По истечении 10 секунд после Большого взрыва температура вещества уменьшилась до нескольких миллиардов градусов. Поэтому изменилось соотношение между количеством частиц с разной массой. При более высокой температуре, то есть до этого момента времени, электроны и позитроны рождались при столкновениях энергичных частиц. Сейчас же это стало невозможным из-за нехватки энергии взаимодействующих частиц. Поэтому электронов и позитронов становится меньше — они аннигилируют и рождают фотоны. А новые электроны и позитроны не возникают. Поэтому момент в 10 секунд (как и момент в 0,3 секунды) является критическим.
Ученые считают, что свойства Вселенной, в частности ее химический состав, определяются теми событиями, которые происходили в первые пять минут после Большого взрыва. В эти минуты происходили определяющие дальнейшую эволюцию Вселенной процессы ядерных превращений.
Если температура выше 10 миллиардов градусов, то частицы вещества не могут быть нейтральными (атомами или молекулами). В этих условиях даже сложные атомные ядра не могут существовать. Причиной тому большая скорость движения частиц (чем выше температура, тем с большей скоростью частицы движутся). При большой плотности частиц и большой скорости их движения происходят непрерывные их столкновения друг с другом, в результате которых они разрушаются, распадаются на части. По этой причине сложные частицы в этих условиях существовать не могут. Поэтому вещества в таких условиях состоят из самых простых ядер — ядер водорода, т.е. протонов. Имеются также нейтроны. Кроме протонов и нейтронов разлетающееся после Большого взрыва вещество содержало энергичные электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино. Если температура вещества очень высокая (более ста миллиардов градусов), то протоны под действием высокоэнергичных частиц превращаются в нейтроны, а нейтроны, в свою очередь, превращаются в протоны. Поэтому в этих условиях протонов и нейтронов имеется примерно равное количество. Но если температура понижается, этот баланс нарушается, поскольку образование протонов более выгодно энергетически, так как масса протона меньше массы нейтрона. Поскольку при дефиците энергии ее надо расходовать экономнее, то более вероятно образование протонов. Однако уменьшение числа нейтронов относительно числа протонов останавливается тогда, когда прекращается реакция превращения нейтронов в протоны. Это наступает при определенном понижении температуры, которое достигается уже после первых секунд расширения. Далее соотношение между количеством нейтронов и протонов остается неизменным: нейтроны составляют примерно 15 процентов от количества протонов (а точнее, от всех тяжелых частиц). В это время атомных ядер более сложных, чем ядро водорода — протон, еще нет. Они "были бы рады" образоваться, но их моментально разбивают энергичные частицы. Чем выше температура, тем больше энергия, а значит и возможности этих частиц. Когда же температура уменьшится до одного миллиарда градусов, эти частицы уже не способны помешать образованию атомных ядер. Протоны получают возможность соединяться с нейтронами. Ведь ядра всех химических элементов состоят из протонов и нейтронов. Так образуются ядра дейтерия (один протон и один нейтрон), ядра трития (один протон и два нейтрона), ядра гелия (два протона и два нейтрона). Образуется также некоторое количество ядер более тяжелых элементов (лития и изотопов дейтерия и гелия-3).
В продолжение пяти минут после Большого взрыва ядра более тяжелых элементов не образуются. В принципе возможно образование сложных ядер с атомными массами 8 и 5 при столкновении ядер гелия-4 с себе подобным или же с нейтронами и протонами. Но эти ядра являются неустойчивыми. Поэтому ядер более тяжелых элементов, чем литий, в этот период эволюции не образуется.
По истечении пяти минут синтез элементов прекращается, поскольку температура падает ниже миллиарда градусов. При этом энергии частиц уже недостаточно для того, чтобы вызвать такой синтез. Элементы тяжелее лития образуются уже в звездах. Таким образом, с прекращением ядерных реакций соотношение между числом нейтронов и протонов остается постоянным (15 процентов нейтронов и 95 процентов протонов). Но в ядрах гелия на каждый нейтрон приходится один протон. Поэтому ядер гелия имеется 30 процентов, а ядер водорода (то есть протонов) 70 процентов. Такое соотношение установилось к концу пятиминутного периода после Большого взрыва. Даже в наше время гелия во Вселенной действительно имеется примерно 30 процентов. "Примерно" потому, что небольшое его количество образуется в звездах. Водорода в наше время уже не 70 процентов, поскольку произошел синтез в звездах (значительно позже).
Мы говорили о том, что фотоны (свет) находились в плену у вещества (частиц) некоторое время после Большого взрыва. Так вот, этот плен света продолжался примерно 300 тысяч лет. Далее события развивались следующим образом. Когда температура вещества понижается до четырех тысяч градусов, наступает очередной скачок в характере процессов: начинают образовываться нейтральные атомы. Значит, плазма перестает быть полностью ионизованной, число нейтральных атомов увеличивается. Они образуются в результате обрастания имеющихся в плазме ядер водорода и гелия электронами. Так появляются в расширяющемся веществе водород и гелий. По мере того, как плазма стала превращаться в нейтральный газ, она становилась прозрачной для фотонов. Стало возможным отделение света от плазмы. Это был тот момент, который толкователи Библии связывают со словами: "И отделил Бог свет от тьмы" (Быт. 1,4).
Таким образом, спустя триста тысяч лет после Большого взрыва фотоны вырвались из столь длительного плена и устремились в самые удаленные уголки Вселенной. Эти качественные изменения имели далеко идущие последствия. Главное из них, видимо, в том, что однородная до этого момента плазма превращается теперь в нейтральный газ и получает возможность собираться в комки. Только благодаря этому стало возможным образование отдельных небесных тел (звезд, планет и т.д.). Почему это не могло происходить в плазме? Потому, что образованный комок плазмы запирал внутри себя и фотоны, которые оказывали изнутри огромное давление и разбивали комок. Значит, комок не мог расти дальше, он разрушался. Поэтому плазма и оставалась однородной, а точнее, поддерживалась давлением фотонов. Но, когда фотоны, как пар из лопнувшего шара, были выпущены из плена, ничто больше не препятствовало нейтральному веществу собираться в комки.
Если вещество равномерно распределено в пределах шара, то под действием сил притяжения все вещество с течением времени соберется в центре шара. Если это вещество равномерно распределено в бесконечном пространстве, то под действием сил притяжения основная часть вещества соберется в комки. Этот процесс называется гравитационной неустойчивостью.
Если бы это произошло с самого начала после Большого взрыва, когда расширяющееся вещество имело огромную плотность, то и образовавшиеся при этом комки имели бы очень большую плотность. Но такой большой плотности вещества нигде во Вселенной не наблюдается. Поэтому можно заключить, что собирание вещества в комки происходило позднее, как это описано выше.
Эволюция Вселенной была направленной, а не случайной. В этом в настоящее время мало кто сомневается. Но столь же направленным и отнюдь не случайным было возникновение и развитие жизни во Вселенной. Прежде чем остановиться на этом принципиальном вопросе, очень кратко изложим, как современная наука понимает возникновение и развитие жизни.
Хронология этого процесса выглядит так.
Не вызывает сомнения, что жизнь, а конкретнее, возникновение и организация живого вещества, должна быть связана с теми кирпичиками, из которых она строится, то есть со свойствами атомов. Среди них главное место занимает углерод. Углерод появился во Вселенной только на определенном этапе ее развития. Рождение углерода происходило в ядерных реакциях, когда из простых ядер в результате синтеза образовывались более сложные. Так образовались водород, углерод, азот, кислород. Когда же соотношение между количеством каждого из этих химических элементов достигло определенной величины, создались благоприятные физико-химические условия для образования сложных органических соединений, из которых впоследствии и возникло живое вещество, жизнь. Органические соединения возникли при охлаждении первичной газовой туманности. Если речь идет о нашей планетной системе, то имеется в виду газовая туманность, которая гипотетически связана с ранним Солнцем. При этом органические соединения должны были появиться на последних стадиях остывания. Это подтверждается фактическим материалом: в образовавшихся впоследствии космических породах — метеоритах и углистых хондритах обнаруживаются органические соединения.
