Глава II. Рождение Вселенной

Как доказано современными учеными-астрофизиками, из которых прежде всего следует назвать американца Эдвина Хаббла, исследовавшего и доказавшего феномен «разбегания» галактик, некогда вся Вселенная была сфокусирована в одной точке, не больше спичечной головки. Примерно 15–20 млрд. лет назад в результате Большого Взрыва из некой «точки сингулярности» вещество начало разлетаться в разные стороны. Следующей эрой генезиса мироздания была эра раздувания, когда пространство кипело и расширялось с невероятной и невозможной в земных и вообще умопредставимых условиях мощью. Это продолжалось меньше чем 10-30 секунд (!). В процессе постепенного охлаждения мира формировались те законы природы, которые мы знаем сегодня. Какое-то время «Вселенная оставалась горячим супом из кварков, глюонов и лептонов, но к концу одной десятитысячной доли все той же первой секунды закончился период быстрых преобразований, и мир принял знакомый вид – с протонами, нейтронами и электронами» (Дж. Полкихорн). Плотность этой массы первовещества была в триллионы раз выше, чем плотность воды, а температура «первозданного бульона» измерялась многими миллиардами градусов. Размеры этой рожденной всего десятитысячную долю секунды назад Вселенной равнялись примерно одной тридцатой доле светового года (то есть 300 миллиардам километров, что в тысячу раз превышает размеры Солнечной системы). Такая Вселенная была еще слишком горяча, чтобы в ней смогли протекать обычные ядерные процессы. Только через несколько минут структура Вселенной стала той же, что и сегодня: одна четверть гелия и три четверти водорода. Через 15 минут после Взрыва радиус Вселенной уже составлял 100 световых лет (если скорость света – 330 тыс. км в секунду, то световой год означает 330 тыс. км, умноженные на количество секунд в году), а температура была «всего» 300 миллионов градусов, что сравнимо с температурой, наблюдаемой при термоядерных взрывах. Но тогда было еще слишком горячо, чтобы вокруг ядер сформировались атомы; для этого потребовалось еще около полумиллиона – миллион лет охлаждения Вселенной. Через это время Вселенная стала достаточно холодной (ее температура упала ниже +3000 градусов по Цельсию), чтобы излучение и вещество разделились.

Доминирующей силой в следующую космическую эру стала гравитация. Она сдерживала возникшую после Большого Взрыва тенденцию к слишком большому расширению, однако окончательно остановить этот процесс и добиться обратного сжатия была не в силах. Хотя ранняя Вселенная была почти однородна, в ней присутствовали небольшие флуктуации, приведшие к возникновению участков с избыточной плотностью. Гравитационные эффекты усиливали эту неоднородность, это было похоже на нарастание снежного кома, и примерно через миллиард лет начали образовываться сгустки вещества, которые стали галактиками и звездами. Наблюдателю за этим потрясающим катаклизмом казалось бы, что он попал в эпицентр огненного урагана. Все пространство заполнено облаком раскаленных газов и ослепляющим светом, и все это разлетается во все стороны.

В глубинах звезд снова пошли ядерные реакции, поскольку сжимающая сила гравитации разогрела ядра звезд свыше температуры их воспламенения. Водород, сгорая, превращался в гелий, и когда исчерпалось это топливо, началась цепь более тонких и сложных реакций, которые привели к дальнейшему выделению энергии и образованию более тяжелых элементов, вплоть до железа. Начали появляться элементы – строительные блоки для живых организмов. Каждый атом углерода в любом живом существе когда-то побывал в глубинах какой-то звезды, и мы все возникли из элементов, которым миллиарды лет.

Образование галактик началось только спустя миллиард лет после Большого Взрыва. К этому времени вещество успело охладиться до идеальных температур (около сотни градусов), и стали появляться стабильные участки плотности среди облаков газа, равномерно заполнявших космос.

Началось сжатие этих участков. Продолжая сжиматься и теряя при этом энергию на излучение, уплотнившееся вещество в результате своей эволюции превращалось в современные галактики. Хотя в общих чертах сегодня ученым ясно, что тогда происходило, но как это происходило, механизм образования галактик все же понят не до конца и противоречит аккуратным подсчетам наблюдаемых масс галактик и их скоплений.

В галактиках уже началось образование звезд. Наиболее массивные звезды, сформировавшиеся в самом начале, прошли быструю эволюцию, при которой водород превращался в более тяжелые элементы (в том числе, углерод и кислород), а вновь образованное вещество выбрасывалось в окружающее пространство. Этот «пепел» подвергался локальному сжатию, приводящему к рождению новых звезд, и процесс повторялся снова. Солнце представляет собой звезду второго или третьего поколения. Согласно предположению астрофизика Клейтона, сжатие, в результате которого образовалось Солнце, было вызвано сверхновой звездой, которая, взорвавшись, сообщила движение межвездному веществу и, как метла, толкала его впереди себя до тех пор, пока за счет тяготения не сформировалось стабильное облако, продолжавшее сжиматься, превращая собственную энергию сжатия в тепло.

Вся эта масса начала нагреваться, и примерно за десять миллионов лет температура внутри облака достигла 10–15 млн. градусов. К этому времени термоядерные реакции шли полным ходом, и процесс сжатия закончился. Примерно в это время (около 6 млрд. лет назад) и родилось Солнце.

Вселенная постоянно расширяется. Тот момент, с которого Вселенная начала расширятся, принято считать ее началом. Первую эру в истории вселенной называют "большим взрывом” или английским термином Big Bang. На самом раннем этапе, в первые мгновения "большого взрыва” вся материя была сильно раскаленной и густой смесью частиц, античастиц и высокоэнергичных гамма-фотонов. Частицы при столкновении с соответствующими античастицами аннигилировали, но возникающие гамма-фотоны моментально материализовались в частицы и античастицы. Под расширением Вселенной подразумевается такой процесс, когда то же самое количество элементарных частиц и фотонов занимают постоянно возрастающий объём. На начальном этапе расширения Вселенной из фотонов рождались частицы и античастицы. Этот процесс постоянно ослабевал, что привело к вымиранию частиц и античастиц. Эволюцию Вселенной принято разделять на четыре эры: адронную, лептонную, фотонную и звездную.

Адронная эра. Длилась примерно от t=10-6 до t=10-3. Плотность порядка 1017 кг/м3 при T=1012…1013. При очень высоких температурах и плотности в самом начале существования Вселенной материя состояла из элементарных частиц. Вещество на самом раннем этапе состояло из адронов, и поэтому ранняя эра эволюции Вселенной называется адронной, несмотря на то, что в то время существовали и лептоны. Через миллионную долю секунды с момента рождения Вселенной, температура T упала на 10 биллионов Кельвинов. В первую миллионную долю секунды эволюции Вселенной происходила материализация всех барионов неограниченно, так же, как и аннигиляция. Но по прошествии этого времени материализация барионов прекратилась. Процесс аннигиляции барионов и антибарионов продолжался до тех пор, пока давление излучения не отделило вещество от антивещества. Нестабильные гипероны (самые тяжелые из барионов) в процессе самопроизвольного распада превратились в самые легкие из барионов (протоны и нейтроны). Так во вселенной исчезла самая большая группа барионов - гипероны. Нейтроны могли дальше распадаться в протоны, которые далее не распадались, иначе бы нарушился закон сохранения барионного заряда. К моменту, когда возраст Вселенной достиг одной десятитысячной секунды, ее энергии не хватало уже для возникновения самых легких адронов - пионов. Пионы, существовавшие ранее, распадались, а новые не могли возникнуть. Это означает, что к тому моменту, когда возраст Вселенной достиг десятитысячной секунды, в ней исчезли все мезоны. На этом и кончается адронная эра, потому что пионы являются не только самыми легкими мезонами, но и легчайшими адронами. Никогда после этого сильное взаимодействие (ядерная сила) не проявлялась во Вселенной в такой мере, как в адронную эру, длившуюся всего лишь одну десятитысячную долю секунды.

Лептонная эра. Длилась примерно от t=10-3 до t=101. К концу эры плотность порядка 107 кг/м3 при T=109. Когда энергия частиц и фотонов понизилась в пределах от 100 Мэв до 1 Мэв в веществе было много лептонов. Температура была достаточно высокой, чтобы обеспечить интенсивное возникновение электронов, позитронов и нейтрино. Барионы (протоны и нейтроны), пережившие адронную эру, стали по сравнению с лептонами и фотонами встречаться гораздо реже. Лептонная эра начинается с распада последних адронов - пионов - в мюоны и мюонное нейтрино, а кончается через несколько секунд, когда энергия фотонов уменьшилась до 1 Мэв и материализация электронов и позитронов прекратилась. Во время этого этапа начинается независимое существование электронного и мюонного нейтрино, которые мы называем "реликтовыми. Возникает нейтринное море.

Фотонная эра или эра излучения. На смену лептонной эры пришла эра излучения, как только температура Вселенной понизилась до 1010K, а энергия гамма фотонов достигла 1 Мэв, произошла только аннигиляция электронов и позитронов. Новые электронно-позитронные пары не могли возникать вследствие материализации, потому, что фотоны не обладали достаточной энергией. Но аннигиляция электронов и позитронов продолжалась дальше, пока давление излучения полностью не отделило вещество от антивещества. Со времени адронной и лептонной эры Вселенная была заполнена фотонами. К концу лептонной эры фотонов было в два миллиарда раз больше, чем протонов и электронов. Важнейшей составной Вселенной после лептонной эры становятся фотоны, причем не только по количеству, но и по энергии. Для того чтобы можно было сравнивать роль частиц и фотонов во Вселенной, была введена величина плотности энергии. Это количество энергии в 1 см3, точнее, среднее количество (исходя из предпосылки, что вещество во Вселенной распределено равномерно). Если сложить вместе энергию hν всех фотонов, присутствующих в 1 см3, то мы получим плотность энергии излучения Er. Сумма энергии покоя всех частиц в 1 см3 является средней энергией вещества Em во Вселенной. Вследствие расширения Вселенной понижалась плотность энергии фотонов и частиц. С увеличением расстояния во Вселенной в два раза, объём увеличился в восемь раз. Иными словами, плотность частиц и фотонов понизилась в восемь раз. Но фотоны в процессе расширения ведут себя иначе, чем частицы. В то время как энергия покоя во время расширения Вселенной не меняется, энергия фотонов при расширении уменьшается. Фотоны понижают свою частоту колебания, словно «устают» со временем. Вследствие этого плотность энергии фотонов (Er) падает быстрее, чем плотность энергии частиц (Em). Преобладание во Вселенной фотонной составной над составной частиц (имеется в виду плотность энергии) на протяжении эры излучения уменьшалось до тех пор, пока не исчезло полностью. К этому моменту обе составные пришли в равновесие, то есть (Er=Em). Кончается эра излучения и вместе с этим период «Большого взрыва». Так выглядела Вселенная в возрасте примерно 300 000 лет. Расстояния в тот период были в тысячу раз короче, чем в настоящее время.

Звездная эра. После "Большого Взрыва” наступила продолжительная эра вещества, эпоха преобладания частиц. Мы называем её звездной эрой. Она продолжается со времени завершения "Большого Взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. По сравнению с периодом "Большого Взрыва” её развитие представляется как будто слишком замедленным. Это происходит по причине низкой плотности и температуры. Таким образом, эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Остались горящие искры, пепел и дым. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом.С возникновением атомов водорода начинается звездная эра - эра частиц, точнее говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную эру в форме водородного газа с огромным количеством световых и ультрафиолетовых фотонов. Водородный газ расширялся в различных частях Вселенной с разной скоростью. Неодинаковой была также и его плотность. Он образовывал огромные сгустки, во много миллионов световых лет. Масса таких космических водородных сгустков была в сотни тысяч, а то и в миллионы раз больше, чем масса нашей теперешней Галактики. Расширение газа внутри сгустков шло медленнее, чем расширение разреженного водорода между самими сгущениями. Позднее из отдельных участков с помощью собственного притяжения образовались сверхгалактики и скопления галактик. Итак, крупнейшие структурные единицы Вселенной - сверхгалактики - являются результатом неравномерного распределения водорода, которое происходило на ранних этапах истории Вселенной. Колоссальные водородные сгущения - зародыши сверхгалактик и скоплений галактик - медленно вращались. Внутри их образовывались вихри, похожие на водовороты. Их диаметр достигал примерно ста тысяч световых лет. Мы называем эти системы протогалактиками, т.е. зародышами галактик. Несмотря на свои невероятные размеры, вихри протогалактик были всего лишь ничтожной частью сверхгалактик и по размеру не превышали одну тысячную сверхгалактики. Сила гравитации образовывала из этих вихрей системы звезд, которые мы называем галактиками. Некоторые из галактик до сих пор напоминают нам гигантское завихрение. Астрономические исследования показывают, что скорость вращения завихрения предопределила форму галактики, родившейся из этого вихря. Выражаясь научным языком, скорость осевого вращения определяет тип будущей галактики. Из медленно вращающихся вихрей возникли эллиптические галактики, в то время как из быстро вращающихся родились сплющенные спиральные галактики. Плотность распределения звезд в пространстве растет с приближением к экваториальной плоскости спиральных галактик. Эта плоскость является плоскостью симметрии системы, и большинство звезд при своем вращении вокруг центра галактики остается вблизи нее; периоды обращения составляют 107 - 109 лет. При этом внутренние части вращаются как твердое тело, а на периферии угловая и линейная скорости обращения убывают с удалением от центра. Однако в некоторых случаях находящееся внутри ядра еще меньшее ядрышко («керн») вращается быстрее всего. Аналогично вращаются и неправильные галактики, являющиеся также плоскими звездными системами

Глава III. Теория взрыва и религия.

В последнее столетие стало популярным объяснять «свет» первого дня Творения с позиций физики. Говорят, что такой грандиозной и первоначальной вспышкой, явившей свет, был некий Взрыв, положивший начало возникновению Вселенной. Можно ли отождествить библейский свет со светом современной концепции Большого Взрыва, судить сложно. Однако скажем несколько слов о научной стороне вопроса о происхождении мира.В IV веке великий святитель Иоанн, прозванный Златоустым, преодолевая бессилие ума, коснувшегося тайны, пытается на языке науки своего времени описать процесс формирования небесных светил путем сжатия первоначального вещества – света. «Из чего сотворено солнце? Из того света, который был создан в первый день. Творец изменил свет так, как Его Всемогуществу и Благости было угодно, и превратил его в разные небесные светила. В первый день он создает вещество света, а теперь солнце, луну, звезды и остальные небесные тела».

Мы можем согласиться с премудрым Златоустом, лишь оговоримся: под этим светом можно понимать первовещество, приведенное Богом в стадию его оформления. Первоначальный толчок – Большой Взрыв, это грандиозное космическое событие, вызванное Богом простыми словами: «да будет свет»; еще более лаконичная констатация Священного писателя: «И стал свет» – все это привело действительно к возникновению всех элементов Вселенной. Еще гремит эхо страшного Взрыва, Вселенная представляет из себя огненный смерч, а Священный бытописатель заключает: «И был вечер, и было утро: день один».

Перед тем, как перейти ко второму дню Творения, скажем, что это такое вообще за понятие – день. Мир, согласно Библейскому рассказу, творится в несколько дней: «И был вечер, и было утро: день один, второй, третий и т.д.». Однако, безусловно, следует помнить, что, когда Библия говорит о дне, она не считает, что это земной день, двадцатичетырехчасовой отрезок времени.

Еврейское слово йом, переведенное у нас как день, означает вообще какой-либо промежуток времени – период.

Например, во второй главе мы читаем: «Вот происхождение неба и земли, при сотворении их, в то время, когда Господь Бог создал землю и небо» (Быт. 2:4). Здесь, в этой фразе, в оригинале используется слово йом, так что можно было бы перевести так: «в тот день, когда Господь Бог…»

Дни Творения – это периоды, огромные эпохи в истории мироздания.