Что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

СНОБНаука

Мир вечный, но плоский: Нобелевская по физике глазами дилетанта и академика Старобинского

Половина Нобелевской премии досталась человеку, попытавшемуся понять сразу все на свете и изрядно в этом преуспевшему. Академик Алексей Старобинский специально для «Сноба» объяснил, что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

Алексей Алексенко

e8c59598b36dfd5f7a5e777534ba406edc5f836c2bf6b51ca9bcb0c977264657.jpg
Фото: Greg Rakozy/Unsplash

Первая половина Нобелевской премии по физике досталась Мишелю Майору и Дидье Кело, доказавшим, по существу, то, о чем некогда рассуждал Джордано Бруно со столь печальными для себя последствиями. Но для современных искателей поверхностного научно-популярного знания планеты — это все же мелковато. Нашим читателям хочется понять не какие-то там звездные системы — на это жизни не хватит, — а все мироздание разом. Такие знания позволяют худо-бедно рассуждать о Боге, смысле жизни и других волнующих предметах.

Однако, чтобы использовать такие знания по назначению, надо хоть немного в чем-то разбираться, и автор этих строк, признавая собственную беспомощность, обратился к академику Алексею Старобинскому, физику-теоретику, немало сделавшему для теоретической космологии, за объяснениями. Ему мы и дадим слово в этой заметке. Впрочем, нам придется вставить и собственные слова, заполняя тем самым гэп между дремучим невежеством — предполагаемым состоянием читателя научно-популярных заметок — и невежеством-плюс, олицетворяемым автором.

Алексей Старобинский:

Вклад Джеймса Пиблса определен как «теоретические открытия в физической космологии». Из этой формулировки сразу видно, что речь идет не о каком-то одном «гениальном скачке», а о совокупности работ, в сумме внесших важный вклад в установление современной картины строения Вселенной в настоящее время и ее эволюции в прошлом, а именно на стадии доминирования нерелятивистской материи (какой — это отдельный вопрос) и предшествовавшей ей стадии горячего Большого взрыва (стадии доминирования излучения и ультрарелятивистских частиц и античастиц в тепловом равновесии с большой и даже очень большой — в более далеком прошлом — температурой). Сразу подчеркну, что это еще далеко не полная история Вселенной — горячему Большому взрыву предшествовала холодная де-Ситтеровская (инфляционная) стадия, но за нее Нобелевские премии (в отличие от премии Кавли) еще не присуждались, поскольку она пока еще не считается окончательно и однозначно подтвержденной наблюдениями.

Мир общим планом

Автор-дилетант: Что такое вообще эта самая «картина строения Вселенной»? Наука физика занимается простыми вещами вроде двух шаров, летящих друг к другу из пустого пространства, чтобы столкнуться и навеки разлететься в никуда. Из подобных задачек нелегко собрать картину реальности, потому что на самом деле реальность сложна и хаотична. Вот прямо сейчас в поле моего зрения трехлитровая банка с наливкой из черноплодки, спящая кошка, серое осеннее небо и ржавеющая решетка для мангала — выведите-ка уравнение, которое все это опишет.

Физики тоже такого не могут, однако к ХХ веку они научились решать много разных задач вроде той, про шары. В какой-то момент им показалось, что, если не всматриваться в детали мироздания — в кошку или в банку с наливкой, — а взглянуть на Вселенную в целом, она может показаться довольно простой, как в одной из их задачек. Например, однородным пространством, равномерно заполненным материей (все же зависит от масштаба — чем дальше отойдешь, тем меньше видно детали и тем монотоннее картинка). Еще физики знали, что Вселенная расширяется, это было установлено астрономами.

И вот совсем простая задачка: посчитайте-ка энергию маленького шарика, который находится на поверхности расширяющейся сферы в пространстве, заполненном некой субстанцией. Это может в принципе сделать старательный первокурсник, даже не знающий теории Эйнштейна. Если он все правильно запишет, а потом немного преобразует формулу, у него может получиться штука, которая называется «первым уравнением Фридмана». Из него следует удивительный факт: если плотность нашей упрощенной среды, в которой живет воображаемый шарик, меньше некой критической плотности, то расширение, которое мы постулировали в начале, будет продолжаться бесконечно, а если плотность больше, расширение сменится сжатием. Повторяю, для этого вывода не нужен даже Эйнштейн, пытливый читатель может сам в этом убедиться.

Александр Фридман вывел свои уравнения еще в 1920-х, и он-то, в отличие от нас, общую теорию относительности знал очень хорошо. Это помогает, потому что некая конфигурация переменных из его уравнения оказывается ровно тем самым, что в теории Эйнштейна называется «кривизной пространства». Что это такое? В обычном пространстве, где правит школьная геометрия, параллельные прямые всегда параллельны, а сумма углов треугольника — ровно 180 градусов. Это значит, что «его кривизна равна нулю». Если кривизна больше нуля, параллельные прямые будут сходиться, как меридианы на глобусе, а сумма углов станет больше 180 градусов. Если же кривизна меньше нуля, параллельные расходятся, а треугольник до 180 градусов не дотягивает.

Ну так вот, из того же уравнения можно догадаться, что кривизна пространства нулевая только в том случае, если плотность равна критической. Если она больше, то пространство имеет положительную кривизну (и, возможно, оно даже замкнутое, то есть в нем конечное число «мест», как на круглой Земле). При этом, как мы помним, оно не может расширяться бесконечно, а когда-нибудь схлопнется в точку и прекратит свое существование. Если же плотность меньше... ну, вы понимаете. Остается узнать, в каком пространстве мы живем на самом деле, — какая там плотность материи, какая кривизна, — и общая картина прояснится.

Далее: чтобы в точности понять Вселенную, как она есть сейчас, неплохо бы разобраться, как она дошла до такого состояния. А для этого придется проследить ее развитие с самого начала — разобраться, как из горячего и плотного сгустка не пойми чего получились атомы и галактики. Кстати, о том, что началось все с Большого взрыва, первым, кажется, догадался Эдгар По еще в XIX столетии. В прозаической поэме «Эврика» он отметил, что это единственное возможное объяснение, почему ночное небо не заполнено сплошняком звездами, а выглядит черным. Это, считал По, оттого, что мир имел начало и произошел из первичной частицы, которая в какой-то момент взорвалась.

Примерно с таким багажом вступила космология в ХХ век: было понятно, что Вселенная расширяется, что она возникла из плотного и горячего сгустка, а потом остывала и что уравнения Эйнштейна и другие простые законы физики управляли всем этим действом от начала и до сегодняшнего дня. Этой историей занимались множество физиков, так что кому-то даже покажется немного нечестным, что из них лишь Джеймс Пиблс получил Нобелевку. Среди них были и физики из России: уже упомянутый Фридман, Георгий Гамов, Евгений Лившиц, Андрей Дорошкевич, Игорь Новиков, Яков Зельдович. Да хоть бы и тот же Старобинский, хоть и в немного другом аспекте большого вопроса «Как устроено все на свете?».

Впрочем, наша статья не обо «всем на свете», а именно о Пиблсе. О том, что именно сделал он сам, рассказывает академик Старобинский.

Фундамент

Алексей Старобинский:

Итак, каков же по моему мнению основной вклад Пиблса в современную стандартную космологическую модель, точнее, в ту ее часть, которая подтверждена многочисленными наблюдениями? Я бы отнес сюда четыре его статьи 1966–1970 гг. по трем важным разделам космологии. Сразу замечу, что эти статьи не только не исчерпывают всего его вклада в теоретическую космологию, но даже и отнюдь не самые цитируемые — но об этом ниже.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Музей как увлечение Музей как увлечение

Единственный в своем роде: музей при Институте космических исследований РАН

Знание – сила
Лучшие женские татуировки на интимных местах: откровенные и манящие Лучшие женские татуировки на интимных местах: откровенные и манящие

На женские тату на интимных местах можно смотреть бесконечно...

Playboy
5 достойных смартфонов отечественных производителей 5 достойных смартфонов отечественных производителей

Кроме китайских телефонов существуют неплохие российские бюджетники на Android

CHIP
Тест монитора Asus Designo Curve MX38VC: король ультра-широкого формата Тест монитора Asus Designo Curve MX38VC: король ультра-широкого формата

Монитор Asus Designo Curve MX38VC относится к офисному сегменту

CHIP
Бутинизация патриотизма. Почему героизация Марии Бутиной опасна для общества и власти Бутинизация патриотизма. Почему героизация Марии Бутиной опасна для общества и власти

Российский МИД обязан был защищать Марию Бутину

СНОБ
Ученые смоделировали высоковольтный разряд перед сверхзвуковым самолетом Ученые смоделировали высоковольтный разряд перед сверхзвуковым самолетом

Ученые смоделировали взаимодействие высоковольтного разряда с ударной волной

Популярная механика
Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка

Почему генеральный директор Breitling отказался от участия в Baselworld

РБК
Главные тренды: модные женские луки осень-зима – 2019/2020 Главные тренды: модные женские луки осень-зима – 2019/2020

Модные луки на каждый день осени и зимы, которые будут актуальны в 2019 году

Cosmopolitan
Что не стоит рассказывать друзьям о своих отношениях: 4 запретных темы Что не стоит рассказывать друзьям о своих отношениях: 4 запретных темы

Твоим друзьям и родственникам не нужно знать все о твоей личной жизни

Playboy
«Времена» и нравы «Времена» и нравы

Лилит Адибекян удалось выманить большие бренды из центра

Vogue
Шепоты и крики: в Москве пройдет фестиваль shnit Шепоты и крики: в Москве пройдет фестиваль shnit

На фестивале короткометражных фильмов покажут больше ста картин

СНОБ
Ябеда не приходит одна Ябеда не приходит одна

Народ способен вынести что угодно, если разрешить ему жаловаться на жизнь

GQ
#пронауку: какими на самом деле были неандертальцы #пронауку: какими на самом деле были неандертальцы

Что общего у нас с человеком из неолита и почему его подвергали дискриминации

РБК
Точно продюсер Точно продюсер

Рассказываем обо всем самом главном, что есть в жизни Риз Уизерспун

Glamour
Одноразовая авиация: самые знаменитые боевые планеры Одноразовая авиация: самые знаменитые боевые планеры

Враг, которого наша страна победила в 1941-1945 гг., был хитер и изобретателен

Популярная механика
Bloomberg рассказал о кардинальной смене внешней политики России Bloomberg рассказал о кардинальной смене внешней политики России

Владимир Путин решил применить более мягкий подход во внешней политике России

Forbes
Последнее китайское предупреждение Последнее китайское предупреждение

Как миллионы жителей Гонконга спасают демократию при помощи зонтиков

GQ
Некирпичная рапсодия Некирпичная рапсодия

Как сделать детей живыми, или несколько слов об Анне Сушенцовой

Русский репортер
Суд впервые развернул сделку по продаже государством частного банка Суд впервые развернул сделку по продаже государством частного банка

Суд признал недействительной продажу банка из группы «Лайф»

Forbes
#профессия: режиссер дубляжа — о том, как озвучивают голливудских звезд #профессия: режиссер дубляжа — о том, как озвучивают голливудских звезд

Актер и режиссер дубляжа Евгений Хазов раскрывает секреты своей профессии

РБК
Полет фантазии Полет фантазии

Мы нашли самые необычные отели, отдых в которых вам точно запомнится надолго

Grazia
Выйти из ступора: советы японского нейробиолога Выйти из ступора: советы японского нейробиолога

Как собраться с мыслями, когда перед вами стоит много задач, а в голове туман

Psychologies
Революция 1989: хроника событий Революция 1989: хроника событий

Хроника событий, связанных с падением Берлинской стены

Дилетант
Роман, придуманный во сне: реальная история доктора Джекила и мистера Хайда Роман, придуманный во сне: реальная история доктора Джекила и мистера Хайда

Наследник внушительного состояния, талантливый ремесленник и лидер банды

Forbes
Данила Козловский привез из Грузии «девчонку», которую увидел на обочине Данила Козловский привез из Грузии «девчонку», которую увидел на обочине

Данила Козловский умилил поклонников рассказом о путешествии в Грузию

Cosmopolitan
Желаю всего самого лучшего Желаю всего самого лучшего

Что будет, если попробовать желать себе всего самого лучшего

Psychologies
Сага о чёрных точках Сага о чёрных точках

Чёрные точки на лице – одна из самых распространённых дерматологических проблем

Здоровье
За и против: почему нештрафуемый порог +20 км/ч нужно отменять За и против: почему нештрафуемый порог +20 км/ч нужно отменять

Почему нештрафуемые +20 км/ч нужно пересмотреть?

РБК
Что я в нем нашла? Что я в нем нашла?

Внешность не главное, первое впечатление обманчиво — все уяснили еще в детстве

Добрые советы
«Никакой экосистемы TON не существует»: почему SEC остановила ICO Telegram и что это значит для проекта Дурова «Никакой экосистемы TON не существует»: почему SEC остановила ICO Telegram и что это значит для проекта Дурова

SEC добилась временного судебного запрета в отношении Telegram Group Inc.

Forbes
Открыть в приложении