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

«Насилие. Микросоциологическая теория» «Насилие. Микросоциологическая теория»

Как перестрелки вытеснили честные поединки

N+1
11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся 11 способов удивить девушку в постели, которые ей понравятся

Лучшие идеи, как доставить удовольствие партнерше во время занятий любовью

Playboy
Аристократы и юмор: как Джилли Купер создала бестселлеры о высшем обществе Британии Аристократы и юмор: как Джилли Купер создала бестселлеры о высшем обществе Британии

Как Джилли Купер изменила отношение британцев к любовным романам

Forbes
Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями Кремний с нанопорами — материал с неисчерпаемыми возможностями

Нанопористый кремний — перспективный материал для микроэлектроники и биомедицины

Наука и жизнь
Как набрать мышечную массу согласно науке: секреты рельефного тела Как набрать мышечную массу согласно науке: секреты рельефного тела

Набор мышечной массы – это не просто про штангу и куриную грудку

ТехИнсайдер
Оптическая спектроскопия помогла детально изучить мемристор Оптическая спектроскопия помогла детально изучить мемристор

Такой метод хорош тем, что является неразрушающим

N+1
Тамара Гвердцители: Тамара Гвердцители:

Большое интервью с Тамарой Гвердцители

Караван историй
Чем открыть файлы формата djvu? Чем открыть файлы формата djvu?

Самые удобные программы и приложения для файлов djvu

CHIP
Химия на кухне: как отобрать у риса калории и сделать курицу сочнее Химия на кухне: как отобрать у риса калории и сделать курицу сочнее

Три кухонных лайфхака, за которыми стоит сложная органическая химия

Популярная механика
9 простых способов стать интереснее окружающим 9 простых способов стать интереснее окружающим

Людям нравятся те, кто искренне интересуется окружающими и самой жизнью

Psychologies
Сила растений Сила растений

Что такое фитотерапия

Yoga Journal
Гид по разъемам в твоем компьютере, смартфоне и телевизоре Гид по разъемам в твоем компьютере, смартфоне и телевизоре

Решительная попытка разобраться во всех вариантах USB

Maxim
12 качеств по-настоящему классных людей 12 качеств по-настоящему классных людей

Многие из нас хотели бы стать «круче», но как это сделать?

Psychologies
Проблема второго шага: сможет ли Алексей Навальный сыграть свою новую роль на политической сцене России Проблема второго шага: сможет ли Алексей Навальный сыграть свою новую роль на политической сцене России

Алексей Навальный уже давно играет на политической сцене страны уникальную роль

Forbes
Трое детей и музыкальная карьера: как сейчас выглядят звезды сериала «Сплетница» Трое детей и музыкальная карьера: как сейчас выглядят звезды сериала «Сплетница»

Как живут и чем занимаются актеры, известные по ролям в сериале «Сплетница»

Cosmopolitan
Почему теннисные корты больше не делают синего цвета Почему теннисные корты больше не делают синего цвета

Раньше трава была зеленее, а теннисные корты — синее

Maxim
Родина не мила: Собчак, Литвинова и еще 5 звезд, которые критикуют Россию Родина не мила: Собчак, Литвинова и еще 5 звезд, которые критикуют Россию

Патриотизм - это не всегда восхищение собственной страной

Cosmopolitan
7 цветов в одежде, которые делают образ дороже и всегда актуальны 7 цветов в одежде, которые делают образ дороже и всегда актуальны

Чтобы собрать «дорогой» образ, необязательно тратить на одежду кучу денег

Cosmopolitan
Квадрат или круг? Как определить форму своего лица правильно — гид Квадрат или круг? Как определить форму своего лица правильно — гид

Как правильно соотнести реальную внешность с геометрическими терминами?

Cosmopolitan
Что будет, если вы случайно уничтожите бесценный артефакт в музее Что будет, если вы случайно уничтожите бесценный артефакт в музее

Что ждет неуклюжих любителей искусства и вандалов в музеях?

Популярная механика
Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого Ты же девочка! Алина Фаркаш о том, как дискриминируют женщин, не замечая этого

Как общество дискриминирует женщин и девочек

Cosmopolitan
OSA – битмейкер, музыкант и продюсер, чье имя вам точно нужно запомнить OSA – битмейкер, музыкант и продюсер, чье имя вам точно нужно запомнить

OSA - о работе с Saluki, деньгах, новом релизе Хаски и TikTok

GQ
5 самых важных искусственных интеллектов в 2020 году 5 самых важных искусственных интеллектов в 2020 году

Современные ИИ начинают выполнять задачи, которые человеку не под силу

Maxim
Нужно ли убивать отрасль возобновляемой энергетики Нужно ли убивать отрасль возобновляемой энергетики

Что будет с российским бизнесом из-за сокращения программы ветропарков

СНОБ
От муки и продуктов до подлодок и боевых голубей: история одного из самых «надёжных» брендов США General Mills От муки и продуктов до подлодок и боевых голубей: история одного из самых «надёжных» брендов США General Mills

В 2020 году General Mills вошла в список семи самых надёжных компаний Америки

VC.RU
Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма Украл спорткар и попал в полицию: факты о жизни Джейсона Стэтхэма

Джейсон стал героем без страха и упрека, которого не хватало публике

Cosmopolitan
«Я поняла и простила мать, но перестала с ней общаться» «Я поняла и простила мать, но перестала с ней общаться»

Нужно ли стремиться к сохранению связи с самым близким по рождению человеком?

Psychologies
10 ядерных технологий, которые изменят мир 10 ядерных технологий, которые изменят мир

Эти технологии изменят атомную промышленность

Популярная механика
7 инноваций, которые построили Древний Рим 7 инноваций, которые построили Древний Рим

Как думаете, что общего у общественного туалета, газеты и патруля ДПС?

Популярная механика
Быть одной: Алина Фаркаш о женском одиночестве Быть одной: Алина Фаркаш о женском одиночестве

Культ бодрой самостоятельной женщины обернулся страхом одиночества

Cosmopolitan
Открыть в приложении