Первые секунды Большого взрыва: что мы знаем и чего не знаем

Неправильно рассматриваемый как изначальный взрыв, Большой взрыв представляет собой не отправную точку, а линию горизонта, за которую мы не можем выйти и из которой родились представления о пространстве и времени. Что мы знаем об этой ранней эпохе?

Открытие Хабблом в 1929 году того факта, что Вселенная расширяется, имело ужасные последствия для космологии. В самом деле, если Вселенная расширяется, то когда-то она была гораздо более концентрированной. Вернуть время назад возможно, но до определенного предела. Достижение нулевого времени для нас невозможно (уравнения не позволяют этого). С другой стороны, мы можем приблизиться к этому.

Расширение и первые элементы

13,77 миллиарда лет назад мы знали, что наша вселенная была невероятно горячей (более квадриллиона градусов). Она также была невероятно маленькой. Астрономы подозревают, что когда ей было меньше секунды, космос пережил период невероятно быстрого роста, известного как инфляция. Менее чем за мгновение наша Вселенная расширилась как минимум в 10^52 раза.

Как только эта фаза расширения закончилась, то, что породило эту инфляцию (мы не знаем, что это было), затопило вселенную материей и излучением.

В этот момент Вселенная была слишком горячей и слишком плотной, чтобы что-то стабильное могло образоваться. Космос был не чем иным, как супом из элементарных частиц материи и антивещества, рожденных из чистой энергии, состоящей из кварков и антикварков, электронов и позитронов, нейтрино и антинейтрино, которые аннигилировали друг друга, как только они встретились.

Также в течение этой первой секунды ядерная сила заставила кварки объединиться, чтобы сформировать протоны или нейтроны. Они, в свою очередь, образуют ядра атомов водорода.

После первой секунды Вселенная продолжала расширяться и медленно охлаждаться, в результате чего сильная ядерная сила объединила протоны и нейтроны. Через три минуты первые ядра атомов, немного более сложные, чем ядра атомов водорода, могли увидеть свет.

Нуклеосинтез, естественно, продолжится в течение нескольких минут, а затем придется ждать, пока машины термоядерного синтеза, которые являются первыми звездами, обогатят картину элементов.

Все это известно только посредством расчетов, потому что ни одна из этих изначальных фаз никогда не будет наблюдаема нашими инструментами. Наш мир будет оставаться непрозрачным до тех пор, пока ему не исполнится 380 000 лет, когда "зажгутся" первые звезды.

Темная материя и инфляция

Хотя некоторые детали действительно выведены, есть также многое, что мы не знаем, особенно в период до формирования первых элементов.

Возникает, например, вопрос о темной материи. Мы не знаем, из чего она сделана, но мы знаем, что на нее приходится более 80% материи во Вселенной. Мы также не знаем, когда и как появилась темная материя. Он появился в первые несколько секунд или намного позже? Влияло ли это на примитивную химию, приведшую к образованию первых элементов, или же оно осталось на заднем плане? Мы не знаем.

Инфляция - тоже проблема. Мы не знаем, что послужило топливом для этого невероятного события расширения. Хотя мы знаем, как долго длилась эта фаза, мы не знаем, как и почему она в конце концов закончилась.

Материя / антиматерия

Другая проблема, и не в последнюю очередь, - это асимметрия материи и антивещества. Из экспериментов мы видим, что материя и антивещество совершенно симметричны: каждой частице материи, созданной в результате реакций во Вселенной, соответствует частица антивещества.

Однако мы знаем, что в течение этой знаменитой "первой секунды" материя, из которой мы созданы, преобладала над антивеществом. Следовательно, эти две формы материи вели себя по-разному. В настоящее время причины этого дисбаланса все еще неизвестны.

Если мы не можем напрямую увидеть состояние Вселенной, когда ей было всего несколько секунд, например, мы можем попытаться воссоздать эти условия в наших мощных ускорителях частиц.

Этот хаотический ад, должно быть, вызвал волну ряби в ткани пространства-времени. С помощью технических средств (которых у нас еще нет) мы можем попытаться уловить гравитационные волны от этого знаменитого Большого взрыва.