4. Этапы космической эволюции
Мы оставили Вселенную в момент времени t = 3.10(-34) (степень)) с при Т = 10(27) К. Температура Т = 10(27) К называется температурой Великого объединения. При этой температуре стирается различие между тремя видами взаимодействий - электромагнитным, слабым и сильным, и во Вселенной действует одна сила, объединяющая эти три взаимодействия. При Т > 10(27) К адроны распадаются на кварки. Вселенная состоит из кварков, лептонов и фотонов. Все частицы находятся в равновесии: кварки свободно переходят в лептоны и наоборот, частицы переходят в античастицы.
По мере расширения Вселенной температура ее падает. При t = 3.10(-34) с температура падает ниже 10(27) К. Теперь уже кварки не могут превращаться в лептоны, взаимодействие Великого объединения разделяется на сильное и электрослабое. И здесь же происходит еще один важный процесс: нарушается равновесие между кварками и антикварками, возникает избыточный барионный заряд - число барионов на одну миллиардную часть превосходит число антибарионов. На миллиард антибарионов всего один лишний барион! Но именно благодаря этой ничтожной ассиметрии существуем мы с вами и весь окружающий нас Мир. Основная масса Вселенной в этот период сосредоточена в адронах. Поэтому этот период получил название адронная эра. Она длилась до момента t = 10-4с.
При t > 10(-4) с температура падает ниже 3.10(12) К, при этом, во-первых, кварки объединяются в ядерные частицы - образуются протоны и нейтроны, а во-вторых, происходит аннигиляция барионов и антибарионов (нуклонов и антинуклонов), при этом остаются только те избыточные нуклоны, для которых не хватило античастиц. Из них-то впоследствии и образовалось всё вещество Вселенной. Если до аннигиляции основная масса Вселенной была сосредоточена в адронах, то после аннигиляции она сосредоточивается в лептонах. Соответствующий период в развитии Вселенной получил название лептонная эра. Длилась она до момента, когда от начала расширения прошло 100 секунд. При t > 10 с, когда температура упала до 3 миллиардов градусов, произошла аннигиляция электронов и позитронов, которые превратились в кванты электромагнитного излучения. При t = 100 с основная масса Вселенной сосредоточилась в фотонах - и настала эра излучения. Она длилась долго, около 300 000 лет. В самом начале эры излучения, приблизительно через 5 минут после начала расширения Вселенной, когда температура упала ниже 109 К, начались ядерные реакции, образовалось первичное вещество Вселенной, на 75% оно состояло из водорода и на 25% из гелия. Вещество находилось в ионизованном состоянии и в равновесии с излучением. При t > 200 000 лет, когда температура упала ниже 4000 К, произошла рекомбинация - образовалось нейтральное вещество (водород и гелий). Вселенная продолжала расширяться, плотность вещества и излучения падала, но плотность излучения падала быстрее. Через 100 000 лет после рекомбинации плотность вещества превысила плотность излучения. Началась эра вещества, которая длится до настоящего времени.
Может возникнуть вопрос: если при рекомбинации образовались только водород и гелий, то откуда же взялись все остальные химические элементы? Все остальные химические элементы (кроме водорода и гелия) образовались позднее, в результате ядерных реакций в звездах.
Итак, мы живем в эру вещества. Сколько же времени прошло с начала расширения Вселенной, иными словами, каков современный возраст Вселенной? Точно мы этого не знаем, но приблизительно указать можно: от 10 до 20 млрд. лет. Обычно принимается около 15 млрд. лет. А каков возраст самых старых цивилизаций во Вселенной? Наблюдения показывают, что уже через миллиард лет после начала расширения во Вселенной существовало твердое вещество из тяжелых химических элементов. Следовательно, в это время мог начаться процесс формирования планет и возникновения на них каких-то разумных видов. Как долго он длился? Возраст Земли 4,6 млрд. лет, округлим его до 5 млрд. лет. Значит, на Земле на образование цивилизаций ушло 5 млрд. лет. Если темп развития жизни и разума во Вселенной в среднем примерно такой же, как на Земле, то значит, первые цивилизации во Вселенной могли появиться через (1 + 5 = 6) миллиардов лет после начала расширения Вселенной, или 9 миллиардов лет тому назад. Н.С. Кардашев принимает более скромную оценку возраста Вселенной - 13 млрд. лет и получает, что первые цивилизации могли появиться во Вселенной 7 млрд. лет тому назад. Можно представить, какого развития достигли они за это время! [5, с. 87]