В настоящее время мы не знаем наверняка, было ли что-то до того, как возникла наша Вселенная, и имеет ли смысл эта идея в принципе. Но когда теория Большого взрыва была впервые сформулирована, мы довольно много узнали о том, что происходило после первой 10–43 секунды.
Практически сразу после начала: T + 10–43 секунды до настоящего времени
Нам известно, что в своей жизни Вселенная уже прошла через несколько разных этапов. На самом раннем этапе, когда Вселенная все еще была невообразимо горячей и плотной, она представляла собой варево из причудливых субатомных частиц, перемешиваемое неведомыми силами. По мере расширения и охлаждения Вселенной в ней смогли образоваться и стать стабильными разные типы частиц (раньше они не могли существовать, потому что для них было слишком жарко, так кубик льда не продержится долго на горячей сковородке). Чтобы облегчить себе жизнь, физики разбили время существования Вселенной на разные отрезки, разные эпохи, в зависимости от того, какие частицы существовали и какие силы преобладали в то время.
Спустя всего одну миллисекунду (10–6 секунды) все достаточно успокоилось, и из густого супа субатомных частиц, называемых кварками, смогли образоваться протоны и нейтроны. Через одну секунду, всего один тик тикающих часов, наступил период нуклеосинтеза
[124], когда условия были похожи на условия в ядре звезды. Благодаря теплу и плотности некоторые протоны и нейтроны смогли сблизиться и образовать устойчивые ядра. В течение примерно трех минут после начала периода нуклеосинтеза субатомные частицы сталкивались друг с другом и создали совершенно новый вид материи: гелий (два протона плюс два нейтрона). Образовалось даже чуть-чуть лития (три протона и три или четыре нейтрона), но никаких более тяжелых элементов — для образования углерода нужны более комплексные реакции, а у неона вообще не было шанса появиться.
Соответственно, вся материя во всей Вселенной состояла примерно на 75 % из водорода и на 25 % из гелия, плюс чуточку лития.
Не было ни кальция, ни железа, ни кислорода. Во всей той сущности не было ни звезд, ни планет, ни галактик. В тот момент все было довольно простым, всего лишь масса невероятно горячего газа, сплетенного в длинные нити и ленты и подернутого рябью: флуктуации в распределении космической материи, вызванные флуктуациями, возникшими при самом Большом взрыве.
Эти ленты вскоре начнут сжиматься под действием собственных сил тяготения. В момент времени около T + 400 млн лет, при условиях, которые до сих пор не вполне установлены, из материи образуются первые звезды. Примерно в это же время образуются и сами галактики, собирая разбросанные нити материи и создавая огромные, похожие на губки сплетения фантастических галактических скоплений, потоками заполняющие Вселенную.
И вот, через 13,7 млрд лет появляемся мы.
Откуда мы знаем, что это так
Вероятно, все это немного ошарашивает. Может даже показаться вздором! Это настолько за пределами нашей зоны комфорта, наших обычных мыслительных процессов, что может показаться, будто ученые просто все это выдумывают.
Уверяю вас, что нет. Существует логическая последовательность шагов, приводящая нас к пониманию ранней Вселенной.
Одним из первых представлять Вселенную единым целым начал немецкий астроном Генрих Ольберс. В начале 1800-х гг., когда Ольберс изучал небеса, считалось, что Вселенная была бесконечно старой и бесконечной по протяженности. Не было никакой причины думать иначе. Однако Ольберс осознал, что отсюда вытекает проблема. Если Вселенная бесконечна и населена звездами по всему объему, тогда вне зависимости от того, в каком направлении вы смотрите, рано или поздно вы увидите звезду. Неважно, насколько крошечный участок неба вы выберете для наблюдений, линия, протянутая от вас в космос в том направлении, должна когда-то упереться в звезду. Она может находиться в мириадах световых лет от нас, но, если Вселенная на самом деле бесконечна, это всего лишь легкая прогулка по сравнению с той бесконечностью.
И в этом-то заключается проблема. Чем дальше звезда, тем меньше ее кажущийся размер, разумеется, поэтому она также кажется более тусклой. Но уменьшение в размере и яркости компенсируется тем, что Вселенная бесконечна. Чем дальше, тем больше звезд, и более того, количество звезд увеличивается в тех же пропорциях, в каких уменьшается яркость. Эти два момента компенсируют друг друга
[125]. Поэтому, если считается, что небо полно звезд, буквально так, что между ними совсем не наблюдается пространства, тогда все небо должно светиться с такой же яркостью, как и сама звезда. Любому наблюдателю внутри такой Вселенной казалось бы, что небо такое же яркое, как и Солнце, куда ни посмотри.
Ясно, что такая Вселенная была бы непригодной для жизни. И так же ясно, что наша Вселенная ведет себя совсем по-другому.
Именно на это указал Ольберс, и сегодня эта головоломка называется парадоксом Ольберса. Какое-то время эта проблема озадачивала людей, а разгадка парадокса пришла из довольно удивительного источника: Эдгар Аллан По.
Да, именно тот По. Он не только писал страшные рассказы и депрессивные стихи, такие как «Ворон», но также был довольно глубоким мыслителем. Ему в голову пришла идея, что возможно, проблема лежит не во Вселенной, а в нашем представлении о ней: что, если Вселенная не была бесконечной в пространстве и (или) во времени? Если бы Вселенная была конечной в пространстве, тогда на определенном расстоянии от Земли звезды закончились бы. А если бы она была конечной во времени — то есть имела начало, — тогда свет от очень далеких звезд попросту еще не успел бы дойти до нас. Парадокс разрешен.
По сути, По был прав. В 1848 г. в своей книге «Эврика» он писал:
«Если бы непрерывность звезд была бесконечна, тогда бы заднее поле неба являло нам единообразную светящесть, подобную исходящей от Млечного Пути, — ибо, безусловно, не было бы точки на всем этом заднем поле, где не существовало бы звезды. Единственный способ поэтому, при таком положении вещей, понять пустоты, что открывают наши телескопы в бесчисленных направлениях, предположить, что рассеяние от незримого заднего поля так несметно, что ни один его луч доселе совершенно не мог нас достигнуть. Что это может быть так, кто решится отрицать? Я утверждаю, просто, что у нас нет даже тени причины веровать, что это так»
[126].
