Кроме того, на Большой взрыв удалось возложить ответственность за другой вид атомов – дейтерий (тяжелый водород). Атом дейтерия содержит не только протон, но и нейтрон, что дает ему дополнительную массу, но не дополнительный заряд. При ином обороте дела существование дейтерия оставалось бы загадкой, потому что в звездах он только разрушается: в качестве ядерного топлива поджечь его легче, чем обычный водород, поэтому недавно образованные звезды сжигают весь дейтерий во время своего первоначального сжатия, а потом переходят на более длинные фазы сжигания водорода.
Гелий и дейтерий появились, когда температура сжатой Вселенной была около 3 млрд градусов – примерно в миллиард раз выше, чем сейчас. При расширении Вселенной мы можем представить себе, как удлиняются штыри в пространственной решетке Эшера (см. рис. 5.1). Волны излучения вытягиваются пропорционально длине штырей, и температура понижается в обратной пропорции к длине. Это означает, что, когда температура была около 3 млрд градусов (а не около 3 градусов выше абсолютного нуля, как сейчас), штыри были в миллиард раз (10>9) короче, а для плотности эту степень еще нужно возвести в куб – она была в 10>27 раз выше. Но наша сегодняшняя Вселенная такая разреженная – примерно 0,2 атома на 1 м>3, – что ее плотность, которая была настолько огромной, сейчас меньше плотности воздуха! Температура же была так высока, что отдельные ядра были вовлечены в быстрое хаотичное движение. В лабораторных экспериментах можно проверить, что же происходит, когда ядра водорода и гелия сталкиваются с той же энергией, как при образовании гелия, поэтому расчеты основываются на фундаментальной физике.
Если мы примем сегодняшнюю плотность Вселенной равной 0,2 атома на 1 м>3, рассчитанное соотношение водорода, гелия и дейтерия, которые появились при остывании «огненного шара» Вселенной, согласуется с наблюдениями. Это не может не радовать, потому что наблюдаемое изобилие могло бы полностью противоречить предсказаниям любой теории Большого взрыва или могло им соответствовать только при гораздо большей или гораздо меньшей плотности, чем те, которые мы наблюдаем. Как видим, значение 0,2 атома на 1 м>3 в самом деле близко к сглаженной плотности галактик и газа во Вселенной. (У этого положения есть важное применение в области изучения темной материи, и мы обсудим это в следующей главе.)