(из книги Парадокс. Девять великих загадок физики. Профессор Джим Аль-Халили)
Осознание того, что Вселенная расширяется, достаточно для того, чтобы решить парадокс Ольберса. Но давайте сделаем еще один шаг вперед и докажем, что она расширяется, потому что в прошлом произошел Большой взрыв. Помимо неопровержимых доказательств, связанных с расширением пространства, теория Большого взрыва в наши дни подтверждается еще двумя ключевыми фактами. Первый касается относительной доли различных химических элементов во Вселенной (называется распространенностью элементов). Факт состоит в том, что большая часть существующих атомов – это водород и гелий, два самых легких элемента, а все остальные (кислород, железо, азот, углерод, и т.д.) вместе взятые, составляют лишь крошечную долю материи. Единственное удобоваримое объяснение этому заключается в том, что Вселенная изначально была очень горячей и плотной, а затем стремительно остыла по мере расширения.
В момент Большого взрыва, задолго до того, как смогли сформироваться звезды и галактики, всё вещество во Вселенной было сжато вместе и не было никакого пустого пространства. Практически мгновенно (значительно меньше чем за секунды) после Большого взрыва начали формироваться субатомные частицы: поскольку Вселенная расширялась и остывала, эти частицы смогли соединиться вместе, образуя атомы. При этом температура и давление должны были быть в точности подходящими для формирования атомов. Если бы температура была слишком высокой, атомы не могли бы уцелеть (их разнесло бы вдребезги в лихорадочном водовороте высокоскоростных частиц и излучения). Когда Вселенная еще немного расширилась, температура и давление упали до слишком низких значений, чтобы атомы водорода и гелия могли соединиться и сформировать другие (более тяжелые) элементы. Именно поэтому в ранней Вселенной образовались в основном водород и гелий (этот процесс протекал в течение нескольких первых минут после Большого взрыва). Практически все остальные элементы еще формировались в недрах звезд, где вновь образовались условия сверхвысоких температур и давления и где в процессе термоядерного синтеза более легкие атомы слились, образовав более тяжелые.
Итак, теория Большого взрыва – единственная теория, дающая верное соотношение водорода и гелия во Вселенной, наблюдаемое астрономами сегодня.
Еще одно доказательство в поддержку Большого взрыва (как и расширение Вселенной) было теоретически предсказано еще до того, как его подтвердили экспериментально. Нам известно, что большинство фотонов, летящих через космос, не имеют отношения к звездному свету. Вселенную наполняет дневной свет, появившийся еще до того, как образовались звезды и галактики. Менее чем через миллион лет после Большого взрыва начали формироваться первые атомы. В этот момент пространство стало прозрачным для фотонов, и освободившееся излучение смогло начать свое путешествие на огромные расстояния. Этот свет, зарево того самого первого рассвет Вселенной, с тех пор растянулось, потому что пространство, сквозь которое он летит, расширилось. Ученые рассчитали, что к настоящему времени длина волны этого излучения настолько увеличилась, что оно вышло за пределы видимого диапазона. А самом деле теперь это волны микроволнового диапазона. Именно поэтому излучение называют космическим микроволновым излучением.
Данное излучение, пронизывающее всю Вселенную, можно уловить с помощью радиотелескопов в виде слабого сигнала, идущего из глубокого космоса. Впервые ученые сделали это в 1960-е годы и с тех пор повторяли много раз с нарастающей чувствительностью. Это может показаться невероятным, но мы можем услышать шелест этих слабых волн, улавливаемых радиоприемниками и телевизорами.
Итак, тот факт, что Вселенная имела начало, больше не вызывает сомнений. Три доказательства этому – микроволновое фоновое реликтовое излучение (отблеск Большого взрыва) с длиной волны полностью соответствующей теоретически предсказанной; соотношение различных химических элементов во Вселенной; расширение пространства, наблюдаемое с помощью телескопов. Все эти три фактора свидетельствую, что Вселенная появилась именно таким образом.