Вселената е доста оживена в първите три минути от образуването си. Космосът, такъв, какъвто го познаваме, се разширява от мъничко зрънце до близък до настоящия си огромен размер, появяват се елементарните частици, протоните и неутроните се групират в първите ядра, изпълвайки Вселената с предшествениците на елементите.
Развивайки теории и провеждайки експерименти с ускорители на частици, телескопи и сателити, физиците успяват да "превъртят лентата" назад милиарди години и да надникнат в детайлите на първите мигове от историята на нашия Космос.
Представяме ви обобщен поглед върху тази история:
Епохата на Планк
Време: <10-43 секунди
Добре дошли в епохата на Планк, кръстена на най-малкия възможен мащаб за измерване във физиката на частиците днес. До момента не можем да се доближим до началото на времето повече от това.
Теоретичните физици не знаят много за най-ранните моменти на Вселената. След като теорията за Големия взрив набира популярност, учените смятат, че в първите си мигове Вселената е най-гореща и най-плътна и че четирите фундаментални взаимодействия - електромагнитно, слабо, силно и гравитационно, са комбинирани в една единствена обединена сила. Но не е задължително да е било така.
Вселената се разширява
Време: От 10-43 секунди до 10-36 секунди
В този етап, който започва в епохата на Планк или много скоро след това, учените смятат, че Вселената преминава през изключително бързо, експоненциално разширение, известно като инфлация.
Инфлационната теория е предложена във физиката през 80-те години, за да се отговори на недостатъците на теорията за Големия взрив, която въпреки популярността си, не може да обясни защо Вселената е плоска* и хомогенна (и изотропна), както и защо различните й части започват да се разширяват едновременно.
* Когато космолозите казват, че Вселената е плоска, те имат предвид липсата на изкривяване на пространството в крупномащабните свойства на Вселената. Пространство-времето не е плоско, неговата кривина създава гравитацията. В космически мащаб обаче кривината на пространството, създадена от звезди, черни дупки и други, представлява просто съвкупност от незначителни неравности върху пространството, което е общо казано плоско.
По време на инфлацията квантовите флуктуации се разтягат, произвеждайки неравномерности, които после определят положението на галактиките. Може би едва след този момент Вселената е станала горещо плътно огнено кълбо, както е описано в теорията за Големия взрив.
По време на инфлацията квантовите флуктуации биха могли да се простират, за да произведат модел, който по-късно определя местоположенията на галактиките. Може би едва след този период на инфлация вселената се превърна в гореща, плътна огнена топка, както е описано в теорията за Големия взрив.
Раждането на елементарните частици
Време: ~10-36 секунди
Когато Вселената все още е много гореща, тя е като грамаден ускорител, много по-мощен от Големия адронен колайдер, който работи с изключително високи енергии. В него са родени елементарните частици, които познаваме днес.
Учените смятат, че първо се появяват по-необичайни, а след това - познатите ни частици като електрони, неутрино и кварки. Може би частиците на тъмната материя се появяват също тогава.
Кварките бързо се комбинират, създавайки познатите ни протони и неутрони, които заедно носят името бариони. Частниците неутрино се отделят от плазмата от заредени частици и започват да пътуват свободно през пространството, докато протоните остават вплетени в плазмата.
Появата на първите ядра
Време: ~ 1 секунда до 3 минути
Учените смятат, че когато Вселената се охлажда достатъчно, за да намалеят силните сблъсъци, протоните и неутроните се събират заедно, формирайки ядрата на леките елементи - водород, хелий и литий, в процеса известен като нуклеосинтеза на Големия взрив.
Протоните са по-стабилни от неутроните, благодарение на по-ниските си маси. Всъщност свободният неутрон се разпада с 15-минутен период на полуразпад, докато протоните не се разпадат, доколкото е известно.
Така че докато частиците се комбинират, много протони остават несдвоени. Като резултат, протоните, които остават сами, образуват около 74% от масата на "нормалната" материя на нашия космос. Вторият най-разпространен елемент е хелият, който е около 24%, последван от минимални количества деутерий, литий и хелий 3 (хелий с ядро от три бариона).
Учените успяват успешно да измерят плътността на барионите във Вселената. Повечето от тези измервания съвпадат с теоретичните оценки за предполагаемите количества, освен един проблем - изчисленията за лития се разминават три пъти с измереното. Възможно е измерванията да не са точни, но също е възможно в този период да се случват процеси, за които още не знаем, които да променят количеството на лития.
Космическият микровълнов фон става видим
Време: 380 000 години
Стотици хиляди години след инфлацията, сместа от частици е достатъчно охладена, така че електроните да се свържат с ядрата и да формират електрически неутрални атоми. Чрез този процес, познат като рекомбинация, фотоните стават свободни да пътуват из Вселената, създавайки космическия микровълнов фон.
Днес космическият микровълнов фон е един от най-ценните инструменти на космолозите, които го изследват, за да отговорят на въпроси за много от тайните на Вселената, включително природата на инфлацията и причината за асиметрията между материя и антиматерия.
Скоро след като космическия микровълнов фон става видим, водородните частици формират газ, който изпълва Вселената. Без обекти, които да излъчват високоенергийни фотони, космосът ще е потопен в пълен мрак в продължение на милиони години.
Появяват се първите звезди
Време: ~100 милиона години
Краят на мрака идва с образуването на първите звезди и появата на рейонизация, процес, чрез който високоенергийните фотони избиват електрони от неутралните водородни атоми.
Учените считат, че основната част от йонизиращите фотони се появява от ранните звезди. Но други процеси, като сблъсъците между частиците на тъмната материя, може също да са изиграли роля.
По това време материята започва да формира първите галактики. Нашата собствена галактика, Млечният път, съдържа звезди, родени когато Вселената е едва на сто милиона години.
Ражда се нашето Слънце
Време: 9,2 милиарда години
Слънцето е една от няколко стотици милиарда звезди в Млечния път. Учените смятат, че се е образувало от гигантски облак газ, съставен основно от водород и хелий.
Днес
Време: 13,8 милиарда години
Днес температурата на нашия космос е 2,7 Келвина (-270,42оС). Вселената се разраства с ускорение, по начин подобен (но многократно по-бавен) на инфлацията.
Физиците смятат, че тъмната енергия, мистериозна отблъскваща сила, която в момента е около 70% от енергията в нашата Вселена, вероятно предизвиква това ускорено разширение.
Източник: Symmetry - A universe is born
