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

CAR-T-клетки получили прямо в организме четырех пациентов CAR-T-клетки получили прямо в организме четырех пациентов

Результаты испытаний технологии для получения противоопухолевых Т-лимфоцитов

N+1
Российский стартап хочет показывать рекламу лазерами из космоса: насколько это реально и какие есть сомнения Российский стартап хочет показывать рекламу лазерами из космоса: насколько это реально и какие есть сомнения

Avant Space обещает показывать бренды с высоты 600 км и охват в 1 млрд человек

VC.RU
«Был честен с собой и со своим ремеслом»: каким был путь в искусстве Карла Брюллова «Был честен с собой и со своим ремеслом»: каким был путь в искусстве Карла Брюллова

Каким был путь в искусстве Карла Брюллова и как его показывают в музеях

Forbes
Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет Зачем марсоходу лазер: свет далеких планет

Ученые отправят на Марс приборы, которые помогут кораблям выбрать место посадки

Популярная механика
Тайна «пляжного тела» Тайна «пляжного тела»

«Пляжное тела»: почему оно есть у всех и в то же время не существует

VOICE
В чем заключается смысл менопаузы В чем заключается смысл менопаузы

Глава из книги Марти Хейзелтон, посвященная женским гормональным циклам

СНОБ
«От порога к порогу»: 5 стихов одного из важнейших поэтов XX века Пауля Целана «От порога к порогу»: 5 стихов одного из важнейших поэтов XX века Пауля Целана

На русском языке выходит новый сборник поэзии Пауля Целана

Esquire
«Нельзя бухать, надо спать и заниматься спортом. Что тут гениального?»: российские предприниматели о советах Павла Дурова «Нельзя бухать, надо спать и заниматься спортом. Что тут гениального?»: российские предприниматели о советах Павла Дурова

Что российские предприниматели думают о принципах жизни Павла Дурова

Forbes
Как устроены опоры ЛЭП Как устроены опоры ЛЭП

Что может быть обыденнее линий электропередач?

Популярная механика
Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка Зайки и лужайки: 6 очень плохих причин рожать ребенка

На самом деле, есть только одна причина, чтобы стать матерью

Cosmopolitan
Венера в зените Венера в зените

Лучшие способы улучшить или попросту вернуть ощущения от секса

Vogue
Можно ли создать самые точные часы в мире: неожиданный прорыв Можно ли создать самые точные часы в мире: неожиданный прорыв

Физики приблизились к созданию самой точной системы измерения времени

Популярная механика
«Любовь — это всегда про грусть. И секундное счастье» «Любовь — это всегда про грусть. И секундное счастье»

Рената Литвинова берет интервью у своей дочери Ульяны Добровской

OK!
Идеальная пятёрка для домашнего тренинга Идеальная пятёрка для домашнего тренинга

Топ-5 предметов, которые помогут поддерживать форму дома

Худеем правильно
«Забудем как страшный сон»: как Сбербанк три года превращался в «Сбер» «Забудем как страшный сон»: как Сбербанк три года превращался в «Сбер»

История процесса обновления бренда Сбербанка

Forbes
100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 1: верхняя одежда, пиджак, рубашка 100 самых честных правил мужского гардероба! Часть 1: верхняя одежда, пиджак, рубашка

Как быть, если хочется добавить в образ солидности?

Maxim
Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки Малый веретенник пролетел рекордные 12200 километров без единой остановки

Малый веретенник летел без остановки 11 дней

N+1
Как важно уметь говорить «нет» и делать это правильно Как важно уметь говорить «нет» и делать это правильно

Умение сказать «нет» много значит для психического здоровья и уверенности в себе

Psychologies
Внутренняя инженерия Внутренняя инженерия

Путь к радости. Практическое руководство от йога

kiozk originals
(Нео)сознанное (Нео)сознанное

Как бессознательный ум управляет нашим поведением

kiozk originals
Цивилизации Цивилизации

Образы людей и богов в искусстве от Древнего мира до наших дней

kiozk originals
Детство, ты куда? Детство, ты куда?

Красота для поколения Z

Tatler
«Современный музей — это не хранение, а диалог с посетителем». Разговор сотрудниц Политеха об инклюзивности, образовании и новых форматах взаимодействия «Современный музей — это не хранение, а диалог с посетителем». Разговор сотрудниц Политеха об инклюзивности, образовании и новых форматах взаимодействия

Зачем музею говорить о правах человека

СНОБ
Необитаемая Земля Необитаемая Земля

Жизнь после глобального потепления

kiozk originals
Питьевая вода Питьевая вода

История питьевой воды и способы сохранить ее запасы для будущих поколений

kiozk originals
Алесь Адамович Алесь Адамович

Опыт, пережитый Адамовичем во время войны, определил его мировоззрение

Дилетант
Мне бы в небо: 10 фактов о работе стюардессы Мне бы в небо: 10 фактов о работе стюардессы

Наверное, каждая девочка мечтала стать стюардессой

Cosmopolitan
Операция «Преемник» по-римски Операция «Преемник» по-римски

Октавиан установил новые правила передачи власти

Дилетант
Смотрим на ключицы! Звезды, подчеркивающие декольте безумно дорогими украшениями Смотрим на ключицы! Звезды, подчеркивающие декольте безумно дорогими украшениями

Подчеркнуть ключицы можно разными способами, но звезды выбирают самый дорогой

Cosmopolitan
Якутское Якутское

В кино произошел разворот в сторону то ли большой России, то ли подлинного наива

Esquire
Открыть в приложении