Эволюция Вселенной

Большой взрыв

Все начинается с Большого взрыва, который является моментом во времени, а не точкой в пространстве. В частности, это момент начала самого времени, момент, с которого отсчитываются все последующие моменты. Несмотря на свое общеизвестное название, Большой взрыв на самом деле был не взрывом, а скорее периодом, когда Вселенная была чрезвычайно горячей и плотной, а космос начал расширяться во всех направлениях одновременно. Хотя модель Большого взрыва утверждает, что Вселенная была бесконечно малой точкой с бесконечной плотностью, это всего лишь легкий способ сказать, что мы не совсем понимаем, что происходило тогда. Математические бесконечности не имеют смысла в уравнениях физики, поэтому Большой взрыв действительно является точкой, в которой наше нынешнее понимание Вселенной рушится.

Эпоха космической инфляции

Следующий ход Вселенной заключался в том, чтобы действительно быстро разрастись. В течение первых 0,0000000000000000000000000000001 (то есть десятичной дроби с 30 нулями перед 1) секунды после Большого взрыва, космос смог экспоненциально расшириться в размерах, раздвинув области Вселенной, которые ранее находились в тесном контакте. Эта эпоха, известная как инфляция, остается гипотетической, но космологам эта идея нравится, потому что она объясняет, почему далекие области космоса кажутся такими похожими друг на друга, несмотря на то, что они разделены огромными расстояниями.

Кварк-глюонная плазма

Через несколько миллисекунд после начала времен ранняя Вселенная была действительно горячей - мы говорим о температуре от 7 триллионов до 10 триллионов градусов по Фаренгейту (от 4 триллионов до 6 триллионов градусов по Цельсию). При таких температурах элементарные частицы, называемые кварками, которые обычно прочно связаны внутри протонов и нейтронов, свободно блуждают. Глюоны, несущие фундаментальную силу, известную как сильная сила, были смешаны с этими кварками в жидкой первичной жидкости, которая пронизывала космос. Исследователям удалось создать аналогичные условия в ускорителях частиц на Земле. Но это трудно достижимое состояние длилось всего несколько долей секунды, как в земных сокрушителях атомов, так и в ранней Вселенной.

Ранняя эпоха

На следующем этапе времени, который начался примерно через несколько тысячных секунды после Большого взрыва, происходило много событий. По мере того, как космос расширялся, он охлаждался, и вскоре условия были достаточно благоприятными, чтобы кварки объединялись в протоны и нейтроны. Через одну секунду после Большого взрыва плотность Вселенной упала настолько, что нейтрино - самая легкая и наименее взаимодействующая элементарная частица - могли разлетаться, ничего не задевая, создавая так называемый космический нейтринный фон, который ученым еще предстоит обнаружить.

Первые атомы

В течение первых 3 минут жизни Вселенной протоны и нейтроны сливались вместе, образуя изотоп водорода под названием дейтерий, а также гелий и небольшое количество следующего по легкости элемента, лития. Но как только температура упала, этот процесс остановился. Наконец, через 380000 лет после Большого взрыва все было достаточно прохладно, чтобы водород и гелий могли соединиться со свободными электронами, создав первые нейтральные атомы. Фотоны, которые раньше сталкивались с электронами, теперь могли двигаться без помех, создавая космический микроволновый фон (КМФ), пережиток той эпохи, который был впервые обнаружен в 1965 году.

Темные века

Очень долгое время ничто во Вселенной не излучало света. Этот период, длившийся около 100 миллионов лет, известен как космические темные века. Эту эпоху по-прежнему чрезвычайно трудно изучать, потому что знания астрономов о Вселенной почти полностью основаны на свете звезд. Без звезд трудно понять, что происходило.

Первые звезды

Примерно через 180 миллионов лет после Большого взрыва водород и гелий начали коллапсировать в большие сферы, создавая адские температуры в их ядрах, которые осветили первые звезды. Вселенная вступила в период, известный как Космический Рассвет, или реионизация, потому что горячие фотоны, излучаемые ранними звездами и галактиками, разбивали нейтральные атомы водорода в межзвездном пространстве на протоны и электроны - процесс, известный как ионизация. Трудно сказать, как долго длилась реионизация. Поскольку это произошло так рано, его сигналы заглушены более поздним газом и пылью, поэтому лучшее, что могут сказать ученые, - это то, что он закончился примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Крупномасштабная структура

Маленькие ранние галактики начали сливаться в более крупные галактики, и примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва в их центрах образовались сверхмассивные черные дыры. Включились яркие квазары, излучающие интенсивные световые маяки, которые можно увидеть с расстояния 12 миллиардов световых лет. Средние годы вселенной Вселенная продолжала развиваться в течение следующих нескольких миллиардов лет. Пятна более высокой плотности из изначальной вселенной гравитационно притягивали к себе материю. Они медленно выросли в галактические скопления и длинные нити газа и пыли, образуя красивую волокнистую космическую сеть, которую можно наблюдать сегодня.

Рождение солнечной системы

Около 4,5 миллиардов лет назад в одной галактике облако газа превратилось в желтую звезду с системой колец вокруг нее. Эти кольца объединились в восемь планет, а также различные кометы, астероиды, карликовые планеты и луны, образуя знакомую звездную систему. Планете, третьей от центральной звезды, либо удалось удержать воду после этого процесса, либо кометы позже доставили поток льда и воды. В этом третьем, водянистом мире между 3,8 и 3,5 миллиардами лет назад возникли крошечные простые микробы. Эти формы жизни возникли и превратились в морских чудовищ и гигантских динозавров-листоедов. В конце концов, около 200000 лет назад появились прямоходящие существа, способные восхищаться нашей таинственной Вселенной и изучать, как все это произошло.