"Млечный Путь, Xxi век", No 3 (40), 2022

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.

Теоретическое предсказание излучения, сделанное Принстонской командой, совпало с данными, полученными учеными из Bell Labs, что привело к научному открытию.

Анализ реликтового излучения сыграл большую роль в определении физических условий в ранней Вселенной, включая состав и возраст. Данные 2013 года, отправленные спутником Planck (запущенным в 2009 году), помогли нам найти больше информации о содержании темного вещества и темной энергии. Большинство фаз ранней Вселенной понятны и могут быть поняты с помощью законов физики. От образования первого кварка до эры рекомбинации и производства космического микроволнового фонового излучения все очень хорошо согласуется с экспериментальными данными и расчетными предположениями.

Чего мы, однако, не понимаем ясно, так это природы плотной формы материи, в которой законы физики нарушаются. В научных терминах это называется гравитационной сингулярностью. Аналогичное состояние можно найти в центре черной дыры. Законы физики не работают в этих областях пространства. Мы понимаем гравитацию в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна, а для сверхплотных областей математические уравнения просто не работают. Решения становятся неполными.

Гравитационные сингулярности - это единственные известные на сегодняшний день места в космосе, где, кажется, сочетаются две основы современной физики: общая теория относительности и квантовая механика. Какими бы сложными ни были математические решения, они могут стать отличным источником для изучения и, возможно, нахождения единой теории всего.

В течение нескольких десятилетий физики и космологи пытались объединить квантовую механику с общей теорией относительности, но безуспешно. Иногда математика не подходит, а иногда экспериментальные данные, требуемые теорией, почти невозможно получить с помощью технологий, которые у нас есть сегодня. Наиболее многообещающими теориями гравитации, которые мы разработали до сих пор, являются теория суперструн и петлевая квантовая гравитация. Но у этих теорий есть свои ограничения. Возможно, полноценная теория квантовой гравитации могла бы помочь нам понять самые загадочные уголки Вселенной.