Этим постом начинаю публиковать 4-ю главу "Вселенная, звезды, галактики" книжки "Эскизы устройства мира" . Конкретно в этом псто описаны рождение идеи "Большого взрыва", эпоха первичного нуклеосинтеза и плазменная эпоха. §15. Большой взрыв, реликтовое излучение и возраст Вселенной. Созданная Эйнштейном общая теория относительности (ОТО, 1916) в первые же годы получила однозначные наблюдательные подтверждения, предсказав наблюдаемые величины отклонения луча света в гравитационном поле массивного объекта (Солнца) и аномального смещения перигелия Меркурия. Естественно было бы ожидать, что ОТО успешно опишет и саму Вселенную, которую в те времена общественное мнение считало стационарной. То есть, не расширяющейся и не сжимающейся. Попытка Эйнштейна описать стационарное состояние Вселенной на базе уравнений ОТО окончилась неудачей. Эйнштейн нашел выход введя в теорию свободный (задаваемый руками) параметр. Названный Λ- членом. С учетом этого члена стационарное состояние Вселенной было описано. Однако, уже в 1922 году российский математик Фридман показал, что уравнения ОТО без Λ- члена дают решения как расширяющейся, так и сжимающейся Вселенной. В зависимости от величины средней плотности заполняющей ее материи. Несколько лет этот результат находился в тени, пока Хаббл в 1929 году не сообщил миру, что наблюдения показывают наличие красного смешения в спектрах удаленных галактик. Что в соответствии с эффектом Допплера следует трактовать как расширение Вселенной. Однородное в том смысле, что скорость удаления галактик от нас пропорциональна расстоянию до этих галактик. Поэтому возник естественный вопрос о построении истории Вселенной. От одного историка слышал такую приговорку: "История мидян темна и непонятна. Тем не менее, ученые делят ее на три периода" . Примерно то же самое можно сказать и про историю Вселенной. Особенно про период от момента ее рождения до момента появления в ней привычных нашему сознанию элементарных частиц. Рассуждения о прошлом Вселенной обычно начинаются с планковских параметров – объемной плотности вещества ρ ~ 10 93 г/ см 3 и температуры Т ~ 10 32 К o . Столь чудовищно большие параметры никто и никогда не наблюдал и вряд ли когда сможет увидеть. Поскольку максимальная плотность вещества, известная физикам и астрономам, есть плотность ядерной материи ρ яд ≈ 3 × 10 14 г/см 3 . И, к тому же, все известные физике элементарные частицы являются фермионами. Упаковать же любые фермионы до планковской плотности принцип Паули вряд ли позволит. Но тогда что имеют ввиду, говоря о Большом взрыве? Этот термин появился, скорее всего, с целью популяризации получившей однозначные наблюдательные подтверждения модели Горячей Вселенной, идея которой была высказана Гамовым еще в 1947 году. Поэтому начнем с изложения уже понятой истории Горячей Вселенной. А предшествующий ей период, описанный в математических моделях, основанных не столько на физической, сколько на математической интуиции, но не подтвержденных ни в экспериментах, ни в наблюдениях, в том числе – модели Космической инфляции , обсуждать не будем. Тем более, что этот период по мнению описывающих его авторов длился по совокупности от силы несколько секунд от момента рождения Вселенной. 15. 1. Эпоха первичного нуклеосинтеза. В рамках упомянутой выше модели Вселенная продолжила расширяться из состояния очень горячей плазмы, состоящей в основном из протонов, электронов и фотонов. В такой Вселенной шли термоядерные реакции (нуклеосинтез), в которых из протонов и образующихся в ходе реакции нейтронов образовывались ядра гелия и в микроскопической доле ядра лития. На создание ядер гелия в ходе этой эпохи было израсходовано немногим более десятой части протонов. В существующих моделях эта эпоха могла начаться через несколько секунд после рождения Вселенной и длиться не более десятка минут. 15. 2. Плазменная эпоха. Нуклеосинтез прекратился из-за обусловленного расширением Вселенной падения температуры плазмы. Другими словами, температура во Вселенной упала до меньшей, чем в недрах звезд, величины. Дальнейшее расширение Вселенной сопровождалось соответствующими падениями плотности и температуры плазмы. Падала и энергия фотонов, непрерывно взаимодействующих с заряженными частицами плазмы. И в какой-то момент температура плазмы и энергия фотонов упали настолько, что наступила возможность рекомбинации (объединения протонов и ядер гелия с электронами в электрически нейтральные атомы). К этому моменту энергия подавляющего большинства фотонов стала недостаточной для ионизации возникающих атомов водорода, гелия и лития. Что произошло при температуре Вселенной Т ~ 3000 ° К. В итоге плазма Вселенной превратилась в электрически нейтральный газ. И фотоны, потерявшие возможность рассеиваться на заряженных частицах плазмы, обособились. Об этом явлении говорят как об отрыве излучения от вещества. Произошло это примерно через 380 тысяч лет с момента рождения Вселенной. А оторвавшееся от вещества излучение по мере расширения Вселенной продолжало остывать и в настоящее время наблюдается как реликтовое излучение с температурой Т ≈ 2,7 ° К (в нем преобладают фотоны с длиной волны около 2 мм).