На прошлой недели Нобелевский комитет назвал имена лауреатов премии по физике за 2006 год. Ими стали два американских астрофизика: Джон Матер из Центра космических полётов имени Годдарда NASA и Джордж Смут из Калифорнийского университета в Беркли. Премия была присуждена за открытие анизотропии реликтового (фонового) микроволнового излучения Вселенной и установление соответствия его спектра спектру абсолютно чёрного тела. На самом деле в проекте участвовали кучи людей, а главным действующем лицом был специально запущенный для этого спутник.

Как водится, данное событие немедленно было освещено средствами массовой информации. Жгли они отчаянно. Каждое СМИ давало собственную интерпретацию своего понимания сделанного открытия. Вплоть до рассказов, про чёрные дыры, вместо чёрных тел, и про теорию Большого взрыва. Смеялся.

Но, как это принято у российских граждан, дело этим не закончилось. Наши граждане очень любят поговорить о важном, после принятия ста грамм пшеничного сока. Откуда такое берётся, но все вдруг становятся экспертами по любому вопросу, упомянутому в телевизоре. Начинают бурно вестись ожесточённые диспуты, споры переходят в чрезмерное употребление вино-водочных, а иногда даже и коньячных изделий. При этом никому не важно, как оно там на самом деле обстоит. Опять смеялся.

Основные темы касались Большого взрыва. Кто его поджёг и где был фитиль? Из диспутов понял, что народу понятна только одна мысль: когда-то раньше всё было не так, как сейчас. Но как именно было и в какой момент образовалось это самое реликтовое излучение – население нашего государства представляет с трудом. Поэтому сейчас поведаю, как всё было на самом деле… Сам там не был, но очевидцы рассказывали.

Большой взрыв

Давным-давно, миллиардов так четырнадцать лет назад, когда ещё ничего нигде не было, жила-была сингулярность. Долго ли жила, коротко ли – не известно, поскольку и самого понятия времени тогда ещё не было. Сингулярность была бесконечно плотная и бесконечно горячая и, видимо, постоянно флуктуировала. Впрочем, как именно она флуктуировала тоже не известно.

И вот в один прекрасный момент (э… моментов тогда, впрочем, тоже не было) она дофлуктуировалась. И бабахнула. Бабахнула по большому. И было положено началу пространства и образовалось время. И появилась тогда наша Вселенная. Что именно она представляла из себя сразу же после Большого взрыва, очевидцы не разглядели, ибо офигели от грандиозности события. Но уже через 10^-43 (десять в степени минус сорок третьей степени) секунды они начали замерять параметры окружающей среды. Температуру намеряли примерно в 10^32 кельвина. И опять офигели, поскольку это очень дохрена. А размер Вселенной тогда был 10^-35 метра (вот такие маленькие были у очевидцев штангенциркули).

Новорожденная Вселенная резво начала расширяться и охлаждаться. И делала это вплоть до 10^-36 секунды. И тут её пропучило так, что она на энтузиазме вошла в фазу инфляционного расширения. Эта фаза шла аж до 10^-34 секунды от начального Большого бабаха (если кто сможет представить длительность этого процесса – тот настоящий герой, например, это время меньше одного такта гигагерцового процессора в миллиард миллиардов миллиардов раз… во!). За это время Вселенная увеличилась в 10^30 раз и стала примерно размером с современную видимую часть Вселенной. За последующие 14 миллиардов лет существования Вселенная увеличилась меньше, чем за это мизерное время инфляционного расширения. Как вы понимаете, очевидцы испытали ещё один культурный шок.

Но и это ещё не все. В момент инфляционного расширения во Вселенной произошло разделение сильного взаимодействия от слабого и электромагнитного. Температура Вселенной тогда была 10^28 кельвина. Очевидцы потели, но зарегистрировали первое нарушение симметрии во Вселенной (а может и не первое, гравитацию-то очевидцы проворонили). Вселенная продолжала расширяться и охлаждаться. И при температуре 10^15 кельвина произошло разделение слабого и электромагнитного взаимодействий. Теперь в природе стало существовать четыре (вместе с провороненной гравитацией) типа взаимодействия, с разным воздействием на материю. Вселенная к этому времени жила уже 10^-12 секунды.

В это время Вселенная всё ещё наполнена в основном излучением, а материя и антиматерия содержится исключительно в элементарных частицах – кварки, антикварки и аналогично с электронами. Причём частиц антиматерии примерно на 3*10^-5 процентов меньше, чем частиц материи (очевидцы там их всех поштучно пересчитали). По мере расширения Вселенной частицы материи и антиматерии постепенно аннигилируют друг с другом, и в результате остаётся лишь крошечная часть обычного вещества. Из него, как считают очевидцы, в последующем и образовалось всё сущее во Вселенной.

Через 10^-5 секунды после Большого бабаха при температуре 10^13 кельвинов кварки начали по трое объединятся в адроны, чем сильно поразили двуполых очевидцев, неподозревающих о существовании такого вида связей (адроны – это протоны и нейтроны). А в момент 10^-2 секунды наступил период первичного нуклеосинтеза, когда нейтроны и протоны начали объединяться в ядра лёгких элементов. Ядерный синтез продолжается аж целых три минуты (!). В итоге по истечении этого периода во Вселенной 70 процентов обычного (бозонного) вещества содержалось в виде ядер водорода (по протону на брата), 25 процентов в виде ядер гелия, а остальное – в виде ядер дейтерия и лития. Когда температура Вселенной упала до 10^9 кельвина, ядерный синтез прекратился.

Очевидцам стало скучно, поскольку дальше во Вселенной длительное время очень мало чего происходило, кроме её дальнейшего расширения и охлаждения. И они даже чуть не проспали основное событие данного бреда. Вообще надо отметить, что очевидцам в это время было не легко, поскольку Вселенная была заполнена плотной плазмой электрически заряженных частиц – ядер лёгких элементов из предыдущего абзаца и сумасшедше летающих повсюду электронов. Электроны носились с такой скоростью, что очевидцы с трудом их ловили для анализов, и их это сильно бесило.

К тому же Вселенная была заполнена излучением. Фотоны тоже носились повсюду. Однако им было ещё труднее, поскольку они то и дело наталкивались на ядра атомов и электроны и взаимодействовали с ними. Фотоны либо поглощались, либо отпинывались заряженными частицами куда не попадя. Отчего они не могли улететь достаточно далеко. Вселенная, таким образом, была совершенно непрозрачной. В ней был полный хаос снующего во все стороны света. Очевидцы работали практически вслепую.

Но примерно через четыреста тысяч лет с рождества Вселенной её температура упала до величины в несколько тысяч градусов. Электроны подзамёрзли и постепенно сбавили скорость своих шныряний. И тут же были захвачены атомными ядрами. Образовавшиеся электрически нейтральные атомы перестали быть сильной помехой для свободного полёта фотонов. В этот момент Вселенная стала прозрачной.

Вот так и появилось оно – реликтовое излучение, которое в то время, около четыреста тысяч лет после Большого бабаха, выскользнуло из цепких лап очевидцев и отправилось летать всю свою оставшуюся жизнь, равную будущей жизни всей Вселенной. Это излучение летело до нас 14 миллиардов лет со всех сторон и постепенно (ох уж этот Доплер) превратилось в микроволновое. Его очень маленькую неоднородность открыли ещё в 1989 году, а Нобелевскую премию руководителям того проекта выдадут только сейчас, в 2006-ом. Ценность этого открытия в том, что наблюдение реликтового излучения помогает в понимании того, каким именно образом развивалась наша Вселенная в прошлом. Неоднородность реликтового излучения указывает на то, что уже в самую раннюю эпоху развития Вселенной она уже была… да, неоднородной! В ней начали образовываться участки с различной плотностью, что в последствии, через миллиард лет привело к появлению скоплений галактик, галактик и звёзд.

А то, что спектр реликтового излучения практически полностью совпадает со спектром абсолютно чёрного тела с температурой 2.73 кельвина, это значит совсем не то, о чём нам вещали некоторые средства массовой информации, упоминая не к месту какие-то чёрные дыры. Но это не важно.

Важно то, что современные очевидцы вовсю продолжают лазить по Вселенной со своими телескопами и штангенциркулями. И нас ждут ещё более интересные новости. Особенно после постройки новых ускорителей элементарных частиц. Этим очевидцам только дай что-нибудь поразгонять и посталкивать друг с другом, они своего не упустят.

Не бабах!

Вот такая вот сказочка с точки зрения классической физики. Хотя вот сторонники теории суперструн и м-теории уверяют, что никаких сингулярностей нет. И вообще ничего меньше планковских длин не бывает (те самые 10^-35 метра). И что вся Вселенная до момента Большого взрыва была свёрнута в такие вот размеры. Плотность и температура были громадные, но не бесконечные. Вселенная, как водится, флуктуировала, пока три пространственных измерения (хе-хе, у теории суперструн их типа одиннадцать штук вместе с временным) не выскочили. И давай расширяться примерно по похожему сценарию. Остальные пространственные измерения так и остались свёрнутыми и тупо влияют на конечный перечень возможных элементарных частиц и их характеристики (масса и заряд по каждому взаимодействию).

Хотя есть и такие теории, когда Вселенная бабахает не ни в чём, а в пространстве-времени другой Вселенной. В таких теориях (м-теория она такая сейчас озорная) подразумевается наличие неограниченного количества Вселенных, в которых физические законы могут быть совершенно различными. Там всё страшно, поэтому подробнее не буду.

Вот.

Про тёмные силы

Но и это ещё не всё! Самое неожиданное то, что современные классические очевидцы уверяют, что 70 процентов энергии нашей Вселенной содержится в некой тёмной энергии. Что это за фигня ещё до конца не понятно, но 70 процентов – это круто! И что эта тёмная энергия равномерно распределена по всей Вселенной и имеет свойство антигравитации. И именно этим современные очевидцы пытаются объяснить тот факт, что современное расширение Вселенной происходит с ускорением, а не замедлением, как это должно быть. Типа гравитация галактики не удерживает.

А если учесть, что ещё 25 процентов из всей энергии Вселенной содержится в тёмной материи, то вообще атас. Очевидцы в панике. На обычное вещество остаётся меньше пяти процентов! Всё, что мы видим в небесах, – это так… разводка для коперников и галилеев. А тёмная материя равномерно окутывает галактики и, скорее всего, состоит из элементарных частиц, плохо взаимодействующих с обычным веществом. Только с помощью слабого и гравитационного взаимодействия. Но очевидцы полны решимости построить новые ускорители частиц и таки обнаружить этих маленьких гадов. По слухам, они уже наточили свежие штангенциркули.

И мы тоже ждём результатов их замеров.

Про габариты

Вообще, народ смутно понимает и примерные размеры Вселенной. Я, кстати, тоже, ибо там такое, что мозгом не вообразить.

Сейчас очевидцы наблюдают примерно сто миллиардов галактик, каждая из которых содержит около ста миллиардов звёзд. Например, наша галактика, Млечный путь, имеет в поперечнике около ста тысяч световых лет. Она медленно вращается и совершает полный оборот примерно за несколько сот миллионов лет. Наше Солнышко – обычная жёлтая звезда средней величины второго или третьего поколения, расположенная в одном из рукавов нашей спиралевидной галактики.

Если учесть, что основное пространство Вселенной находится между галактиками, а их такие тучи, то вообще атас! На космолётах не долетишь. Одна надежда на червоточины. Гы…