4.1.11 Народження Всесвіту

За теорією Великого Вибуху, від появи проторечовини до утворення ядер водню й гелію пройшло не набагато більше трьох секунд. На цьому часовому проміжку стрімко перетворювалися вакуум і речовина, а етапи перетворення визначалися процесами розширення й остигання згустка.

За температури К, якщо тільки ця теорія справедлива, лептони й кварки в згустку вільно перетворювалися один на один, тобто їх неможливо було розрізнити.

У середовищі існував єдиний вид взаємодії і роль її частинки — посередника — виконував скалярний бозон, що дістав назву Х-бозона. Це була надзвичайно масивна частинка близько кг, що в разів більше від маси протона. Ці частинки зникли після зниження температури в ранньому Всесвіті, їх залишків поки не знайдено, й очікувати, що вони будуть виявлені, не доводиться, тому що подібних температур у сучасному Всесвіті не існує.

Через секунди після "початку" кварки й лептони розділилися, а сильна взаємодія відокремилася від електрослабкої. Єдиний АГ-бозои розпався на глюони й безмасовий бозон — переносник електрослабкої взаємодії. На момент припинення переходів кварків у лептони кількість кварків дещо перевищила кількість антикпарків.

Наступна критична точка — с, коли температура знизилася до К. Після цього безмасовий електрослабкий бозон розділився на безмасовий фотон і три важких векторних бозони. Електрослабка взаємодія розділилася на слабку й електромагнітну. У сучасному Всесвіті існують всі чотири відомі на сьогодні фундаментальні взаємодії.

При зниженні температури до К припиняється вільне існування кварків, вони поєднуться в адрони.

Ранній період розвитку Всесвіту завершується лептонно-фотонною ерою. Утворюються баріони і антибаріони, які анігілюють, залишаючи по собі фотони й вивільнену енергію.

Протягом першої секунди температура знизилася до 10 млрд. градусів. Цього виявилося досить для відділення від газової суміші нейтрино й антинейтрино. До 14-ої секунди температура знизилася до 3 млрд. градусів і при цьому виникли умови для сполучення й анігіляції електронів і позитронів. При цьому електронів було дещо більше, ніж позитронів. їх надлишок і сумарний негативний заряд компенсував сумарний позитивний заряд протонів, які з'явилися раніше. У протони перетворювалися й вільні нейтрони.

Через 3 хвилини після "початку" температура знизилася до мільярда градусів. На цьому завершилося формування раннього Всесвіту.

Відповідно до дуалізму хвильових і корпускулярних властивостей коливання полів повинні породжувати частинки. Тут ми зіштовхуємося ще з одним парадоксом мікросвіту. Квантові ефекти можуть на короткий час призупиняти чинність закону збереження енергії. Протягом цього проміжку часу енергія може бути "взятою в борг" на різні цілі, у тому числі і на народження частинок. Зрозуміло, усі виниклі при цьому частинки мають дуже короткий період існування, тому що витрачена на них енергія повинна бути повернута через незначну частку секунди. Проте частинки можуть фактично виникнути з нічого, проіснувавши мізерний проміжок часу, перш ніж знову зникнути.

Таким чином, "несправжній" вакуум заповнений віртуальними частинками. Він мертвий і безликий, але наповнений енергією.

Сучасні теорії припускають, що енергія вакууму виявляється аж ніяк не однозначно. Вакуум може бути збудженим і перебувати в одному з багатьох станів, які надзвичайно сильно відрізняються рівнями енергії, причому відмінності між найнижчою і найвищою енергіями неймовірно великі.

Очевидно, вакуум відіграє роль базової форми матерії. На найбільш ранній фазі еволюції Всесвіту саме він відіграє визначальну роль. Екстремальні умови "початку", коли навіть простір-час були деформованими, припускають, що і вакуум перебував в особливому стані, який називають "несправжнім" вакуумом. Він мав енергію гранично високої щільності, якій відповідала гранично висока густина речовини. У цьому стані в речовині можуть виникати найсильніші напруги й негативний тиск, рівносильний гравітаційному відштовхуванню такої величини, що й могло спричинити невтримне й стрімке розширення Всесвіту — Великий Вибух.

З початком стрімкого розширення Всесвіту виникають час і простір. Період "роздування" займає проміжок часу всього до с після "початку". Називається він інфляційним періодом.

До кінця фази інфляції Всесвіт був холодним і порожнім Але по закінченні цієї фази він став надзвичайно гарячим. Цей сплеск теплоти зумовлений величезними запасами енергії, що містилася в "несправжньому" вакуумі. Коли цей стан вичерпав себе, його енергія вивільнилася у вигляді випромінювання, яке миттєво нагріло Всесвіт до 1027 К. Припускають, що із цього моменту Всесвіт розвивався відповідно до теорії гарячого Великого Вибуху.