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

Химики надышали аммиака в микрокапли воды Химики надышали аммиака в микрокапли воды

Что они представляют собой заряженные частицы, детектируемые с микрокаплями воды

N+1
7 лучших игр-песочниц 7 лучших игр-песочниц

Когда сюжет — для слабаков

Maxim
Почему мозгу нужно ошибаться и можно ли этого избежать Почему мозгу нужно ошибаться и можно ли этого избежать

Почему мы попадаемся в ловушку собственного мышления

Inc.
Обсерватория SOFIA нашла молекулы воды в лунном кратере Обсерватория SOFIA нашла молекулы воды в лунном кратере

Астрономы обнаружили молекулы воды в грунте лунного кратера

N+1
10 ошибок в аэропорту, которые дорого вам обойдутся 10 ошибок в аэропорту, которые дорого вам обойдутся

Рассказываем о мелочах, которые могут существенно подорвать бюджет поездки

Maxim
«Старик с хорошим лицом». Как Шону Коннери удалось все — в кино и жизни «Старик с хорошим лицом». Как Шону Коннери удалось все — в кино и жизни

Творческий путь британского актера, остававшегося самим собой до конца

РБК
Почему Россия не берет Тбилиси Почему Россия не берет Тбилиси

Вплоть до 2020 года Москва действовала жестко, но умеренно

СНОБ
Урок литературы длиною в жизнь Урок литературы длиною в жизнь

Разговор учительницы и ученика, которые впервые встретились в середине 50-х

Seasons of life
Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках Золотой щит: почему растет спрос на металлические счета в банках

Почему металлические счета — не самый выгодный инвестиционный инструмент

Forbes
Не требуйте совершенства: почему не стоит искать виноватых Не требуйте совершенства: почему не стоит искать виноватых

Как перестать обвинять себя и других?

Psychologies
Моя земля! Моя земля!

Самые ценные советы в путешествиях всегда дают местные жители или завсегдатаи

Grazia
В Марокко нашли птерозавра с тонким беззубым клювом В Марокко нашли птерозавра с тонким беззубым клювом

Судя по всему, крылатая рептилия добывала корм, зондируя ил длинным клювом

N+1
Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма Клетки спинного мозга восстановили внутри живого организма

Ученые выяснили, что внутри организма можно направленно создавать нервные клетки

Популярная механика
Первое лекарство от лихорадки Эбола одобрили в США Первое лекарство от лихорадки Эбола одобрили в США

Оно состоит из трех антител к поверхностному белку эболавируса

N+1
Отрывок из книги Анатолия Рясова «В молчании» Отрывок из книги Анатолия Рясова «В молчании»

Фрагмент книги Анатолия Рясова «В молчании» (издательство ArsisBooks)

СНОБ
Art&Science Art&Science

Можно ли объединить науку и искусство

Популярная механика
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
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
Тихий будет злиться: что известно об экологической катастрофе на Камчатке Тихий будет злиться: что известно об экологической катастрофе на Камчатке

На Камчатке произошла экологическая катастрофа

Esquire
Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи Худи с петлей и пижама в полоску: как вещи со скандалом снимали с продажи

Случаи, когда модные дома отказывались от вещей из-за общественного резонанса

РБК
Входит в стоимость Входит в стоимость

Действительно ли маска за 1000 рублей эффективнее, чем маска за 100?

Glamour
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
Темную материю ограничили с помощью оптических часов Темную материю ограничили с помощью оптических часов

Физики не обнаружили колебаний постоянной тонкой структуры и массы электрона

N+1
Периоды детского развития: младенчество Периоды детского развития: младенчество

Что происходит с ребенком в период от рождения до года

Psychologies
Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта Может ли минеральная вода навредить зубам: мнение эксперта

В медиа все чаще появляются публикации о том, что минералка вредит зубам

Psychologies
Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

Уйдут ли заповедники в прошлое или, наоборот, станут более востребованными?

Наука и жизнь
И на экране твой любимый герой… И на экране твой любимый герой…

История мистера Дарси из сериала «Гордость и предубеждение» 1995 года

Лиза
«Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео «Перепридумать TikTok вряд ли получится»: что не так с сервисами YouTube и Facebook для создания коротких видео

Смогут ли новые игроки откусить кусок «тиктоковского пирога»

Forbes
Сколько можно страдать по прошлому? Рассуждает Алина Фаркаш Сколько можно страдать по прошлому? Рассуждает Алина Фаркаш

Почему в нашей культуре будто поощряются страдания

Cosmopolitan
Аномальное скопление звезд поставило астрономов в тупик Аномальное скопление звезд поставило астрономов в тупик

Скопление звезд, которое опровергает представления о том, как образуются светила

Популярная механика
Открыть в приложении