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

Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет» Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет»

Юлия Бордовских — о новой профессии, отношении к возрасту и идеалах красоты

Здоровье
В мире поумневших вещей. Cкоро их присутствие в нашей жизни станет еще заметнее В мире поумневших вещей. Cкоро их присутствие в нашей жизни станет еще заметнее

Интернет вещей — это одно из проявлений глобального процесса цифровизации

СНОБ
Пунктуальность высокого полета Пунктуальность высокого полета

С ростом рынка авиаперевозок требуются новые меры контроля регулярности полетов

РБК
С чего начинают миллиардеры? Первый бизнес богатейших людей планеты С чего начинают миллиардеры? Первый бизнес богатейших людей планеты

Ранние страницы биографий богатейших людей США

Forbes
Помощник президента Татарстана — об архитектурной биеннале Помощник президента Татарстана — об архитектурной биеннале

Почему архитектурный смотр в Татарстане важен для республики и для архитекторов

РБК
Физики смогли экспериментально воссоздать среду образования первых звезд Физики смогли экспериментально воссоздать среду образования первых звезд

Новый масштабный эксперимент ученых

Популярная механика
Лето – старт полезных привычек Лето – старт полезных привычек

Приобретаем полезные привычки с лета!

Здоровье
Грабли-бумс Грабли-бумс

Довольно часто наши отношения с мужчинами развиваются по одному сценарию

Добрые советы
Белоснежка или Рапунцель: проблемы коротких и длинных волос Белоснежка или Рапунцель: проблемы коротких и длинных волос

С какими проблемами сталкиваются обладательницы волос разной длины

Cosmopolitan
Бейонсе, Ким Кардашьян и другие звезды, которых отказывались одевать дизайнеры Бейонсе, Ким Кардашьян и другие звезды, которых отказывались одевать дизайнеры

Некоторым звездам марки отказываются предоставлять свою одежду

Cosmopolitan
Средство от осенней хандры: чего ждать от нового фильма Вуди Аллена Средство от осенней хандры: чего ждать от нового фильма Вуди Аллена

В российский прокат вышел фильм «Дождливый день в Нью-Йорке»

РБК
Почему модницам просто необходима книга Скотта Шумана, посвященная Индии Почему модницам просто необходима книга Скотта Шумана, посвященная Индии

Результат 10 лет путешествий одного из родоначальников стритстайл-фотографов

Vogue
Как пандемия «свиной чумы» распространяется по планете: апокалипсис свиней Как пандемия «свиной чумы» распространяется по планете: апокалипсис свиней

В сентябре китайские власти распродали с аукциона 10 тысяч тонн свинины

Популярная механика
«Мир пришел ко мне» «Мир пришел ко мне»

Так получилось, что Андрей Звонкий стал популярен совсем недавно

OK!
Плотные маски и закрытые территории: как устроен фармацевтический завод Плотные маски и закрытые территории: как устроен фармацевтический завод

Как все устроено на заводе биотехнологической компании BIOCAD

Популярная механика
Где снимали «Острые козырьки» Где снимали «Острые козырьки»

Краткий гид по Великобритании 1920-х годов

GQ
Новые правила и маршруты: как изменится экзамен на права в ГИБДД Новые правила и маршруты: как изменится экзамен на права в ГИБДД

В Госавтоинспекции раскрыли все подробности

РБК
13 богатейших американцев до 40 лет. Как они стали миллиардерами? 13 богатейших американцев до 40 лет. Как они стали миллиардерами?

Новый рейтинг богатейших людей Америки по версии Forbes

Forbes
Tanya Tanya

В черном платье Тани Котеговой чувствуешь себя защищенно и тепло, как в коконе

Seasons of life
Как одеваются итальянки в 40, 50 и 60 лет —секреты стиля в любом возрасте Как одеваются итальянки в 40, 50 и 60 лет —секреты стиля в любом возрасте

Fashion-секреты главных итальянских звезд в нашем материале

Cosmopolitan
«Говорить о неэффективности следствия не приходится»: суд оставил Калви и Дельпаля под домашним арестом «Говорить о неэффективности следствия не приходится»: суд оставил Калви и Дельпаля под домашним арестом

Басманный суд не выпустил из-под домашнего ареста фигурантов дела Baring Vostok

Forbes
Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии» Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии»

Коммерческий директор Renault о подписке на автомобили и других трендах рынка

РБК
Как ускорить домашний Wi-Fi Как ускорить домашний Wi-Fi

Есть некоторые способы сделать подключение к интернету быстрее

Популярная механика
Кому он нужен, этот секс? Кому он нужен, этот секс?

Как на самом деле женщины относятся к сексу

Домашний Очаг
Миссия «Восстановление» Миссия «Восстановление»

Как противостоять осеннему волосопаду?

Худеем правильно
Как удлинить интернет кабель: 4 разных способа Как удлинить интернет кабель: 4 разных способа

Существует несколько способов удлинить интернет-кабель

CHIP
Светлана Камынина: Не буду удерживать того, кто хочет уйти Светлана Камынина: Не буду удерживать того, кто хочет уйти

Актриса Светлана Камынина, кажется, могла бы руководить целой клиникой

Добрые советы
Самые «горячие» дети олигархов: кто они и чем занимаются Самые «горячие» дети олигархов: кто они и чем занимаются

Кто из наследников олигархов уже готов громко заявить о себе

Cosmopolitan
Не просто «жена Пола» и «мама Стеллы»: кем была фотограф и музыкант Линда Маккартни Не просто «жена Пола» и «мама Стеллы»: кем была фотограф и музыкант Линда Маккартни

До замужества американка Линда Истман была успешным репортажным фотографом

Esquire
Почему важно вовремя разъехаться с родителями Почему важно вовремя разъехаться с родителями

Что мы теряем, продолжая жить под родительской крышей

Psychologies
Открыть в приложении