Книга Бытия. Общая история происхождения - [38]

Открыта охота на любые тяжелые частицы, участвующие в слабых взаимодействиях и способные пролить свет на тайну. Все более изощренные эксперименты проводятся на больших подземных установках, новые аппараты отправляются на околоземную орбиту, новые частицы ищутся на самых мощных ускорителях. Но пока все тщетно.

Есть и те, по мнению которых надо сосредоточить внимание на нейтральных и очень легких аксионах, вместо того чтобы искать тяжелые частицы. И в этом снова чувствуется рука Цвикки: именно он, кажется, первым предложил это название, позаимствовав его у известного моющего средства 1950-х годов, поскольку новая частица нужна была для генеральной уборки. Аксионы – это призрачные частицы, исключительно легкие, предложенные для объяснения незначительных аномалий в распадах некоторых известных частиц и способные ко взаимодействиям почти исключительно благодаря гравитации. Но даже этой гипотезе пока нет подтверждения, и охота продолжается.

Каким бы ни оказалось решение загадки, можно с уверенностью утверждать, что темная материя включилась в работу в одной из предыдущих фаз, может быть, сразу после окончания инфляции. Охлаждаясь, как и все остальное, она стала показывать незначительную разницу температуры в распределении энергии, изначально идеально равномерном. Эта разница возникает из-за первичных квантовых флуктуаций, непропорционально увеличенных инфляционным расширением и влиянием турбулентного моря вездесущих фотонов.

Теперь же, в эпоху непрозрачности, мы представляем себе темную материю как некую тонкую сеть, похожую на черную, мягкую, но очень плотную паутину, которая со всем смешивается и все обволакивает. Как именно она распределена в пространстве, не влияет сейчас существенно на ее динамику, но уже совсем скоро запустится процесс ее сгущения, благодаря которому плотность материи будет увеличиваться вблизи крошечных флуктуаций энергии. Узлы наибольшей плотности этой тонкой паутины станут той самой канвой, где будет формироваться наш материальный мир. Там зажгутся первые звезды и взойдут семена галактик.

Пробил час для материи

Темное царство непрозрачности длилось так долго, что, казалось, уже ничто не сможет его разрушить.

Но когда температура упала ниже трех тысяч градусов, произошло непоправимое. На этом значении проходила черта, за которой события начинали разворачиваться одно за другим, каждое – необратимое и служащее спусковым механизмом для следующего. Уже прошли сотни тысяч лет от Большого взрыва, но до этого момента все компоненты материи оставались полностью погруженными в море фотонов, сохранявшее общую температуру. Тепловое равновесие гарантировалось непрерывным взаимодействием фотонов с другими частицами, остающимся неистовым из-за их очень высокой плотности. Но по мере расширения в определенный момент все вдруг сильно поменялось.

Это связано с различием в поведении между излучением и веществом, на которое стоит обратить внимание. При расширении Вселенной ее объем увеличивается как куб ее радиуса, подобно воздушному шару: при увеличении радиуса вдвое объем увеличивается в восемь раз. Плотность энергии, следовательно, с увеличением объема уменьшается обратно пропорционально кубу радиуса. Но для фотонов в игру вступает дополнительный механизм, значительно быстрее уменьшающий их плотность. С расширением растет длина волны каждого фотона, а значит, снижается его энергия. Одним словом, энергия фотонов падает значительно быстрее, чем энергия, связанная с плотностью вещества. При удвоении радиуса эта энергия излучения уменьшается в шестнадцать раз, в то время как энергия вещества – только в восемь.

Долго длившееся равновесие катастрофически нарушается. Это происходит через триста восемьдесят тысяч лет после Большого взрыва. Излучение и вещество навсегда расстаются друг с другом, и их судьбы расходятся путями совершенно независимыми. Плотность фотонов падает до такой степени, что их словно уже и не связывает никакое взаимодействие с протонами и электронами, тепловое равновесие оказывается навсегда нарушенным. Для излучения, до того доминировавшего в мире, наступает время долгой деградации, в ходе которой его роль непрерывно снижается и его вклад в суммарную массу Вселенной становится совершенно несущественным.

Очень скоро температура падает до такого значения, при котором потенциальная энергия электромагнитной связи между протоном и электроном превосходит кинетическую энергию теплового движения. Электроны смогут теперь стабильно связываться с протонами, и возникнут первые атомы, прежде всего – водорода и гелия, а потом лития, бериллия и некоторых других легких элементов. Освободившись от непрерывного взаимодействия с фотонами, атомы обретут свою стабильность.

Из этой новой организации рождается нейтральная материя – вещество, все меньше взаимодействующее с излучением. Безграничное разреженное облако водорода и гелия затягивает всю Вселенную и будет теперь определять всю ее дальнейшую историю. Решительный разрыв отмечает начало эры господства вещества, после тысячелетий, в течение которых во Вселенной доминировало излучение. Новая эпоха приведет к возникновению галактик, звезд, планет, а потом и к развитию более сложных форм материи, каковыми окажутся живые существа. Образуется новое царство, владычество которого продлится миллиарды лет и конца которому нам не видно из нашего сегодня.