Книга Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности - Нил Деграсс Тайсон

Однако такое положение дел сохранялось недолго. Космос расширялся и охлаждался, достиг размеров Солнечной системы, а его температура упала ниже триллиона градусов.

С момента рождения Вселенной миновала миллионная доля секунды.

При такой прохладе у Вселенной уже не хватало ни тепла, ни плотности, чтобы изготавливать кварки, поэтому все они расхватали себе партнеров и создали новое прочное семейство тяжелых частиц под названием адроны (от греческого слова «hadros», что значит «толстый, плотный»). Переход от кварков к адронам вскоре привел к появлению протонов и нейтронов, а также других, менее знакомых широкой публике тяжелых частиц, и все они состояли из разных комбинаций представителей семейства кварков. Легкая асимметрия вещества и антивещества, повлиявшая на кварк-лептонный суп, сказалась и на адронах, и последствия у этого были просто невероятные.

Вселенная остывала, количество энергии, доступной для спонтанного создания фундаментальных частиц, стремительно уменьшалось. В адронную эпоху вездесущие фотоны больше не могли призывать на помощь E = mc², чтобы создавать пары кварков-антикварков. Мало того, фотоны, возникшие в результате всех оставшихся аннигиляций, выпустили свою энергию, отдали ее вечно расширяющийся Вселенной и опустились ниже предела, допускавшего создание пар адронов-антиадронов. На каждый миллиард аннигиляций, после которых получался миллиард фотонов, оставался всего один выживший адрон. Этим-то одиночкам и досталось в результате все веселье – именно из них состоят галактики, звезды, планеты и люди.

Не будь перевеса вещества над антивеществом в соотношении миллиард и один на миллиард, вся масса во Вселенной аннигилировала бы, и остался бы космос, состоящий исключительно из фотонов и все – вот к чему привело бы буквальное исполнение сценария «Да будет свет».

К этому времени Вселенной исполнилась одна секунда.

Вселенная разрослась уже до нескольких световых лет, примерно на расстояние от Солнца до ближайших звезд. Было еще довольно жарко, как-никак миллиард градусов, так что еще оставалась возможность выпекать электроны, которые вместе с партнерами-позитронами то возникали, то исчезали. Однако во Вселенной, которая все расширяется и все остывает, дни их – точнее, секунды – были сочтены. Судьба адронов постигла и электроны – в конце концов уцелел лишь один на миллиард. Остальные аннигилировали вместе со своими напарниками-античастицами позитронами и превратились в море фотонов.

К этому моменту на каждый протон приходится один «замороженный» электрон. Космос продолжает остывать, температура упала уже ниже 100 миллионов градусов, и протоны соединяются и с протонами, и с нейтронами, отчего возникают ядра атомов и образуется Вселенная, в которой 90 % ядер – это ядра водорода, а 10 % – ядра гелия плюс ничтожные количества дейтерия, трития и лития.

С момента рождения Вселенной миновало две минуты.

Еще примерно 380 000 лет с нашим супом из частиц ничего особенного не произойдет. Все эти тысячелетия температура остается достаточно высокой, чтобы электроны свободно странствовали среди фотонов и расталкивали их то туда, то сюда.

Однако этой вольнице приходит конец, когда температура Вселенной падает ниже 3000 градусов по Кельвину (примерно половина температуры солнечной поверхности) и все электроны соединяются со свободными ядрами. В результате этого союза возникает вездесущий океан фотонов видимого света, что завершает процесс формирования частиц и атомов в первичной Вселенной.

Вселенная все расширяется, ее фотоны и дальше теряют энергию, уходят из диапазона видимого света в инфракрасный диапазон и в микроволновое излучение.

Вскоре мы еще поговорим подробнее о том, что куда бы мы, астрофизики, ни заглянули, везде мы находим неизгладимые следы, словно бы отпечатки пальцев, в виде микроволновых фотонов с температурой 2,73 К и рисунок их распределения по небу – это память о распределении вещества во Вселенной в эпоху непосредственно перед формированием атомов. Из этого факта мы можем сделать много разных выводов, в том числе о возрасте и форме Вселенной. И хотя в наши дни атомы уже вошли в повседневный обиход, у формулы Эйнштейна, обеспечивающей вселенское равновесие, еще осталось вдоволь работы – в ускорителях частиц, где пары «частица-античастица» то и дело создаются из полей с большой плотностью энергии, в недрах Солнца, где ежесекундно преобразуются в энергию 4,4 миллиона тонн вещества, в ядрах всех остальных звезд. Еще она находит себе занятие в окрестностях черных дыр, сразу за их горизонтом событий, где пары «частица-античастица» возникают за счет чудовищной гравитационной энергии черной дыры. Этот процесс описал еще в 1975 году Стивен Хокинг – и показал, что из-за этого механизма черные дыры медленно испаряются, теряя массу. Иначе говоря, черные дыры не вполне черные.

Сегодня это явление называется излучением Хокинга и напоминает нам о плодотворности уравнения E = mc².

Но что же было до всего этого? Что было до начала?

Астрофизики не имеют об этом ни малейшего понятия. Или, точнее, наши самые смелые гипотезы не получают никакого или почти никакого подтверждения в экспериментальной науке. Однако представители некоторых религиозных групп не без самодовольства утверждают, что раз все должно было с чего-то начаться, это действовала сила, пересилившая все остальные силы, источник, из которого произошло все остальное. Имел место какой-то первотолчок.

По мысли подобных людей это что-то – разумеется, Бог.

А вдруг Вселенная была всегда – просто в каком-то состоянии, которое нам еще предстоит определить и описать, например, в составе множественной Вселенной? А может быть, Вселенная, как и ее частицы, просто возникла из ничего?

Подобные ответы обычно никому не нравятся. Тем не менее они напоминают нам, что незнание – естественное состояние сознания ученого-исследователя, находящегося на переднем крае науки, на границе познания, которая отступает все дальше и дальше. Те, кто считают, что все уже познали, просто никогда не искали эту границу между известным и неизвестным во Вселенной, никогда на нее не натыкались. Здесь заключается очень интересная дихотомия. Утверждение «Вселенная была всегда» – вполне законный ответ на вопрос «Что было до начала?», однако далеко не все это признают. Однако для многих религиозных людей ответ «Бог был всегда» – это очевидный и даже приятный ответ на вопрос «Что было до Бога?»

Кем бы ты ни был, путь к открытию, где и как все началось, всегда вызывает дрожь восторга, словно бы знание о начале всего дарует особого рода причастность к тому, что было дальше, а может быть, и власть над ним. А значит, что справедливо для жизни как таковой, справедливо и для Вселенной: знать, откуда ты пришел, не менее важно, чем знать, куда ты идешь.

Глава сорок первая

Священные войны

Каждый раз, когда я читаю публичную лекцию о Вселенной, я стараюсь отвести достаточно времени для вопросов. Как пойдут события, вполне предсказуемо. Первые вопросы относятся непосредственно к лекции. Потом слушатели переходят на особо пикантные космические темы – заговаривают о черных дырах, квазарах, Большом Взрыве. Если у меня хватает времени, чтобы ответить на все вопросы и если дело происходит в Америке, в конце концов речь заходит о Боге. Чаще всего меня спрашивают: «Верят ли ученые в Бога? А вы верите в Бога? Если изучаешь астрофизику, как это влияет на религиозность – укрепляешься в вере или наоборот?»