Теплове мікрохвильове радіовипромінювання пронизує всесвіт. Що таке реліктове випромінювання

Незважаючи на застосування сучасних приладів та новітніх методів вивчення Всесвіту, питання її появи все ще залишається відкритим. У цьому немає нічого дивного, якщо зважити на її вік: згідно з останніми даними, він становить від 14 до 15 млрд. років. Очевидно, що з того часу залишилося дуже мало свідчень грандіозних процесів Всесвітнього масштабу, що відбувалися колись. Тому стверджувати будь-що ніхто не наважується, обмежуючись гіпотезами. Однак одна з них з недавніх пір отримала дуже суттєвий аргумент – реліктове випромінювання.

У 1964 році два співробітники однієї відомої лабораторії, які виконували радіоспостереження за супутником «Луна», маючи доступ до відповідного надчутливого обладнання, вирішили перевірити деякі свої теорії щодо власного радіовипромінювання певних космічних об'єктів.

Для того щоб відсіяти можливі перешкоди від наземних джерел, було вирішено використовувати в 7,35 см. Однак після включення та налаштування антени було зареєстроване дивне явище: у всьому Всесвіті фіксувався шум, постійна фонова складова. Вона не залежала ні від положення Землі щодо інших планет, що відразу відсіяло припущення про перешкоди цих ні від часу доби. Ні Р. Вілсон, ні А. Пензіас навіть не здогадувалися, що відкрили реліктове випромінювання всесвіту.

Так як ніхто з них не припускав подібного, списуючи «фон» на особливості апаратури (досить пригадати, що використовувана НВЧ-антена була найчутливішою в той час), минулий майже цілий рік, поки стало очевидним - шум, що реєструється, є частиною самого Всесвіту. Інтенсивність радіосигналу, що уловлюється, виявилася практично ідентичною інтенсивності випромінювання температурою в 3 Кельвіна (1 Кельвін дорівнює -273 градуси за Цельсієм). Для порівняння: нуль Кельвіна відповідає температурі об'єкта з нерухомих атомів. знаходиться у межах від 500 МГц до 500 ГГц.

У цей час два теоретики з Прінстонського університету - Р. Дікке та Д. Пібблс, ґрунтуючись на нових моделях розвитку Всесвіту, математично вирахували, що подібне випромінювання має існувати і пронизувати весь простір. Чи варто говорити, що Пензіас, який випадково дізнався про лекції на цю тему, зв'язався з університетом і повідомив, що реліктове випромінювання і було зареєстроване.

Виходячи з теорії Великого Вибуху, вся матерія виникла внаслідок колосального вибуху. Перші 300 тис. років після цього простір був комбінацією елементарних частинок і випромінювань. Згодом через розширення температури стали падати, що дало з'явитися атомам. Реліктове реліктове випромінювання - це відлуння тих далеких часів. Поки всесвіт мав межі, щільність частинок була настільки високою, що випромінювання виявлялося «пов'язаним», оскільки маса частинок відбивала будь-які види хвиль, не дозволяючи їм поширюватися. І лише після початку утворення атомів простір став «прозорим» для хвиль. Вважається, що реліктове випромінювання виникло саме так. Зараз у кожному кубічному сантиметрі простору міститься близько 500 початкових квантів, щоправда, їхня енергія зменшилася майже у 100 разів.

Реліктове випромінювання різних ділянках Всесвіту має різну температуру. Це обумовлено розташуванням первинної речовини в Всесвіті, що розширюється. Там, де щільність атомів майбутньої матерії була вищою, частка випромінювання, отже його температура, зменшена. Саме у цих напрямах згодом утворилися великі об'єкти (галактики та їх скупчення).

Вивчення реліктового випромінювання піднімає завісу невідомості багатьох процесів, що відбуваються на початку часів.

Одним із цікавих відкриттів, пов'язаних з електромагнітним спектром, є реліктове випромінювання Всесвіту. Відкрито воно було випадково, хоча можливість його існування було передбачено.

Історія відкриття реліктового випромінювання

Історія відкриття реліктового випромінюванняпочалася 1964 року. Співробітники американської лабораторії Белл Телефонрозробляли систему зв'язку з допомогою штучного супутника Землі. Працювати ця система мала на хвилях довжиною 7,5 сантиметра. Такі короткі хвилі стосовно супутникового радіозв'язку мають деякі переваги, але до Арно Пензіасуі Роберта Вілсонаніхто цієї проблеми не вирішував.

Вони були першовідкривачами у цій сфері і мали подбати про те, щоб на тій же хвилі не виявилося сильних перешкод, або щоб про такі перешкоди працівники зв'язку знали заздалегідь. На той час вважали, що джерелом радіохвиль, що йдуть з космосу, можуть бути лише точкові об'єкти на кшталт радіогалактикабо зірок.

Джерела радіохвиль

У розпорядженні вчених були виключно точний приймач та поворотна рупорна антена. З їхньою допомогою вчені могли прослухати все небесне склепіння приблизно так, як лікар прослуховує груди хворого за допомогою стетоскопа.

Сигнал природного джерела

І ось ледве антену навели на одну з точок небосхилу, як на екрані осцилографа затанцювала крива лінія. Типовий сигнал природного джерела. Напевно, фахівці здивувалися своєму щастю: у першій заміряній точці - джерело радіовипромінювання!

Але куди б вони не спрямовували свою антену, ефект залишався той самий. Вчені знову і знову перевіряли справність апаратури, але вона була в повному порядку. І нарешті вони зрозуміли, що відкрили невідоме раніше явище природи: весь Всесвіт виявився як би наповнений радіохвилями сантиметрової довжини.

Якби ми могли бачити радіохвилі, небесне склепіння здалося б нам світиться від краю до краю.

Відкриття Пензіасу та Вілсона було опубліковано. І вже не тільки вони, а й вчені багатьох інших країн почали пошуки джерел таємничих радіохвиль, що вловлюються всіма пристосованими для цієї мети антенами і приймачами, де б вони не знаходилися і на яку б точку неба не націлювалися, причому інтенсивність радіовипромінювання на хвилі 7,5 сантиметра в будь-якій точці була абсолютно однаковою, воно ніби розмазане по всьому небу рівномірно.

Реліктове випромінювання розраховане вченими

Радянські вчені А. Г. Дорошкевич та І. Д. Новіков, що передбачили реліктове випромінюваннядо його відкриття, зробили найскладніші підрахунки. Вони врахували всі наявні у нашому Всесвіті джерела випромінювання, врахували і те, як змінилося випромінювання тих чи інших об'єктів у часі. І виявилося, що в області сантиметрових хвиль усі ці випромінювання мінімальні і, отже, за виявлене свічення неба не відповідальні.

Тим часом подальші розрахунки показали, що густина розмазаного випромінювання дуже велика. Ось порівняння фотонного киселя (так назвали вчені загадкове випромінювання) із масою всієї матерії по Всесвіту.

Якщо вся речовина всіх видимих ​​галактик рівномірно «розмазати» по всьому простору Всесвіту, то на три кубічні метри простору доведеться лише один атом водню (для простоти всю матерію зірок вважатимемо воднем). І водночас у кожному кубічному сантиметрі реального простору міститься близько 500 фотонів випромінювання.

Чимало, навіть якщо порівнювати не кількість одиниць речовини та випромінювання, а прямо їх маси. Звідки ж узялося таке інтенсивне випромінювання?

Свого часу радянський вчений А. А. Фрідман, вирішуючи знамениті рівняння Ейнштейна, відкрив, що наш Всесвіт знаходиться в постійному розширенні. Невдовзі було знайдено підтвердження цього.

Американець Е. Хаббл виявив явище розбігання Галактик. Екстраполюючи це явище в минуле, можна обчислити момент, коли вся речовина Всесвіту знаходилася в дуже малому обсязі і щільність його була незрівнянно більшою, ніж зараз. У ході розширення Всесвіту відбувається і подовження довжини хвилі кожного кванта пропорційно до розширення Всесвіту; при цьому квант як би «охолоджується» - адже чим менша довжина хвилі.
кванта, тим він «гарячий».

Сьогоднішнє сантиметрове випромінювання має яскраву температуру близько 3 градусів абсолютної шкали Кельвіна. А десять мільярдів років тому, коли Всесвіт був незрівнянно меншим, а щільність його речовини дуже великою, ці кванти мали температуру близько 10 мільярдів градусів.

З того часу і «засипаний» наш Всесвіт квантами безперервно остигаючого випромінювання. Тому «розмазане» по Всесвіту сантиметрове радіовипромінювання і отримало назву
реліктове випромінювання.

РеліктамиЯк відомо, називаються залишки найдавніших тварин і рослин, що збереглися до наших днів. Кванти сантиметрового випромінювання - безумовно, найдавніший із усіх можливих реліктів. Адже освіта їх відноситься до епохи, що віддалена від нас приблизно на 15 мільярдів років.

Знання про Всесвіт принесло реліктове випромінювання

Практично нічого не можна сказати про те, якою була речовина в нульовий момент, коли її щільність була нескінченно великою. Але явища і процеси, що відбувалися в Всесвіту, всього через секунду після її народження і навіть раніше, до 10-8 секунд, вчені уявляють собі вже досить добре. Відомості про це принесло саме реліктове випромінювання.

Отже, минула секунда з нульового моменту. Матерія нашого Всесвіту мала температуру 10 мільярдів градусів і складалася зі своєрідної «каші» реліктових квантів, електродів, позитронів, нейтрино та антинейтрино. Щільність «каші» була величезною – більше тонни на кожний кубічний сантиметр. У такій «тісноті» безперервно відбувалися зіткнення нейтронів і позитронів з електронами, протони перетворювалися на нейтрони і навпаки.

Але найбільше було тут саме квантів – у 100 мільйонів разів більше, ніж нейтронів та протонів. Звичайно, при подібній щільності і температурі не могли існувати складні ядра речовини: вони тут не розпадалися.

Минуло сто секунд. Розширення Всесвіту тривало, щільність його безперервно зменшувалася, температура падала. Позитрони майже зникли, нейтрони перетворилися на протони.

Почалося утворення атомних ядер водню та гелію. Розрахунки, проведені вченими, показують, що 30 відсотків нейтронів об'єдналися, утворюючи ядра гелію, 70 відсотків їх залишилися самотніми, стали ядрами водню. У ході цих реакцій виникали нові кванти, але їх кількість не йшла вже в жодне порівняння з первісним, тож можна вважати, що воно зовсім не змінювалося.

Розширення Всесвіту тривало. Щільність "каші", настільки круто завареною природою спочатку, знижувалась пропорційно кубу лінійної відстані. Минали роки, сторіччя, тисячоліття.

Пройшло 3 мільйони років. Температура «каші» на цей момент впала до 3-4 тисяч градусів, щільність речовини також наблизилася до відомої нам сьогодні, проте згустки матерії, з яких могли б скластися зірки та Галактики, виникнути ще не могли. Занадто великий був на той час променевий тиск, що розштовхував будь-яку таку освіту. Навіть атоми гелію та водню залишалися іонізованими: електрони існували окремо, протони та ядра атомів – також окремо.

Тільки до кінця тримільйоннолітнього періоду в «каші», що остигає, почали з'являтися перші згущення. Їх було спочатку небагато. Щойно одна тисячна частина «каші» згустилася в своєрідні протозірки, як ці освіти почали «горіти» аналогічно сучасним зіркам.

І фотони і кванти енергії, що висторгали ними, розігріли почату було остигати «кашу» до температур, при яких утворення нових згущень знову виявилося неможливим.

Періоди остигання та повторного розігрівання «каші» спалахами протозірок чергувалися, змінюючи один одного. А на якомусь етапі розширення Всесвіту освіта нових згущень стала практично неможливою вже тому, що колись така густа «каша» надто «розріджувалась».

Приблизно 5 відсотків матерії встигло об'єднатися, а 95 відсотків розсіялося в просторі Всесвіту, що розширюється. Так розсіялися і колись гарячі кванти, що утворили реліктове випромінювання. Так розсіялися і ядра атомів водню та гелію, що входили до складу «каші».

Гіпотеза освіти Всесвіту

Навколо деяких із цих зірок утворилися системи планет, принаймні на одній з таких планет виникло життя, що в ході еволюції породило розум. Як часто зустрічаються у просторах космосу зірки, оточені хороводом планет, вчені поки що не знають. Нічого не можуть вони сказати і про те, як часто.

Та й питання про те, як часто рослина життя розквітає пишною квіткою розуму, залишається відкритим. Відомі нам сьогодні гіпотези, що трактують усі ці питання, більше схожі на малообґрунтовані припущення.

Але сьогодні наука розвивається лавиноподібно. Нещодавно вчені взагалі не уявляли собі, як починалася наша . Відкрите близько 70 років тому реліктове випромінювання дозволило намалювати картину. Сьогодні у людства не вистачає фактів, спираючись на які воно зможе відповісти на сформульовані вище питання.

Проникнення в космічний простір, відвідування Місяця та інших планет приносять нові факти. А за фактами йдуть уже не гіпотези, а суворі висновки.

Реліктове випромінювання говорить про однорідність Всесвіту

Про що ще розповіли вченим реліктові промені, ці свідки народження нашого Всесвіту?

А. А. Фрідман вирішив одне із рівнянь, даних Ейнштейном, і на основі цього рішення відкрив розширення Всесвіту. Щоб вирішити рівняння Ейнштейна, треба було поставити так звані початкові умови.

Фрідман виходив із припущення, що Всесвіт одноріднийта ізотропна, що речовина в ній розподілена рівномірно. І протягом 5-10 років, що минули з дня відкриття Фрідмана, питання про те, чи правильно було його припущення, залишалося відкритим.

Нині його по суті знято. Про ізотропність Всесвіту свідчить дивовижна рівномірність реліктового радіовипромінювання. Другий факт свідчить про те саме - розподіл речовини Всесвіту між Галактиками та міжгалактичним газом.

Адже міжгалактичний газ, що становить основну частину речовини Всесвіту, розподілений по ній так само рівномірно, як і реліктові кванти.

Відкриття реліктового випромінювання дає можливість зазирнути не тільки в наддалеке минуле - за такі межі часу, коли не було ні нашої Землі, ні нашого Сонця, ні нашої Галактики, ні навіть Всесвіту.

Як дивовижний телескоп, який можна направити в будь-який бік, відкриття реліктового випромінювання дозволяє зазирнути й у наддале майбутнє. Така наддалека, коли вже не буде ні Землі, ні Сонця, ні Галактики.

Тут допоможе явище розширення Всесвіту, як розлітаються в просторі зірки, що складають її, Галактики, хмари пилу і газу. Чи вічний цей процес? Або розліт сповільниться, зупиниться, а потім зміниться стиском? І чи не є стискання і розширення Всесвіту, що змінюють один одного, своєрідними пульсаціями матерії, не знищеної
та вічної?

Відповідь на ці питання залежить насамперед від того, скільки матерії міститься у Всесвіті. Якщо її загального тяжіння достатньо, щоб подолати інерцію розльоту, розширення неминуче зміниться стиском, у якому Галактики поступово зблизяться. Ну а якщо сил гравітації для гальмування та подолання інерції розльоту недостатньо, наш Всесвіт приречений: він розсіється у просторі!

> Що таке реліктове випромінювання?

Відкриття реліктового випромінювання: значення поняття, теорія Великого Вибуху, розширення та карта Всесвіту, рух світла у просторі, вплив темної матерії.

Реліктове випромінювання- Післясвічення Великого Вибуху. Це один із найбільш переконливих доказів того, що ця подія була у Всесвіті. Найкраще його пояснює Нед Райт із Каліфорнійського університету (Лос-Анджелес).

Наскільки корисним є реліктове випромінювання?

«Ну, найкорисніша інформація надходить на низькому рівні. Коли я тільки-но починав займатися астрономією, не було 100% впевненості в достовірності теорії Великого Вибуху. Тому наявність реліктового випромінювання у цій теорії та відсутність у конкуруючій заповнило велику прогалину у знаннях.

Крім того, спектр реліктового випромінювання дуже нагадує чорний. Якщо це темне тіло, то ми можемо вважати, що Всесвіт плавно переходив від непрозорості до прозорості. Дипольна анізотропія мікрохвильового фону допомагає точно визначити факт, що ми рухаємось у просторі. Одна небесна сторона набагато жаркіша, а друга холодніша, що натякає на температуру реліктового випромінювання. За підрахунками з'ясовується, що ми пересуваємось на десяту частину від відсотка швидкості світла – 370 км/с. Отже, є наш рух і пересування крізь Всесвіт.

Супутник Планка дозволив отримати більше інформації щодо ліній фонового реліктового випромінювання. У нас є різниця в 3 мілікельвіни, тобто різниця в температурі плям становить +/- 100 мікроквінів. Тому вам відкривається деталізований малюнок області розміром 1.5 градусів. Він створюється хвильовою акустикою, що формується через обурення щільності на ранньому етапі розвитку Всесвіту. Можна навіть простежити, як багато часу минуло, перш ніж Всесвіт стане прозорим. І це важлива інформація, якщо ви наважилися вивчати таку глобальну галузь».

Що нам каже реліктове випромінювання та темна матерія

«Реліктове випромінювання має шаблон на шкалі 0.5 градусів, відкриваючи нам ефективну лінію позиції, на кшталт астрономічної навігації. Ви вимірюєте одну зірку із секстантом і отримуєте лінію свого знаходження. Але якщо дивіться на ту саму модель (установка акустичної хвилі), то бачите, що в розподілі галактик все більш локально. Звісно, ​​йдеться про віддалені об'єкти, але у космології це локальні території.

Ці галактики демонструють однаковий хвилеподібний візерунок, і ви можете виміряти його, порівняти з тим, що спостерігається у минулому, та отримати лінію перетину позиції. Це допомагає визначити наше місце у Всесвіті, знайти і навіть підрахувати безліч об'єктів. Також стає ясно, що існує темна енергія, яку ніхто поки що не може зрозуміти, але ми знаємо, на які дії вона здатна. Адже саме вона прискорює розширення». Ви зможете дізнатися ще багато цікавого про реліктове випромінювання Всесвіту (виявлення, розширення Всесвіту, великий вибух, червоне зміщення, аномалії), якщо подивіться відео.

Поляризація реліктового випромінювання

Фізик Дмитро Горбунов про експеримент BICEP2, стадію інфляції та розвиток теорії гравітації:

Аномалії реліктового випромінювання

Астрофізик Олег Верходанов про низькі мультиполі, вплив об'єктів ближнього космосу на космологічні виміри та врахування незнайдених джерел:

Реліктове випромінювання

Позагалактичне мікрохвильове фонове випромінювання посідає діапазон частот від 500 МГц до 500 ГГц, що відповідає довжинам хвиль від 60 см до 0,6 мм. Це фонове випромінювання несе інформацію про процеси, що відбувалися у Всесвіті до утворення галактик, квазарів та інших об'єктів. Це випромінювання, назване реліктовим, було виявлено у 1965 році, хоча воно було передбачено ще у 40-х роках Георгієм Гамовим та досліджувалося астрономами протягом десятиліть.

У Всесвіті, що розширюється, середня щільність речовини залежить від часу - в минулому вона була більшою. Однак при розширенні змінюється не тільки щільність, а й теплова енергія речовини, значить на ранній стадії розширення Всесвіт був не тільки щільним, а й гарячим. Як наслідок, у наш час має спостерігатися залишкове випромінювання, спектр якого такий самий, як спектр абсолютно твердого тіла, і це випромінювання має бути найвищою мірою ізотропним. У 1964 році А.А.Пензіас і Р.Вілсон, відчуваючи чутливу радіоантену, виявили дуже слабке фонове мікрохвильове випромінювання, якого ніяким чином не могли позбутися. Його температура дорівнювала 2,73 К, що близько до передбаченої величини. З експериментів з дослідження ізотропії було показано, що джерело мікрохвильового фонового випромінювання не може перебувати всередині Галактики, тому що тоді мала б спостерігатися концентрація випромінювання до центру Галактики. Джерело випромінювання було перебувати і всередині Сонячної системи, т.к. спостерігалася добова варіація інтенсивності випромінювання. В силу цього було зроблено висновок про позагалактичну природу цього фонового випромінювання. Тим самим гіпотеза гарячого Всесвіту отримала спостережну основу.

Для розуміння природи реліктового випромінювання необхідно звернутися до процесів, що мали місце на ранніх стадіях розширення Всесвіту. Розглянемо, як змінювалися фізичні умови у Всесвіті у процесі розширення.

Наразі кожен кубічний сантиметр простору містить близько 500 реліктових фотонів, а речовини на цей обсяг припадає значно менше. Оскільки відношення числа фотонів до баріонів у процесі розширення зберігається, але енергія фотонів у ході розширення Всесвіту з часом зменшується через червоне зміщення, можна зробити висновок, що колись у минулому щільність енергії випромінювання була більшою за щільність енергії частинок речовини. Цей час називається радіаційною стадією в еволюції Всесвіту. Радіаційна стадія характеризувалася рівністю температури речовини та випромінювання. На той час випромінювання повністю визначало характер розширення Всесвіту. Приблизно через мільйон років від початку розширення Всесвіту температура знизилася до кількох тисяч градусів і відбулася рекомбінація електронів, що були раніше вільними частинками, з протонами і ядрами гелію, тобто. утворення атомів. Всесвіт став прозорим для випромінювання, і саме це випромінювання ми зараз уловлюємо і називаємо реліктовим. Щоправда, з того часу через розширення Всесвіту фотони зменшили свою енергію приблизно у 100 разів. Образно кажучи, кванти реліктового випромінювання «зняли» епоху рекомбінації та несуть пряму інформацію про давнє минуле.

Після рекомбінації речовина вперше почала еволюціонувати самостійно, незалежно від випромінювання, і в ній почали з'являтися ущільнення – зародки майбутніх галактик та їх скупчень. Ось чому такі важливі для вчених експерименти з вивчення властивостей реліктового випромінювання – його спектра та просторових флуктуацій. Їхні зусилля не зникли даремно: на початку 90-х рр. ХХ ст. Російський космічний експеримент «Релікт-2» та американський «Кобе» виявили відмінності температури реліктового випромінювання сусідніх ділянок піднебіння, причому величина відхилення від середньої температури становить лише близько тисячної частки відсотка. Ці варіації температури несуть інформацію про відхилення густини речовини від середнього значення в епоху рекомбінації. Після рекомбінації речовина у Всесвіті була розподілена майже рівномірно, а там, де щільність була хоч трохи вищою за середню, сильнішим було тяжіння. Саме варіації щільності згодом призвели до утворення спостережуваних у Всесвіті великомасштабних структур, скупчень галактик та окремих галактик. За сучасними уявленнями, перші галактики мали утворитися в епоху, яка відповідає червоним зміщенням від 4 до 8.

А чи є шанс заглянути ще далі в епоху рекомбінації? До моменту рекомбінації саме тиск електромагнітного випромінювання в основному створювало гравітаційне поле, що гальмувало розширення Всесвіту. На цій стадії температура змінювалася обернено пропорційно квадратному кореню з часу, що минув від початку розширення. Розглянемо послідовно різні стадії розширення раннього Всесвіту.

При температурі приблизно 1013 Кельвінів у Всесвіті народжувалися і анігілювали пари різних частинок і античастинок: протони, нейтрони, мезони, електрони, нейтрино та ін. залишилися лише ті, для яких «забракло» античастинок. Саме з цих «надлишкових» протонів і нейтронів в основному складається речовина сучасного Всесвіту, що спостерігається.

При Т = 2 * 1010 К з речовиною перестали взаємодіяти всепроникні нейтрино - від того моменту повинен був залишитися "реліктове тло нейтрино", виявити який, можливо, вдасться в ході майбутніх нейтринних експериментів.

Все, про що зараз говорилося, відбувалося за надвисоких температур у першу секунду після початку розширення Всесвіту. Через кілька секунд після моменту «народження» Всесвіту почалася епоха первинного нуклеосинтезу, коли утворювалися ядра дейтерію, гелію, літію та берилію. Вона тривала приблизно три хвилини, а її основним результатом стало утворення ядер гелію (25% від маси всієї речовини Всесвіту). Інші елементи, важчі, ніж гелій, склали мізерно малу частину речовини – близько 0,01%.

Після епохи нуклеосинтезу і до епохи рекомбінації (приблизно 106 років) відбувалося спокійне розширення та охолодження Всесвіту, а потім – через сотні мільйонів років після початку – з'явилися перші галактики та зірки.

В останні десятиліття розвиток космології та фізики елементарних частинок дозволило теоретично розглянути і початковий, «надщільний» період розширення Всесвіту. Виявляється, на самому початку розширення, коли температура була неймовірно висока (більше 1028 К), Всесвіт міг перебувати в особливому стані, при якому він розширювався з прискоренням, а енергія в одиниці обсягу залишалася постійною. Таку стадію розширення назвали інфляційною. Подібний стан матерії можливий за однієї умови – негативного тиску. Стадія надшвидкого інфляційного розширення охоплювала крихітний проміжок часу: вона завершилася на момент приблизно 10-36 с. Вважається, що справжнє «народження» елементарних частинок матерії у вигляді, як ми їх знаємо зараз, відбулося саме після закінчення інфляційної стадії і було викликано розпадом гіпотетичного поля. Після цього розширення Всесвіту тривало вже за інерцією.

Гіпотеза інфляційного Всесвіту відповідає на цілу низку важливих питань космології, які донедавна вважалися незрозумілими парадоксами, зокрема на питання про причину розширення Всесвіту. Якщо у своїй історії Всесвіт справді пройшов через епоху, коли існував великий негативний тиск, то гравітація неминуче мала викликати не тяжіння, а взаємне відштовхування матеріальних частинок. І значить, Всесвіт почав швидко, вибухоподібно розширюватися. Звичайно, модель інфляційного Всесвіту лише гіпотеза: навіть непряма перевірка її положень потребує таких приладів, які зараз просто ще не створені. Однак ідея прискореного розширення Всесвіту на ранній стадії її еволюції міцно увійшла в сучасну космологію.

Говорячи про ранній Всесвіт, ми від найбільших космічних масштабів раптом переносимо в область мікросвіту, яка описується законами квантової механіки. Фізика елементарних частинок та надвисоких енергій тісно переплітається у космології з фізикою гігантських астрономічних систем. Найбільше і щонайменше стуляються тут один з одним. У цьому полягає дивовижна краса нашого світу, повного несподіваних взаємозв'язків і глибокої єдності.

Прояви життя Землі надзвичайно різноманітні. Життя Землі представлена ​​ядерними і доядерними, одно- і багатоклітинними істотами; багатоклітинні, у свою чергу, представлені грибами, рослинами та тваринами. Будь-яке з цих царств поєднує різноманітні типи, класи, загони, сімейства, пологи, види, популяції та індивідууми.

У всьому, начебто, нескінченному різноманітті живого можна назвати кілька різних рівнів організації живого: молекулярний, клітинний, тканинний, органний, онтогенетичний, популяційний, видовий, біогеоценотичний, біосферний. Перелічені рівні виділено за зручністю вивчення. Якщо ж спробувати виділити основні рівні, що відображають не стільки рівні вивчення, скільки рівні організації життя на Землі, то основними критеріями такого виділення мають бути визнані наявність специфічних елементарних, дискретних структур та елементарних явищ. При цьому підході виявляється необхідним та достатнім виділяти молекулярно-генетичний, онтогенетичний, популяційно-видовий та біогеоценотичний рівні (Н.В. Тимофєєв-Ресовський та ін.).

Молекулярно-генетичний рівень. При вивченні цього рівня досягнуто, мабуть, найбільшої ясності у визначенні основних понять, а також у виявленні елементарних структур та явищ. Розвиток хромосомної теорії спадковості, аналіз мутаційного процесу, вивчення будови хромосом, фагів та вірусів розкрили основні риси організації елементарних генетичних структур та пов'язаних з ними явищ. Відомо, що основні структури на цьому рівні (коди спадкової інформації, що передається від покоління до покоління) є ДНК, диференційована по довжині на елементи коду - триплети азотистих основ, що утворюють гени.

Гени цьому рівні організації життя представляють елементарні одиниці. Основними елементарними явищами, пов'язаними з генами, можна вважати їх локальні структурні зміни (мутації) і передачу інформації, що зберігається в них, внутрішньоклітинним керуючим системам.

Конваріантна редуплікація відбувається за матричним принципом шляхом розриву водневих зв'язків подвійної спіралі ДНК за участю ферменту ДНК-полімерази. Потім кожна з ниток будує собі відповідну нитку, після чого нові нитки комплементарно з'єднуються між собою. Цей процес здійснюється дуже швидко. Так, на самоскладання ДНК кишкової палички (Escherichia coli), що складається приблизно з 40 тис. пар нуклеотидів, потрібно лише 100 с. Генетична інформація переноситься з ядра молекулами іРНК у цитоплазму до рибосом і там бере участь у синтезі білка. Білок, що містить тисячі амінокислот, у живій клітині синтезується за 5-6 хв, а у бактерій швидше.

Основні управляючі системи як із конваріантної редуплікації, і при внутрішньоклітинної передачі інформації використовують «матричний принцип», тобто. є матрицями, поруч із якими будуються відповідні специфічні макромолекули. В даний час успішно дешифрується закладений у структурі нуклеїнових кислот код, що служить матрицею при синтезі специфічних структур білка в клітинах. Редуплікація, заснована на матричному копіюванні, зберігає як генетичну норму, а й відхилення від неї, тобто. мутації (основа процесу еволюції). Досить точне знання молекулярно-генетичного рівня – необхідна передумова для ясного розуміння життєвих явищ, які відбуваються всіх інших рівнях організації життя.