Как насчет еще более отдаленной эпохи, перед тем как образовались первые звезды? В конце 1920-х бельгийский священник Жорж Леметр, обучавшийся в Массачусетском Технологическом институте, и Александр Фридман в России были пионерами идеи, что все началось в плотном состоянии и структура развивалась по мере расширения. Леметр писал:
"Эволюция Вселенной может быть похожа на показ фейерверка, который только что закончился: еще несколько огоньков, пепел и дым. Стоя на хорошо остывшей золе, мы видим угасание солнц и пытаемся оживить исчезнувший блеск начала миров"
Этот "исчезнувший блеск" был обнаружен в 1965 г. Арно Пензиас и Роберт Вильсон, два ученых из Телефонных лабораторий Белла, стараясь уменьшить шум антенны в Холмделе, Нью-Джерси, случайно обнаружили, что все пространство немного подогрето микроволнами, не имеющими видимого источника.
В 1990 г. Джон Мэзер и его коллеги, используя спутник НАСА Исследователь космического фона (СОВЕ) показали, что спектр микроволнового фона соответствует закону излучения черного тела с точностью 0.01%, что и следовало ожидать, если он действительно был остатком стадии "огненного шара", когда все вещество в нашей Вселенной было сжатым, очень горячим, плотным и непрозрачным. Космическое расширение должно было охладить первоначальное излучение, уменьшить его плотность и изменить длины волн, но оно все равно должно остаться, заполняя все пространство.
Температура фона в настоящее время - только 2.728 градуса выше абсолютного нуля, но он содержит удивительно большое количество тепла: 412 миллионов квантов излучения (фотонов) в каждом кубическом метре современной Вселенной. Для сравнения, если вещество всех наблюдаемых звезд и всего газа во Вселенной равномерно распределить в пространстве, то его плотность окажется всего 0.2 атома в кубическом метре - более чем в миллиард раз меньше, чем плотность фотонов.
Согласно теории Большого взрыва, все вещество должно было быть сжатым и нагретым сильнее, чем в центрах звезд - наверняка достаточно горячо для ядерных реакций. Самые важные из этих реакций происходят при температуре примерно в миллиард градусов. Однако, Вселенная остыла ниже этой температуры за три минуты, и (к счастью для нас) этого времени не хватило на то, чтобы превратить первоначальное вещество в железо, как это происходит в самых горячих звездах, и даже в углерод, кислород и т.д.
Это противоречило предположению Георгия Гамова, что вся Периодическая таблица была "сварена" в ранней Вселенной. В 1950-х годах Фред Хойл, Уильям Фаулер, Джеффри и Маргарет Бербиджи и, независимо, Алистер Камерон развивали альтернативную схему, которая количественно объяснила почти всю Периодическую таблицу как результат ядерного синтеза в звездах и сверхновых. После поздних усовершенствований этой модели рассчитанная смесь атомов удовлетворительно совпадает с наблюдаемыми пропорциями.
Самые старые звезды, которые образовались из газа на ранней стадии истории галактик, когда он был менее "загрязнен", действительно показывают дефицит тяжелых элементов, как и предсказывает теория звездного нуклеосинтеза. Однако, даже в самых старых объектах содержится от 23% до 24% гелия: не обнаружено звезды, галактики или туманности, где содержание гелия было бы меньше этого значения. Кажется, что галактики начали образовываться не из чистого водорода, а из смеси водорода и гелия.
Теория "Горячего Большого взрыва" удачно решает эту проблему. Реакции на горячей ранней стадии могут превратить примерно 23% водорода в гелий, но Вселенная остывала так быстро, что не хватило времени на синтез более тяжелых элементов Периодической системы (за исключением небольшого количества лития). Объяснение происхождения большей части космического гелия Большим взрывом таким образом решило долго стоявшую проблему - почему его так много, и почему его обилие так однородно. Это побудило космологов серьезно относиться к первым секундам космической истории.
Другой продукт Большого взрыва - это дейтерий (тяжелый водород). Обилие дейтерия по отношению к водороду до недавнего времени было плохо известно. Однако это отношение теперь измерено на Юпитере, в межзвездном газе и в далеких межгалактических облаках, и его значение - около 1/50000. Происхождение даже этого небольшого количества представляет собой проблему, так как дейтерий в звездах скорее уничтожается, чем образуется. Как ядерное топливо, его легче поджечь, чем обычный водород, поэтому только что образовавшиеся звезды сжигают дейтерий во время своего начального сжатия, до перехода к продолжительной стадии горения водорода.
Если мы примем среднюю плотность Вселенной в настоящее время - 0.2 атома на кубический метр и вычислим, какая смесь атомов должна образоваться из остывающего огненного шара, мы обнаружим, что пропорции водорода, дейтерия и гелия (и, в качестве бонуса, также и лития) согласуются с данными наблюдений. Это очень обнадеживает, потому что наблюдаемые обилия могли совершенно не совпадать с предсказаниями любой теории Большого взрыва; или же они могли совпадать, но только для плотности, которая была бы намного больше или меньше пределов, допустимых на основании данных наблюдений.
