Большой взрыв до и после

Учёные считают, что около 14 миллиардов лет назад Вселенная представляла собой раскалённый сгусток вещества огромной плотности. Этот комок был настолько плотным, а силы гравитации настолько мощными, что в нём не действовали известные нам сегодня законы физики. Затем произошёл взрыв чудовищной силы, и материя стала разлетаться в разные стороны с огромной скоростью.

Как всё начиналось

Сразу после взрыва материя представляла собой плазму, в которой свободно перемещались протоны, нейтроны и электроны. В течение первых секунд при температуре в несколько миллиардов градусов образовались атомы гелия, дейтерия и лития.

Затем процесс возникновения и преобразования химических элементов принял лавинообразную форму. Появились водород, углерод, кислород, и вот уже до возникновения жизни в космосе рукой подать.

Мы — части звёзд

До недавнего времени учёные считали, что Вселенная представляет собой непрерывно расширяющееся скопление звёздных галактик, а также космических пустот, в которых нет ни звёзд, ни планет.

Так сколько вещества во Вселенной, и насколько быстро оно распространяется? Учёные выяснили, что темп его расширения в космосе зависит от плотности и температуры и постоянно возрастает. Была даже рассчитана теоретическая средняя плотность космического вещества: пять протонов на один кубический метр.

Однако в действительности, как показывают последние исследования, вещества в космосе гораздо меньше. Кстати, ничто во Вселенной не исчезает бесследно. Вещество просто меняет свою форму, а его атомы то отправляются на «базу», то возвращаются в качестве строительного материала для нового объекта.

Невидимая материя

Учёные говорят, что обычная материя заполняет Вселенную всего на 4-5%. Небольшую долю составляют нейтрино — микрочастицы, не имеющие массы покоя и электрического заряда. Они слабо взаимодействуют с веществом и с момента Большого взрыва одиноко блуждают во Вселенной. Ещё меньше доля звёзд и свободных атомов водорода и гелия. А оставшиеся 90-95% Вселенной — вообще неизвестно что.

Учёные даже придумали название этому невидимке, вернее, двум невидимкам: тёмная материя и тёмная энергия. Откуда же они взялись? Как это часто бывает, расчёты учёных не совпали с реальной физической картиной мира. А значит, пришлось придумывать новые понятия (так, кстати, в ядерной физике появилось большинство микрочастиц).

Считается, что тёмная материя, так же как и обычное вещество, подвержена силе всемирного тяготения и способна собираться в сгустки. Но что представляют собой микрочастицы, из которых она построена? Пока это загадка. Хотя появилась гипотеза, согласно которой эти частицы намного тяжелее протона и по своим свойствам напоминают нейтрино.

Невидимая сила

Тот факт, что Вселенная расширяется, поначалу озадачил учёных. Но ведь если космос заполнен материей — обычной или тёмной, то силы гравитации должны со временем замедлить расширение вещества. А получается с точностью до наоборот. Впору задуматься — ведь речь идёт о нарушении одного из фундаментальных законов физики — закона всемирного тяготения. С другой стороны, это не противоречит общей теории относительности Эйнштейна. Так какая же сила приводит в движение самый большой объект природы — космос?

После долгих споров лучшие умы человечества предположили, что речь здесь может идти о нескольких явлениях. Некоторые учёные считают, что, возможно, так проявляется свойство вакуума. Как известно, идеальный вакуум — это не пустота, а сильно разрежённый газ, который на практике можно получить только в микроскопических размерах. Но космос — совсем другое дело.

При расширении Вселенной плотность энергии вакуума не изменяется, значит, вакуум обладает отрицательным давлением. Благодаря этому странному свойству его расширение происходит в полном соответствии с теорией Эйнштейна. Всё бы, конечно, хорошо, но если это так, тогда почему скорость планет в Солнечной системе замедляется по мере удаления от Солнца, но при этом они до сих пор ещё не упали на светило?

Как найти чёрную кошку в тёмной комнате

Учёные не оставляют попыток получить тёмную материю. Казалось бы — она везде, просто протяни руку и возьми её. Считается, что тёмная материя состоит из микрочастиц — вимпов. На роль вимпа на сегодняшний день претендует, в частности, мифический нейтралино.

В настоящий момент поиском микрочастиц, которые пока существуют только в теории, вплотную занимаются исследователи, работающие на самом современном ускорителе заряженных частиц, называемом БАК — Большой адронный коллайдер, расположенном в центре Европейского совета ядерных исследований в Швейцарии. Проблема заключается в том, что такие частицы практически не взаимодействуют с веществом. Например, нейтралино способен пролететь беспрепятственно даже сквозь Солнце. Поэтому засечь такую частицу с помощью детектора, пусть даже самого чувствительного — задача чрезвычайной сложности.
Тем не менее у БАК огромные возможности, и учёные считают, что обязательно найдётся какая-нибудь новая частица, которая косвенно подтвердит существование тёмной материи. Правда, при этом никто не знает, к каким последствиям это может привести.

Помимо БАКа у учёных есть приборы, реагирующие на тепло, которое выделяется при столкновении вимпа с ядром атома. Это умеют делать низкотемпературные детекторы, использующие кристаллы германия, например, CDMS, расположенный в бывшей угольной шахте в Судане на глубине 700 метров, CRESST, спрятанный в итальянской лаборатории Гран-Сассо на глубине 1400 метров, и EDELWEISS в подземной лаборатории итальянского города Модана.

Кстати, для защиты детекторов от появившейся после начала атомной эры радиации, которая может спутать учёным все карты, итальянцы используют свинец, снятый с французского галеона, затонувшего в 18-м веке.

Учёные считают, что частицы тёмной материи способны аннигилировать при столкновении, выделяя энергию, а также новые микрочастицы и античастицы. За ними охотятся телескопы в Намибии и Аризоне. А вокруг Земли летают спутники с телескопами и спектрометрами, зорко осматривая всё пространство вокруг.

И, наконец, детекторы AMANDA и IceCube в Антарктиде, а также французский детектор ANTARES способны уловить нейтрино, которые, как считают учёные, испускает тёмная материя, зажатая, как в тисках, в глубине Солнца и Земли.

Как мы видим, современная наука оснащена всем необходимым для того, чтобы разгадать, наверное, самую сокровенную тайну Вселенной. И кто знает, какие неожиданные открытия ждут нас в ближайшее время.