Отрывок из сборника статей об астрофизике от Валерия Рубакова

N+1Культура

«Астрофизика. Троицкий вариант»

Книга «Астрофизика. Троицкий вариант» (издательство «АСТ») — это сборник статей, ранее опубликованных в научно-популярном издании «Троицкий вариант — наука». Специально для этой книги астрофизик, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн и физик-теоретик, академик РАН Валерий Рубаков, снабдили материалы послесловиями и комментариями, а также написали несколько новых статей. Обходясь без сложных формул и поясняя терминологию, ученые рассказывают обо всем, что сегодня занимает людей, которые изучают и интересуются космосом: открытие бозона Хиггса, становление «прецизионной космологии», экзопланеты, космологическая инфляция и многое другое. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным изучению расширения Вселенной и теории инфляционной стадии ее эволюции, а также темной материи, которая играет в этом процессе важную роль.

Немного истории

 

То, что в нашей Вселенной «что-то не так», стало ясно космологам уже к началу 1990-х годов. Для пояснения полезно напомнить о законе расширения Вселенной. Удаленные друг от друга галактики разбегаются, причем, чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Количественно темп расширения характеризуется параметром Хаббла. К началу 1990-х значение параметра Хаббла в современной Вселенной было довольно хорошо измерено: темп расширения Вселенной сегодня таков, что галактики, удаленные от Земли на расстояние 1 млрд световых лет, убегают от нас со скоростью 24 тыс. км/с.

Отметим, что параметр Хаббла зависит от времени: в далеком прошлом Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем сейчас, и, соответственно, параметр Хаббла был гораздо больше.

В современной теории гравитации — общей теории относительности — параметр Хаббла однозначно связан с двумя другими характеристиками Вселенной: во-первых, с суммарной плотностью энергии всех форм материи, вакуума и т.д, во-вторых, с кривизной трехмерного пространства. Наше трехмерное пространство, вообще говоря, не обязано быть евклидовым; его геометрия может, например, быть аналогична геометрии сферы; сумма углов треугольника может не равняться 180°. В таком случае «упругость» пространства с точки зрения расширения Вселенной играет ту же роль, что и плотность энергии.

К началу 1990-х годов с неплохой точностью была оценена и плотность энергии «нормальной» материи в современной Вселенной. «Нормальная» она в том смысле, что испытывает такие же гравитационные взаимодействия, что и обычное вещество. Дело, впрочем, осложнилось тем, что большая часть «нормальной» материи — это так называемая темная материя. Темная материя, по-видимому, состоит из новых, не открытых пока в земных экспериментах элементарных частиц, чрезвычайно слабо взаимодействующих с веществом (слабее нейтрино!), но на равных испытывающих гравитационное взаимодействие. Именно по эффекту гравитационного притяжения она и была обнаружена. Более того, измерения гравитационных сил в скоплениях галактик позволили определить массу темной материи в них, а в конечном итоге — в целом во Вселенной. таким образом и была найдена полная плотность энергии «нормальной» материи (для нее справедлива знаменитая формула Е = mс2).

И что же оказалось? Выяснилось, что «нормальной» материи явно не хватает для объяснения измеренного темпа расширения Вселенной. Причем сильно не хватает: «недостача» составляла около 2/3 (по современным оценкам — около 70%). Возможных объяснений этому факту было два: либо трехмерное пространство искривлено, и недостающий вклад в параметр Хаббла связан с его «упругостью», либо во Вселенной присутствует новая форма энергии, которую впоследствии и стали называть «темной энергией».

С теоретической точки зрения обе эти возможности — и неевклидовость пространства, и темная энергия — выглядели крайне неправдоподобными.

Начнем с кривизны трехмерного пространства. В процессе расширения Вселенной пространство разглаживается, его кривизна уменьшается. Если кривизна отличается от нуля сейчас, то в прошлом она была больше, чем сегодня. Однако плотность энергии (массы) материи убывает при расширении Вселенной еще быстрее. Это означает, что в прошлом относительный вклад кривизны в параметр Хаббла был очень мал, а главным — с большим запасом — был вклад материи. Для того чтобы сегодня расширение Вселенной на 70% обеспечивалось кривизной, необходимо «подогнать» значение радиуса кривизны пространства в прошлом с фантастической точностью — через секунду после Большого взрыва он должен был быть равен миллиарду радиусов наблюдаемой тогда части Вселенной, не больше и не меньше! Без такой подгонки кривизна сегодня была бы либо на много порядков больше, либо на много порядков меньше, чем необходимо для объяснения наблюдений.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Нейроиммунная регуляция страха оказалась чувствительна к действию психоделиков Нейроиммунная регуляция страха оказалась чувствительна к действию психоделиков

Ученые обнаружили в мозге мышей нейроиммунную сеть, отвечающую за чувство страха

N+1
Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых

Как экономично и экологично производить безопасные биоразлагаемые нанопокрытия

Популярная механика
Архитектура впечатлений. Отрывок из книги Архитектура впечатлений. Отрывок из книги

Отрывок из книги-путеводителя по миру музейного искусства

СНОБ
Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам? Ищем мужчину мечты: как подготовиться к поискам?

Отправляясь на поиски мужчины своей мечты, стоит проверить свой багаж

Psychologies
Тишина в голове: может ли человек какое-то время вообще ни о чем не думать? Тишина в голове: может ли человек какое-то время вообще ни о чем не думать?

Можем ли мы добиться абсолютной ментальной тишины в голове?

ТехИнсайдер
Рыночная экономика свиданий Рыночная экономика свиданий

Стоят ли свайпы и мэтчи потраченного времени?

СНОБ
Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз

Появилось очередное доказательство теории относительности Эйнштейна

Популярная механика
8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили! 8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили!

Развенчиваем самые популярные мифы об уходе за волосами

Cosmopolitan
Subaru Forester — хищник средней полосы Subaru Forester — хищник средней полосы

Самый японский из всех кроссоверов

Maxim
Эти странные силы инерции Эти странные силы инерции

Силы инерции — очень необычны

Наука и жизнь
Даосская система «пяти элементов»: как избавиться от осенней хандры Даосская система «пяти элементов»: как избавиться от осенней хандры

Как легко и быстро выйти из осенней хандры?

Psychologies
Попробуй, обмани Попробуй, обмани

Здоровые люди могут самостоятельно ускорить свой обмен веществ. Как это сделать?

Худеем правильно
Найден материал, сверхчувствительный к свету: техника будущего Найден материал, сверхчувствительный к свету: техника будущего

Ученые Университета ИТМО обнаружили сверхчувствительный к свету материал

Популярная механика
Огнем и волной Огнем и волной

3D-печать на сегодня – один из столпов мирового технического прогресса

Популярная механика
Отрывок из книги Александра Кравцова «Найди ментора» Отрывок из книги Александра Кравцова «Найди ментора»

Для чего нужен ментор, где его найти и как выстроить правильное сотрудничество

СНОБ
10 заповедей семейной жизни: проживете вместе долго и, возможно, даже счастливо 10 заповедей семейной жизни: проживете вместе долго и, возможно, даже счастливо

Сакральная десятка правил совместной жизни, которые нужно высечь в граните

Maxim
Что такое счастье и как его достичь. Руководство психолога Юрия Вагина Что такое счастье и как его достичь. Руководство психолога Юрия Вагина

Какую концепцию счастья нам предлагают сегодня?

РБК
По новым правилам По новым правилам

42-й Московский международный кинофестиваль всё же состоялся

OK!
«Я постоянно тренирую терпение и чувство юмора». Чулпан Хаматова — о возрасте, роли Раисы Горбачевой и кризисе благотворительности «Я постоянно тренирую терпение и чувство юмора». Чулпан Хаматова — о возрасте, роли Раисы Горбачевой и кризисе благотворительности

Чулпан Хаматова о материнстве, отношении к возрасту и работе ее фонда

Forbes
«Я была и обманутой женой, и изменницей, и любовницей» «Я была и обманутой женой, и изменницей, и любовницей»

Что такое любовный треугольник?

Psychologies
Легкая медийная рябь. Зачем Евгении Васильевой звание почетного академика Легкая медийная рябь. Зачем Евгении Васильевой звание почетного академика

Кому и как в России вручаются звания почетного академика

СНОБ
Редактирование гена для чайников: как открытие Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье изменило биологию и принесло им Нобелевскую премию Редактирование гена для чайников: как открытие Дженнифер Дудны и Эмманюэль Шарпантье изменило биологию и принесло им Нобелевскую премию

Нобелевскую премию получили ученые, открывшие систему редактирования генов

Forbes
В Китае нашли три самых древних в Евразии мяча В Китае нашли три самых древних в Евразии мяча

Вероятно, игра с ними напоминала современное поло

N+1
Уйди, противник! 14 странных армейских ритуалов и испытаний Уйди, противник! 14 странных армейских ритуалов и испытаний

От этих фотографий волосы встают на голове

Maxim
Лендок Лендок

Ринат Умяров — гений нетворкинга

Собака.ru
Причины для развода: проблемы в отношениях или личностный кризис? Причины для развода: проблемы в отношениях или личностный кризис?

Как психотерапия может помочь пережить развод?

Psychologies
Левый уклон Левый уклон

Археологи нашли могилу знатного викинга, который, скорее всего, был левшой

Вокруг света
Венера в зените Венера в зените

Лучшие способы улучшить или попросту вернуть ощущения от секса

Vogue
Почему важно учиться новому всю жизнь? Почему важно учиться новому всю жизнь?

Стоит ли тратить время, чтобы учиться чему-то новому, когда уже окончил вуз?

Psychologies
Нобелевская премия по литературе: 7 спорных и скандальных лауреатов Нобелевская премия по литературе: 7 спорных и скандальных лауреатов

Самые неоднозначные лауреаты Нобелевской премии по литературе

РБК
Открыть в приложении