Астрономия на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов

Итак… С момента Большого взрыва прошло 10^-35 секунды. Это – ничтожная доля секунды. Если ее записать в виде дроби, получится вот что:

_________________1________________________

100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000

Я даже не знаю, есть ли специальное название у той единицы с 35 нулями, которая записана в знаменателе. Но любому малышу ясно: если единичку разделить на это умопомрачительное число, получится ничтожно малая доля от этой единички.

Так вот, когда Вселенной стукнуло от роду вот такое вот время, ее температура составляла 10²⁷ градусов. То есть единица с 27 нулями. Как вообразить такую температуру? Да никак! А плотность Вселенной была 10⁸⁰ г/см³. Как представить себе такую плотность? Да никак! Не можем мы никак осознать столь гигантские величины. А вот размер осознать можем – диаметр Вселенной составлял тогда около 10 сантиметров. То есть немногим более теннисного мяча.

Вселенная-мячик тогда представляла собой сплошной хаос – нельзя было отличить вещество от излучения, гравитацию от сильного взаимодействия и от электромагнетизма, все было едино в этом слепящем клубке дикой энергии.

А затем уже началась некая дифференциация, то есть разделение. Например, стали различимы разные взаимодействия – гравитация стала гравитацией, вещество – веществом, а поле – полем.

Вселенная стремительно расширялась (этот период ее расширения называют инфляционным), температура стремительно падала. По сути, свою гигантскую энергию Вселенная разменивала на пространство, она остывала и увеличивалась в размерах.

Когда Вселенную с размера теннисного мяча раздуло до одного миллиарда километров, ее возраст составлял 10^-12 секунды, а температура упала до 10¹⁶ градусов. То есть ничтожная, непредставимо малая доля секунды миновала, а Вселенная – уже миллиард километров!

Прошла еще ничтожная доля мгновения, и вот уже возраст Вселенной 10^-6 секунды, температура и плотность еще упали, а Вселенную расперло уже до 10 миллиардов километров. Много это или мало? Для современной Вселенной это не расстояние. Но именно тогда первичные частицы, которые называют кварками, начали слипаться и образовывать привычные нам протоны и нейтроны. Про кварки мы ранее ничего не говорили, потому что в современном мире они не существуют: кварки в свободном виде могут быть только при тех немыслимых температурах и энергиях, которые были в той ранней Вселенной – только тогда хватало внешней энергии, чтобы разорвать слипшиеся кварки. А сегодня все кварки прочно связаны в нейтронах и протонах, образующих неразделимую конструкцию, и нет таких сил, которые могли бы разорвать нейтрон или протон на кварки – все эти силы остались в далеком и чудовищно горячем прошлом нашего мира.

И вот здесь самое время обратить ваше внимание на один хитрый механизм эволюции, то есть развития, усложнения систем. Заключается он в следующем: как только внешняя энергия среды падает ниже какого-то уровня, становятся возможными сложные структуры, потому что их перестает разрывать внешняя агрессивная среда. При энергиях Вселенной ниже определенной кварки намертво сцепились друг с другом, и уже случайные столкновения частиц друг с другом стали не такими энергичными, как прежде, чтобы оторвать один кварк от другого. И мы получили нейтроны и протоны.

Затем энергия раздувающейся и потому охлаждающейся Вселенной упала еще больше, и хаос безумных столкновений вещества и излучения стал уже не в силах разрывать слепившиеся ядерными силами нейтроны и протоны, и они стали образовывать пары. Затем, по мере дальнейшего раздувания и падения температуры, сила притяжения электронов и протонов превысила внешнюю разрывающую их силу и, найдя друг друга, они стали образовывать первые атомы – атомы водорода. Вы же не забыли, что атом водорода – это всего лишь электрон, притянувшийся к протону и кружащийся вокруг него? Раньше такая устойчивая связь была бы невозможной: мощность излучения и скорости частиц в горячей Вселенной (то есть их энергии) были такими, что пересиливали любые попытки зацепиться друг за друга. Сшибались и разлетались! А потом – раз, средняя энергия мечущихся частиц во Вселенной по мере ее катастрофического раздувания упала, частицы остыли и стали образовывать уже сложненькие системки в виде водородных атомов. Хаос сменился новой структурой.

Сначала нейтроны и протоны.

Потом первые нейтрон-протонные двойки – заготовки для образования гелия.

Затем вокруг протонов закружились электроны…

Эту закономерность можно наблюдать не только в физике. Но и в жизни: пока все хорошо, семья, глядишь, держится. Но как только начались сложности, как только выросла агрессивность среды, как только возникли неприятности, глядишь, супруги начали ссориться, ругаться, а потом и разошлись, разорванные внешними неурядицами. Не хватили силы внутренней связи, чтобы противостоять внешнему давлению!

В одной умной книжке об этом написано так: «Запомните первое правило эволюции: как только энергия связи между частичками становится выше шальной энергии среды, появляются первые структуры, которые среда уже не может разрушить: силенок не хватает. Почему не растворяется и не рассыпается камень? Потому что энергия окружающего его воздуха недостаточна для того, чтобы разорвать связи внутри камня. Но если мы начнем повышать энергию среды, камень рано или поздно расплавится и растечется».

А когда же начали образовываться первые нейтральные атомы, вокруг которых мирно закружились электроны? Это произошло только через тысячу лет. Только тогда температура (энергия)

Вселенной упала настолько, что перестала ионизировать газ, то есть отрывать электроны от протонов.

Вот тогда возник тот самый первичный элементарный газ – в основном водород – из которого и начали позже комковаться звезды. Звезды были уже не всеобщими, как в горячей Вселенной, а локальными местами повышения температуры, горящими посреди пустого холодного космоса.