Предисловие. Обращение к читателю
Мы живем в немыслимо огромном, фантастически сложном и невероятно красиво организованном мире!
Наш мир возник 13,7 млрд лет назад из сгустка находящейся в одной точке энергии, масса которой, рассчитанная по формуле Эйнштейна E = mc>2, была равна массе всей существующей ныне Вселенной. Никто не знает почему, но мир вдруг стал расширяться из этой точки с огромной скоростью, многократно превышающей скорость света (в науке это явление называют инфляцией). Сейчас это расширение объясняют всепроникающей темной энергией, которая заставляет пространство постоянно и ускоренно расширяться. Мы не знаем, что это такое, но ускоренное расширение Вселенной, начавшееся с момента ее возникновения, продолжается по сей день и достоверно измерено.
Благодаря инфляции за одну секунду мир расширился практически из точки до размеров Солнечной системы. За эту секунду произошли почти все главные события, определившие нашу с вами судьбу.
Во-первых, возникли все четыре взаимодействия (силы), управляющие материей в нашей Вселенной: сильное взаимодействие, притягивающее кварки, протоны и другие частицы внутри атомного ядра, слабое взаимодействие, обеспечивающее радиоактивный распад ядер, электромагнитное взаимодействие, являющееся основой химических и, следовательно, биологических взаимодействий, и, наконец, самое известное и таинственное гравитационное взаимодействие, заставляющее материальные объекты притягиваться друг к другу. Других взаимодействий в нашем мире нет!
Во-вторых, из энергии по мере ее остывания при расширении Вселенной сформировались основные материальные частицы: кварки, из которых состоят протоны и нейтроны, сами протоны и нейтроны, электроны, нейтрино и т. д. Как мы знаем из приведенной выше формулы Эйнштейна, масса может превращаться в энергию, как при взрыве атомной бомбы, и, наоборот, энергия – в массу, что и произошло при образовании частиц.
В-третьих, образовывались как хорошо нам знакомые, повсюду окружающие нас элементарные частицы, так и античастицы. Они состоят из антивещества. Если частица столкнется с античастицей, вся их масса мгновенно превратится в энергию (аннигиляция). Неизвестно почему, но, к великому счастью, частиц в нашей Вселенной оказалось чуть больше, чем античастиц. Поэтому после аннигиляции это чуть-чуть осталось и стало всей сущей в нашем мире материей.
В-четвертых, наряду с обычными частицами, сформировались частицы темной материи. Они присутствуют сейчас повсюду, но мы не можем их обнаружить, поскольку из всех сил они подвержены только гравитационному взаимодействию. Например, свет, являясь, как известно, электромагнитным излучением, не может отразиться от них. Темная материя впоследствии создала каркасы галактик и фактически сформировала нашу Вселенную, задала ее структуру.
Возникший за первую секунду мир оказался невероятно гармоничным и как будто специально устроенным для дальнейшего плодотворного развития. Инфляция сделала Вселенную однородной. Мировые константы, определяющие все четыре взаимодействия, массы и заряды элементарных частиц, известные числа e, π и другие приобрели точно такие значения, которые необходимы для дальнейшего формирования устойчивых химических элементов, молекул и самой жизни. Если представить, что одна или несколько из примерно 30 мировых констант оказались бы на долю процента не такими, какие они есть, нас с вами и, вероятнее всего, ничего другого в нашем мире не возникло бы. При этом вероятность такого сочетания мировых констант совершенно ничтожна[1].
Не менее удивительно то, что все сложнейшие взаимодействия и саморазвитие Вселенной подчиняются красивым и элегантным математическим законам, одинаково справедливым для самых удаленных от нас во времени и пространстве мест. Математические константы e, отражающая однородность пространства и времени, и π – его изотропность, золотое сечение и числа Фибоначчи, ответственные за фракталы[2], придают нашему миру невероятную красоту и абсолютное совершенство.
Если первая секунда бытия нашего мира была буквально напичкана таинственными и чудесными явлениями и совпадениями, то дальнейшее развитие шло уже гораздо более плавно, по уже сформировавшимся физическим законам. Необъяснимые совпадения и явления становятся всё более редкими.
За следующие 300 тысяч лет из протонов, нейтронов и электронов образовались первые устойчивые ядра водорода и гелия. Вещество постепенно начинает преобладать над излучением в общей энергии Вселенной, которая становится прозрачной для электромагнитного излучения и, следовательно, для фотонов (реликтовое излучение).
Еще 500–600 млн лет наш мир провел в темноте. Водородные облака блуждали по быстро расширяющейся Вселенной, пока некоторые из них под воздействием тяготения не собрались в плотные образования, которые сжимались до тех пор, пока температура в них не повысилась примерно до 10 миллионов градусов и не началась реакция синтеза гелия из водорода. Именно эта реакция идет в водородных бомбах и звездах. Так зажглись звезды первого поколения, и Вселенная осветилась их светом.
Звезды первого поколения были огромны, они превосходили массу нашего Солнца во много тысяч раз. Жили они, по звездным меркам, недолго: от нескольких сотен миллионов до миллиарда лет. В них быстро выгорает водород, который превращается в гелий. Потом синтезируются всё более тяжёлые элементы: углерод, кислород, кремний и железо. Каждая такая реакция идет с выделением энергии в виде излучения, которое уравновешивает гравитацию. Но образование элементов тяжелее железа само требует затрат энергии. Эти реакции уже не идут самопроизвольно, без подведения внешней энергии. Излучение постепенно уменьшается, и тяготение берет верх. Происходят стремительное сжатие звезды, выделение огромной энергии и страшной силы взрыв, по энергии сравнимый только с Большим взрывом, в результате которого возникла Вселенная. В адском пламени таких взрывов родились все элементы тяжелее железа: цинк, свинец, золото, уран. Без многих из них не было бы не только нас, но и самой жизни.
Из остатков звезд первого поколения и сгустков космической пыли рождались звезды второго поколения. В них уже содержались металлы, но их было относительно мало. Наиболее крупные из них вновь взрывались (сверхновые). Из их остатков формировались нейтронные звезды и черные дыры – сгустки сверхплотной материи и энергии, такие массивные и плотные, что даже свет не может вырваться из их крепких объятий. Темная материя и черные дыры стали важнейшими элементами формирования звездных галактик и скоплений галактик.
Из остатков звезд второго поколения образовались
