателя в том числе, и даже внутри самого читателя) постоянно происходят удивительные процессы. Если бы мы могли построить микроскоп, позволяющий рассматривать мир с увеличением в миллиард раз, мы бы увидели, как в любой точке пространства все время возникают и исчезают элементарные частицы, крошечные кусочки вещества. В среднем энергия любого выбранного элемента объема пространства-времени не меняется: это значит, что энергия вакуума постоянно приводит к появлению пар элементарных частиц — например, электрона и позитрона, которые спустя мгновения аннигилируют, превращаясь в порцию (квант) электромагнитного излучения, то есть в фотон. Физики называют такие рождающиеся и тут же исчезающие частицы виртуальными — в отличие от стабильных частиц, из которых состоит привычное нам вещество. Но, например, если мы создадим очень сильное электромагнитное поле, оно сможет успеть разделить, развести на большое расстояние только что появившиеся виртуальные частицы, и тогда они не смогут аннигилировать, а значит, останутся существовать в нашем мире[73]! Нам будет казаться, что частицы возникли из ничего, хотя можно интерпретировать этот процесс и так: на возникновение частиц ушла энергия приложенного сильного электромагнитного поля.

В этом постоянно бурлящем и кипящем квантовом микромире вакуума непрерывно рождаются и гибнут виртуальные частицы разного типа. Энергия специфического поля могла ­однажды породить частицу материи, которую мы связываем с высокоэнергичным вакуумом. Этого достаточно: натяжение вакуума должно привести к разворачиванию спрятанного в нем собственного скрученного зародыша пространства-времени, а значит, стремительному расширению новой вселенной. Такое событие возможно, хотя и маловероятно: поэтому (наверное) оно и не повторяется каждую субботу.

Откуда же в крошечном фрагменте материи столько энергии, чтобы в процессе последующей трансформации в вещество (Большого взрыва) ее хватило бы наформирование громадного количества частиц и полей?

Для того, чтобы попытаться ответить на этот вопрос, можно вспомнить следующий пример. В нашей Вселенной уже открыты удивительные объекты, которые мы называем черными дырами. Их размеры очень