Нил Тайсон - Добро пожаловать во Вселенную

Если бы темная энергия действительно имела планковское значение, Вселенная вошла бы в фазу ускорения через 10–43 секунд после Большого взрыва. Оказывается, в этом пределе масштаб со временем растет экспоненциально. Тогда плотность обычного вещества быстро упала бы до крошечной величины, и в несколько секунд в наблюдаемой Вселенной осталось бы меньше одного атома. В такой Вселенной не могло бы образоваться никаких структур.

Конечно, инфляция, которая, как полагают, произошла на заре истории нашей Вселенной, — тоже форма экспоненциального расширения. Однако в отличие от только что описанного сценария инфляция происходит при плотности значительно ниже планковской. Более того, она происходит не вечно, 356

Решения а заканчивается после крошечной доли секунды, а ее энергия выбрасывается в виде элементарных частиц, отчего начинается следующая фаза развития

Вселенной — Большой взрыв и расширение при высоких температурах.

122. Не такая уж и ошибка?

Величайшей ошибкой Эйнштейна было привнести в уравнения космологическую постоянную, чтобы обеспечить статичность Вселенной. Без нее уравнения поля ОТО предсказывали, что Вселенная либо расширяется, либо коллапсирует. Если бы Эйнштейн больше верил в свои уравнения, он предсказал бы, что Вселенная не статична, более чем за десять лет до Хаббла, который в 1929 году открыл, что Вселенная расширяется. Более того, введение космологической постоянной, которая противодействовала бы склонности вещества во Вселенной притягиваться, приводит к неустойчивому равновесию: стоит чуть-чуть нарушить хрупкий баланс между космологической постоянной и собственной гравитацией Вселенной, и это приведет либо к коллапсу, либо к бесконечному расширению.

Сегодня мы используем космологическую постоянную не для того, чтобы сделать Вселенную статичной, а для того, чтобы объяснить ее наблюдаемое расширение. Эйнштейн был бы доволен, поскольку идея космологической постоянной и в самом деле оказалась полезной и объясняет наблюдаемое поведение Вселенной. Теория инфляции Алана Гута также предполагает, что в некоторый период расширение Вселенной шло с ускорением (только расширение было гораздо быстрее того, что мы наблюдаем сейчас). Поэтому он, наверное, обрадовался, когда узнал, что и в самом деле существуют физические эффекты, которые сейчас заставляют Вселенную ускоряться, так же она ускорялась, по его мнению, на заре своего существования.

123. Большой взрыв

У галактик наблюдается красное смещение; их спектры систематически смещаются в красную сторону, что мы считаем свидетельством расширения

357

Решения пространства между нами и этими галактиками. Это расширение единообразно, что следует из закона Хаббла — пропорциональности красного смещения и расстояния. На основании единообразного расширения мы можем найти момент, приблизительно заданный величиной, обратной постоянной

Хаббла Н , когда все галактики еще были слеплены вместе. Этот момент

0 мы называем Большим взрывом, временем, когда температура и плотность были крайне высоки. Предполагаемый возраст Вселенной на основании этих данных составляет около 14 миллиардов лет, что значительно больше возраста Солнечной системы (измеренного с помощью радиоизотопного метода) и больше возраста старейших звезд (по данным измерений, например, диаграмм Герцшпрунга — Рассела шаровых скоплений).

Большой взрыв естественным образом объясняет относительное содержание водорода и гелия, которые возникли в первые минуты после Большого взрыва, когда Вселенная расширялась и остывала. В частности, теория предсказывает, что водород должен составлять около 75 % всех атомов во Вселенной по массе, а гелий — около 25 %. Более тяжелые элементы в то время не возникали, они создаются в недрах звезд. По наблюдениям, даже на очень больших масштабах (десятки миллионов парсек) свойства

Вселенной не меняются, что соответствует теории Большого взрыва.

Первоначальная раскаленная Вселенная ярко светилась и ее спектр соответствовал излучению абсолютно черного тела. Остатки этого излучения мы наблюдаем в виде фонового космического микроволнового излучения, света, который доходит до нас с тех самых пор, когда Вселенная достаточно остыла (примерно до 3000 К), чтобы образовались нейтральные атомы водорода. Большой взрыв не только предсказывает существование фонового космического микроволнового излучения (которое было открыто в 1965 году, и это открытие удостоилось Нобелевской премии), Большой взрыв точно предсказывает: