Всего шесть чисел. Главные силы, формирующие Вселенную

Идея Сахарова явно требует некоторого отклонения от идеальной симметрии между веществом и антивеществом. Доказательство такого явления нашли в 1964 г. два американских физика – Джеймс Кронин и Вал Фитч, что стало удивительным событием в то время. Они изучали распад нестабильных частиц, которые называются К-мезонами. Ученые обнаружили, что эта частица и ее античастица не являются идеальными зеркальными отражениями друг друга, но распадаются с небольшим расхождением в скорости. (Это означает, что, если мы случайно установим контакт с инопланетными физиками, которые смогут рассказать нам об экспериментах, проведенных в другой галактике, мы сможем сказать, состоят ли они из материи или антиматерии, – было бы очень осмотрительно это уточнить, прежде чем планировать встречу!) Распад К-мезонов затрагивает только так называемое «слабое взаимодействие» (которое управляет радиоактивностью и нейтрино), а не сильное ядерное взаимодействие. Тем не менее в объединенной теории взаимодействий этот тип асимметрии поставил одну силу над другой, подведя основу под идею Сахарова.

Предположим, что для каждой из 10⁹ пар «кварк – антикварк» такая асимметрия добавляет один лишний кварк. Во время охлаждения Вселенной антикварки будут аннигилировать с кварками, испуская кванты излучения. Теперь оно, остыв до очень низких температур, объясняет 2,7-градусное фоновое излучение, заполняющее межгалактическое пространство. Но на каждый миллиард кварков, которые аннигилировали с антикварками, один остался, потому что не нашел себе пары для аннигиляции. Во Вселенной в самом деле более чем в 1 млрд раз больше квантов излучения (фотонов), чем протонов (на 1 м³ приходится 412 млн фотонов и 0,2 протона), и все существующие во Вселенной атомы могли остаться в результате крошечного перевеса вещества над антивеществом. Возможно, мы и вся видимая Вселенная вокруг нас существуем только благодаря разнице в девятом знаке между количеством кварков и антикварков.

Наша Вселенная содержит атомы, а не антиатомы, из-за крошечного «преимущества», которое существовало на очень ранней стадии ее развития. Это, конечно, подразумевает, что протоны (или составляющие их кварки) могут иногда появляться или исчезать без того, чтобы то же самое происходило с антипротонами. Здесь все происходит не так, как в результирующем электрическом заряде: там соотношение сохраняется точно, поэтому если Вселенная вдруг начнет разряжаться, то всегда будет сохраняться равенство положительных и отрицательных зарядов.

Атомы не существуют вечно, хотя скорость их распада является чрезвычайно низкой: наиболее точные расчеты говорят о том, что время жизни атома составляет примерно 10³⁵ лет. Это означает, что в резервуаре, наполненном 1000 т воды, в среднем будет распадаться один атом в год. Эксперименты, проводимые в таких же огромных подземных резервуарах, как те, которые проводятся для обнаружения нейтрино, не дают такой чувствительности, но из них мы уже точно узнали, что срок жизни атома по крайней мере превосходит 10³³ лет.

В отдаленном будущем все звезды превратятся в холодные белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры. Но и сами белые карлики и нейтронные звезды разрушатся, когда распадутся атомы, из которых они состоят. Если это разрушение займет 10³⁵ лет, то тепло, выделившееся при таком длительном распаде, заставит каждую звезду излучать, как бытовой электрический обогреватель. В далеком будущем, когда все звезды истощат свои запасы ядерной энергии, эти слабые излучатели будут единственными источниками тепла, если не считать случайных вспышек, возникающих при столкновении звезд.

НАСТРОЙКА ПЕРВОНАЧАЛЬНОГО РАСШИРЕНИЯ

Число Ω может быть не точно равно единице, однако его значение сейчас составляет как минимум 0,3[26]. На первый взгляд это не указывает на «точную настройку» Вселенной. Однако, предположительно, в ранние эпохи существования Вселенной число Ω в самом деле было близко к 1. Этот разброс значений происходит потому, что, несмотря на то, что энергия расширения и гравитационная энергия пребывают в равновесии, расхождение между этими двумя энергиями растет: если бы в первоначальной Вселенной число Ω было чуть меньше единицы, то в конце концов кинетическая энергия стала бы доминирующей (и тогда число Ω действительно сильно уменьшится). С другой стороны, если число Ω значительно превышало единицу, то тяготение вскоре возьмет верх и повернет расширение в обратную сторону.

Пределы «траекторий» для нашей Вселенной, согласующиеся с данными о темной материи, которые сообщают нам о нынешнем значении числа Ω, показаны на рисунке 6.1. Также на рисунке изображены возможные вселенные, в которых жизнь – в том виде, в котором мы ее знаем, – не могла развиться. Рисунок демонстрирует главную загадку: почему наша Вселенная после 10 млрд лет все еще расширяется, притом что значение Ω не слишком отличается от единицы?