яна титоренко
Большой Бум
Взрыв, с которого всё началось
Если отринуть подозрения о том, что Земля плоская, и признать факт ее сферического состояния, то этот геоид – а именно так называется форма нашей планеты – придется куда-нибудь поместить. Можно взять стаканчик с водой и кинуть. Или прицепить за веревочку к потолку. Правда, с солнцем нужно отдельно разобраться...

Вселенная – это галактики, полные звезд, комет, туманностей, черных дыр, астероидов, и всего прочего, чем мы еще наполняем шкафы. Она громадная, но, больше того, настырно расползается во все стороны, чтобы занять еще больше координат пространства-времени. Все объекты, о которых мы уже знаем, в нашей Вселенной занимают только одну полочку гардеробной, жалкий маленький ящичек в самом углу, остальное – темная материя и темная энергия. Они недоступны прямому наблюдению.

И у этой Вселенной, вероятно, будет свой конец. Ученые его, по крайней мере, прогнозируют. Возможно, она расширяется, и тогда всё закончится взрывом. Возможно, сужается, и тогда всё закончится взрывом. Возможно, она ничего с собой не делает, но даже в этом случае шаг в сторону – взрыв.
Примерно 14 миллиардов лет назад случился "бум", и на месте всего известного и неизвестного нам появилась раскаленная огненная масса. Это либо произошло мгновенно, как взрыв в привычном нам понимании, либо ее раскатали, как тесто, но с такой скоростью, что было похоже на взрыв. Почему так случилось, разумеется, никто не знает, не было ни пространства, ни времени, ни законов физики, ни даже физиков, страшно представить.
В начале библейской истории было слово. В начале истории о Большом взрыве оно тоже есть, и это слово – сингулярность. Сингулярность в данном случае – такое состояние Вселенной в прошлом, когда плотность материи и кривизна пространства-времени были значительно выше принятых единиц измерения. Сингулярность в общем – это что-то исключительное, единственное, часто не подчиняющееся привычным законам. С Большым взрывом как раз тот случай.

Сингулярность была доказана в 1967 году английскими физиками Стивеном Хокингом и Роджером Пенроузом. Свою модель они разрабатывали в рамках общей теории относительности прежде всего для черных дыр, предполагая, что сингулярность в случае с ними будет ненаблюдаема. В теории Большого взрыва это не так. Романтик Роджер Пенроуз считал, что Вселенная не любит открытой сингулярности, прикрываясь горизонтом событий – гипотетической границей черной дыры, за которую не может вырваться ничего, даже если использует скорость света. Так он сформулировал "принцип космической цензуры", по нему Большой взрыв – редкий пример открытой сингулярности.

Кстати, сейчас существование горизонта событий часто ставится под сомнение. А теперь, простите, друзья, вам придется открыть все из карточек ниже.
Теория расширяющейся Вселенной
Теорию расширяющей Вселенной разработал в 1922 году Александр Фридман. Он первым высказал гипотезу о том, что Вселенная имеет пространственные и временные рамки. Расширение Вселенной – это последовательное движение всех доступных для наблюдения ее частей в разные стороны, подтверждаемое красным смещением.
Красное смещение
Понижение частот излучения галактик и квазаров, например, под которым обычно понимается удаление этих объектов друг от друга. Открыто американским астрономом Весто Слайфером в 1914 году при изучении скоростей галактик. В 1929 году Эдвин Хаббл обнаружил связь между красным смещением галактик и расстоянием до них.
Реликтовое излучение
В 1963 году американские ученые Арно Пензиас и Роберт Уилсон исследовали радиопомехи и случайно обнаружили реликтовое излучение, СВЧ излучение, как из обычной микроволновки, разница только в том, что микроволновка, Вселенная, запустилась вместе с Большим взрывом, и электромагнитные волны были выпущены в космос примерно тогда же.
Инфляционная модель Вселенной
В 1981 году Алан Гут предложил инфляционную модель Вселенной. Это в некотором роде дополнение к теории Большого взрыва. Оно описывает "первые минуты" после взрыва. Возможно, существует вечная инфляция. Это значит, что то и дело возникают "пузырьковые вселенные" в рамках нашей Мультивселенной, то есть инфляция случается снова и снова то тут, то там.
Итак, она звалась...она взорвалась. Никто не знает, как из таинственной сингулярности вдруг возникла Вселенная, которую мы знаем, но, что почти наверняка известно, сопровождалось всё это Большим взрывом.

Инфляционная модель примерно описывает, что происходило непосредственно после взрыва. За доли секунды Вселенная расширилась в несколько миллионов раз. Вся она представляла собой энергию, распределенную равномерно. На поздних этапах инфляции энергия превратилась в материю. Появились элементарные частицы – кварки, глюоны, протоны и нейтроны. Все они начали сталкиваться друг с другом, провоцируя аннигиляцию – процесс, при котором частицы и античастицы превращаются в другие. Так возникли фотоны. Первая в история нашей Вселенной война закончилась поражением антиматерии. Ей пришлось, по-видимому, удалиться с поля боя до лучших времен.
Фотоны – элементарные частицы, из которых состоит свет.

Кварки – частицы еще более мелкие, чем протоны и нейтроны.

Глюоны – бозоны-переносчики взаимодействий между кварками.
Вселенная вышла на уровень, где ей понадобился нуклеосинтез: при упавшей температуре образовывались ядра будущих атомов, появлялись четыре всадника зарождения – дейтерий, гелий, протоны и бор. Через сотни миллионов лет они образуют звезды.

Примерно через 380 000 лет после этих событий – пшик в рамках истории –, когда температура упала еще ниже, образовались первые атомы. Пространство смогло пропустить сквозь себя тепловое излучение. Угадаете, под каким именем мы его знаем? Всё правильно, это реликтовое излучение, обнаруженное в 1963 году. Физики Арно Пензиас и Роберт Уилсон изучали спутниковую коммуникацию с помощью антенны, а та упорно ловила непонятный сигнал со всех сторон, шумовую температуру. Принстонский университет тогда уже пытался обнаружить реликтовое излучение, и когда им позвонили коллеги, Роберт Дикке, который возглавлял команду Принстона, сказал: "Well, boys, we've been scooped" (усл. "Ну, ребята, мы закопаны"). Его можно понять, он упустил Нобелевскую премию.
В какой-то момент Вселенная замедлится, перестанет расширяться. Может, будет какой-то тормозной путь, а может всё просто остановится, и мы придем к тому, что понимаем как порядок. Наступит идеальное, но самоубийственное равновесие. Черные дыры, затягивающие в себя всё, что преодолевает горизонт событий, всё ещё будут медленно сжирать Вселенную изнутри. И тогда – под влиянием черных безжалостных винтиков – Вселенная начнет сжиматься. И закончится всё по легенде, как гласит теория, новым Большим взрывом. Бум – и restart. Представляете, Вы сейчас читаете этот текст, а 14 миллиардов лет назад что-то вот так схлопнулось, и Вы с текстом тоже сколлапсировали.
Теория Большого взрыва – одна из самых популярных и вместе с тем самых безумных теорий в физике. Жизнь на Земле существует, потому что планета обеспечивает нас температурным дисбалансом. От Солнца мы получаем энергию высокочастотных фотонов с низкой энтропией, а зеленые растения на планете преобразуют ее в низкочастотные фотоны высокоэнтропийного вида. Если вы ничего не поняли в этом предложении, не страшно! Отвлекитесь и посмотрите, как специальный научный консультант нашего журнала рассказывает об энтропии.
Не забудьте после видео вернуться к тексту, мы еще не закончили!
Наука давно уже перестала быть проверяемой, теперь это скорее секта, которой мы делегировали право от нашего имени заниматься исследованиями и разгадывать загадки, которые среднестатистический мозг даже прочесть не сможет. Увы, никто из нас не построит дома Большой адронный коллайдер, даже если случайно купит Мурманскую область. Большую часть навязанных нам знаний мы не можем проверить ни в одиночку, ни в компании единомышленников, нам нужно будет прибегнуть к устройствам такого масштаба, что станция "Мир" покажется игрушкой в сравнении с ними.

Итак, обмен между Солнцем и Землей. Именно из-за этого обмена мы все тут до сих пор не раскалились до температуры огненного шара. Нечто, что мы знаем под длинным именем "законы природы", контролирует вопрос с энтропией.
Но есть одна тайна, небольшая неровность на идеальном асфальте наших открытий. Неважно, как произошел Большой взрыв, почему произошел и к чему привел. Загадка в том, что это было событие с чрезвычайно низкой энтропией. Гравитационные степени свободы по какой-то причине были полностью подавлены. Это контрастирует со всеми представлениями науки. Языком обывателей, такого просто не могло случиться.

Но мы – вместе со всей видимой и невидимой Вселенной – существуем. Так-то.