 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
181
состоящей из ионизированных водорода и гелия. Лишь когда температура Вселенной понизилась
приблизительно до температуры поверхности Солнца, возникли первые атомы. Таким образом, атомы
— это реликты эпохи, наступившей через 1 млн лет после Большого Взрыва.
Модель горячей Вселенной получила экспериментальное подтверждение после открытия в 1965 г.
реликтового излучения — микроволнового фонового излучения с температурой около 3 К. Косвенным
подтверждением этой модели служит также наблюдаемое обилие гелия, превышающее повсеместно
22% по массе, а также обнаруженное в межзвездном газе неожиданно высокое содержание дейтерия,
происхождение которого можно объяснить лишь ядерными реакциями синтеза легких элементов в
горячей Вселенной. Зная современную температуру реликтового излучения, можно провести
экстраполяцию в прошлое, используя хорошо известные и проверенные законы механики,
термодинамики, статистической, атомной и ядерной физики, физики элементарных частиц и др.*
* Фундаментальным открытием самых последних лет, конца XX в., является обнаружение пространственной
анизотропии реликтового излучения, фона Вселенной. Это расширяет возможности релятивистской космологии, делает
несущественным влияние различных мешающих познанию начальных этапов Вселенной факторов — рассеяние
электромагнитных волн на свободных электронах, на холодном молекулярном газе, поглощение пылью и др.
Возможность установить процессы, происходившие в первые секунды и минуты существования
Вселенной, безусловно, следует рассматривать как блестящее достижение современного
естествознания. Моделирование первой секунды существования Вселенной приближает нас к главной
загадке природы — самому акту «сотворения мира»! Первые секунды Вселенной — это время
таинственных состояний вещества и неведомых сил природы. Конечно, здесь следует быть
осторожным. Наши представления об этом отрезке времени основаны во многом на гипотезах и
гипотетических экстраполяциях, теоретическом моделировании, во многом спорных и умозрительных.
Экстремальные условия первых секунд жизни Вселенной сегодня можно изучать
экспериментально. На современных ускорителях элементарных частиц удается воспроизводить
физические условия, существовавшие в то время, когда возраст Вселенной составлял 10
-4
с, когда
температура достигала 10
12
К, а вся наблюдаемая сегодня Вселенная была «сжата» до размеров
Солнечной системы. За этими границами возможна только теоретическая экстраполяция известных
нам физических законов. В целом она не вызывает сомнений вплоть до того момента, когда начинают
проявляться квантовые свойства гравитации.
Вблизи сингулярности решения релятивистских уравнений неприменимы, поскольку там должны
проявляться квантовые свойства гравитации, а свойства вещества в этом состоянии неизвестны.
Существующие теории вещества и тяготения применимы к состояниям материи, плотность и
температура которой меньше планковских: ? = 10
93
г/см³; Т
? 10
32
К. Планковской плотности и
температуре соответствует возраст Вселенной
? ? 10
-43
с и расстояние r
? 10
-33
см. В планковскую
эпоху физические условия были таковы, что для их описания требуется еще несозданная квантовая
теория тяготения, и поэтому для описания самых ранних моментов рождения Вселенной пользуются
гипотетическими, умозрительными моделями.
11.7.2. Большой Взрыв: инфляционная модель
Первая и важнейшая проблема связана с причинами Большого Взрыва, сложившимися в первые
мгновения Вселенной. Они моделируются так называемой гипотезой инфляционной Вселенной. В
основе этой гипотезы — представление о существовании компенсирующей гравитационное
притяжение силы космического отталкивания невероятной величины, которая смогла разорвать некое
начальное состояние материи и вызвать ее расширение, продолжающееся по сей день. В этой модели
начальное состояние Вселенной является вакуумным.
Физический вакуум — это наинизшее энергетическое состояние всех полей, форма материи,
лишенная вещества и излучения, но характеризующаяся активностью, возникновением и
уничтожением виртуальных частиц (постоянно «кипит», но не выкипает) и способностью находиться
в одном из многих состояний с сильно различающимися энергиями и давлениями, причем эти
давления — отрицательные. Возбужденное состояние такого вакуума называют «ложным вакуумом»,
который способен создать гигантскую силу космического отталкивания. Эта сила и вызвала
безудержное и стремительное раздувание «пузырей пространства» (зародышей одной или нескольких
вселенных, каждая из которых характеризуется, допустим, своими фундаментальными
постоянными*), в которых концентрировались колоссальные запасы энергии. Подобное раздувание