Мы не можем ограничить наш поиск экзопланетами, похожими на Землю, поскольку это означало бы, что мы случайно пропустим огромное количество потенциально пригодных для жизни мест. Так что, кто знает, однажды мы сможем найти космических автостопщиков, едущих на бродячей планете к новому дому. Будем надеяться, что они дружелюбны или, если нет, готовы избегать нашего приятного уголка космоса.
Происхождение Вселенной и тайна гравитационных сингулярностей
Начало Вселенной было огромным вопросом в научном сообществе в начале ХХ века, пока бельгийский физик и священник Жорж Леметр не представил наиболее последовательное объяснение начала Вселенной, известного как Большой взрыв. В отличие от названия, Большой взрыв на самом деле не был взрывом. Это было просто расширение пространства. Через одну миллионную триллионных долей секунды так называемый взрыв имел фазу, называемую фазой Планка. Физические теории известной Вселенной не сработали, но мы подойдем к этому позже.
Давайте сначала попробуем понять период после эпохи Планка. Гипотетически на самой ранней стадии Большого взрыва известные фундаментальные силы природы были объединены в одну силу (кроме гравитации). Затем началась инфляционная фаза, когда Вселенная начала экспоненциально расширяться. Почти невозможно понять оценку расширения пространства между 10-36 и 10-32 секундами Большого взрыва. Именно в этот момент сильное взаимодействие отделилось от остальных трех фундаментальных сил, и осталось пространство с высокой плотностью энергии, с электрослабыми взаимодействиями.
Электрослабые взаимодействия означают комбинированную форму электромагнитных и слабых ядерных сил. С расширением температура Вселенной уменьшилась и стала достаточной для образования кварк-глюонной плазмы. Вплоть до первой секунды Большого взрыва во Вселенной происходило образование адронов путем объединения кварков. Примерно в этой фазе частицы и их античастицы аннигилировали, образуя только материю Вселенной.
Подсчитано, что на каждый миллиард и одну частицу материи приходится один миллиард частиц антиматерии, и из этой дополнительной частицы возникла вся материя Вселенной, которую мы видим сегодня. В космологии она называется барионной асимметрией или процессом бариогенеза и до сих пор является одной из важнейших нерешенных проблем физики.
Возможно, у нас есть другая Вселенная, полностью состоящая из частиц антиматерии.
Законы физики продолжают требовать в нескольких случаях теории множественных вселенных. Возвращаясь к Большому взрыву, эра нуклеосинтеза началась, когда протоны и нейтроны соединились вместе, образуя первые ядра атома, а именно водорода, гелия-4 и т. д. Вселенная была непрозрачна, поскольку температура была слишком высока, чтобы электроны могли связываться с ядрами, и нет свободных фотонов.
Фотоны во время этой фазы ранней Вселенной находились в тепловом равновесии с частицами материи. Вселенная еще больше расширилась и остыла. Когда Вселенной было около трехсот восьмидесяти тысяч лет, наступила эра рекомбинации, когда условия были достаточно подходящими, чтобы электроны соединились с ядрами и образовали нейтральные атомы. Именно во время этой фазы испускалось космическое микроволновое фоновое излучение. Реликтовое излучение является одним из самых убедительных доказательств теории большого взрыва о происхождении Вселенной.
За открытием космического микроволнового фонового излучения стоит чрезвычайно увлекательная история. Это было случайное открытие и одно из самых глубоких в истории астрофизики и космологии. В 1964 году Роберт Уилсон и Арно Пензиас подумали, что неожиданные звуки в их приемнике были результатом голубиного помета, и дуэт ученых часами чистил голубиный помет. К счастью, шумы продолжались, и после совместного анализа астрофизиков из Принстона, включая Боба Дике, Джима Пиблза, Дэвида Уилкинсона и дуэта Пензиаса и Уилсона, открытие реликтового излучения было подтверждено.