Большой взрыв. Часть 3.

Продолжение. Начало см. тут.

Все во Вселенной состоит из вещества: от крошечного камня до самых крупных звезд. И все вещество которое будет существовать создано из чистой энергии Большого взрыва. Уравнение Энштейна E=mc2 говорит о превращении энергии в вещество. Но это всего лишь теория. Сегодня наука способна проверить эту теорию.

В ЦЕРНе, в Швейцарии находится самая большая в мире машина. Она размером с город и разработана для воссоздания миллионной доли секунды после большого взрыва. Но для того, чтобы проникнуть на меньший уровень, как ни парадоксально, ученым необходимы огромные машины и другого способа пока не видно. Большие машины на данный момент означают физику субатомных частиц, которые возвращают нас в прошлое и приближают к истокам возникновения самой истории.

Огромная машина в ЦЕРНе называется коллайдер. Она разработана для того, чтобы вернуть нас к первым долям секунды после Большого взрыва. Это круглый бетонный туннель диаметром 3 м 80 см и длиной 27 км. Коллайдер заставляет крошечные частицы вещества сталкиваться друг с другом почти на скорости света. И за доли секунды эти столкновения создают турбо компрессорную энергию, моделируя Большой взрыв. За очень короткий промежуток времени эта энергия трансформируется в вещество так же, как и почти 14 миллиардов лет назад. Но чтобы увидеть эти столкновения этой машине необходим огромный детектор: он высотой с пятиэтажное здание и весит более 7 тыс. тонн, а столько же примерно весит Эйфелева башня. Но, каким бы большим он не был, он не может видеть сами частицы нового вещества. Они существуют лишь доли секунды и двигаются так быстро, что он может записать лишь их следы. В этих частицах много энергии, они двигаются очень-очень быстро и поэтому нужен очень большой детектор, чтобы точно отследить передвижение этих частиц. Именно для большего разрешения и необходим такой большой детектор. Работает точно так же как и камера: чем больше пикселей, тем лучше картинка. То же самое справедливо и для коллайдера – он оборудован камерой размером с пятиэтажный дом.

Ученые надеются, что он покажет как трансформируется вещество. Но не любое вещество, а то вещество которое появилось около 14 миллиардов лет назад после Большого взрыва.

Мгновения после Большого взрыва были критическими для рождения Вселенной потому, что чистая энергия произвела одно из самых опасных явлений во вселенной: антивещество. Антивещество – это зеркальное отражение обычного вещества: у вещества один заряд, а у антивещества – противоположный. И если бы у какого либо человека существовал двойник из антивещества, то этот человек выглядел бы точно так же, с таким же характером, но до того момента, пока эти два, с виду абсолютно одинаковых человека, не решаться пожать друг другу руку. В этот момент двойники разлетятся в клочья в гигантском ядерном взрыве. Вещество с положительным зарядом сталкивается с антивеществом с отрицательным зарядом: судьба Вселенной зависит от этого эпического столкновения. Равное количество вещества и антивещества уничтожат друг друга и это очень плохо, ведь Вселенная с одинаковым количеством вещества и антивещества равна Вселенной с отсутствием любого вещества. Ведь вещество и антивещество аннигилируют и превратятся в естественное излучение, и не будет ничего интересного: ни звезд, ни галактик, ни людей. Это космическая битва и победит более сильная сторона. Силы были почти равные, но победитель был один. На каждый миллиард частиц антивещества приходилась миллиард и одна частица вещества. Это был момент Создания. Одна лишняя частица вещества в каждом небольшом объеме выживала, чтобы породить все вещество, которое сегодня мы видим в звездах и галактиках.

Одна частица на миллиард может показаться небольшим количеством, но этого хватило, чтобы создать Вселенную. Мы – остатки. Хотите - верьте, хотите – нет, но все, что вас окружает: атомы вашего тела, атомы звезд – это всего лишь остатки от древнего столкновения между веществом и антивеществом.

В нашем путешествии мы на том этапе, когда с поправкой в пару единиц планковского времени Вселенная существует одну секунду и это по прежнему очень необычное место. Однако, вещество выиграло в битве с антивеществом. Пришло время строить Вселенную. Она все еще невероятно раскаленная и расширяется невероятно быстро. Когда возраст Вселенной был всего одна секунда частицы в ней сильно отличались от частиц которые мы видим сегодня. Не было ни атомов, ни всего, что мы видим перед собой.

Однако, все начинает меняться. Температура продолжает падать и примитивные частицы начинают замедляться, соединяясь друг с другом и образуя атомы первых элементов. Первым элементом был водород. Затем, в течении последующих 3-х минут Вселенная начала создавать еще два элемента: гелий и литий. Мы переходим от бесконечно маленькой Вселенной к Вселенной размером в несколько световых лет. В первые три минуты все существенно интересное уже случилось во Вселенной. Но это невозможно было бы увидеть. Если мы взглянем в ночное небо, то мы буквально посмотрим на миллиарды лет назад. Нам кажется, что так было всегда, но это не так. Спустя 380 тыс. лет после Большого взрыва Вселенная начала становиться прозрачной, а до этого она была молочной. Это был темный молочный суп из свободных электронов. Молодая Вселенная должны была достаточно остыть, чтобы электроны замедлились и прикрепились к новым атомам. Потребовалось много времени для образования всех атомов водорода, гелия и лития. Ученые подсчитали, что электронам потребовалось 380 тыс. лет чтобы достаточно замедлиться и тогда Вселенная смогла приступить к массовому образованию атомов. Когда это произошло то молочный туман рассеялся. Первый свет устремился по Вселенной. Около 14 миллиардов лет спустя два молодых ученых в Нью-Джерси случайно уловили его.

В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон отслеживали радиосигналы во вселенной. Где бы они не искали – везде был слышен необычный фоновый шум. Сначала они заподозрили свое оборудование: на антенне был голубиный помет и они реши, что, возможно, он приводил к появлению этого странного сигнала. Но когда они почистили антенну загадочный шум остался. Пензиас рассказал об этом в Пристонском университете и один человек из задних рядов сказал:

-Вы обнаружили либо эффект голубиного помета, либо создание Вселенной.

На самом деле это был момент создания почти 14 миллиардов лет назад когда первые атомы получили свои электроны. В тот момент молочное облако рассеялось и впервые стала видна новая Вселенная.
Чтобы лучше увидеть это событие НАСА запустило спутник для изучения космического фона во Вселенной. Его направили в космос где он замерил температуру Вселенной. Измеряя разницу температуры в космосе он создал первую карту нашей молодой Вселенной. Ученые получили великолепные снимки молодой вселенной когда ей было 380 тыс. лет. Но были проблемы: изображение было очень смазанным, результаты исследования этого спутника были недостаточно хорошими. Тогда НАСА запустила еще один, более современный спутник: микроволновый анизотропный модуль Лукенса.

В 2001 году ученым удалось получить более качественные снимки молодой Вселенной.

Удалось получить детальное изображение молодой Вселенной спустя 380 тыс. лет после Большого взрыва. На этом снимке красные и желтые места боле теплые, а голубые и зеленые – более холодные. Эта разница температур является ключом к будущей структуре Вселенной.

Окончание следует.

По материалам Discovery Channel.