Сегодня электромагнитное излучение присутствует во всей наблюдаемой Вселенной. Но было время, когда излучения не существовало.
Сегодня общепринятой теорией формирования Вселенной является теория Большого Взрыва. Согласно ей, 13,799 ± 0,021 миллиардов лет назад сингулярное состояние с температурой порядка 1032 кельвинов и плотностью 1093 г/см3 начало расширяться, постепенно образуя привычную нам Вселенную. Меньше чем за секунду после создания Вселенная претерпела сразу несколько фазовых переходов. После первого этапа гравитационное излучение отделилось от вещества.
Затем примерно через 10−42 секунды после Большого Взрыва произошел фазовый переход, который вызвал экспоненциальное расширение пространства. Из-за такого расширения температура Вселенной начала падать. На третьем этапе температура стала достаточно низкой, чтобы могли сформироваться кварки — частицы, составляющие атомы — и глюоны — безмассовые частицы, которые переносят сильное взаимодействие. В то время Вселенная представляла собой скопление горячей кварк-глюонной плазмы.
После этого случился следующий фазовый переход, в результате которого кварки объединялись в барионы — достаточно массивные частицы с целым спином, такие как протоны и нейтроны. На этом же этапе формировались и античастицы — антинейтроны и антипротоны. Но существовать вместе частицы и античастицы не могут — при столкновении они аннигилируют. В результате аннигиляции две частицы превращаются в кванты гамма-излучения. Это и было первое излучение во Вселенной.
Однако распространяться на большие расстояния оно не могло из-за высокой плотности. Выделившиеся в результате аннигиляции кванты быстро сталкивались с другими частицами и поглощались ими. Только спустя 370 тысяч лет после Большого Взрыва, когда наступила эпоха рекомбинации, Вселенная стала прозрачной для излучения. Именно тогда появилось так называемое реликтовое излучение, которое равномерно заполняет Вселенную и имеет температуру в 2,7 кельвина. Его анализ помогает астрономам сегодня «заглядывать в прошлое».
Сегодня эпоха рекомбинации — самый ранний период эволюции Вселенной, который можно исследовать с помощью непосредственных наблюдений. Раньше этого времени свободно распространяющегося излучения просто не существовало.
