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

10 мыслей, чтобы вернуть себе равновесие 10 мыслей, чтобы вернуть себе равновесие

Что делать, если переживания становятся тяжелым испытанием

Psychologies
Тайны вкуса Тайны вкуса

У каждого человека есть собственные вкусовые предпочтения

Здоровье
Андрей Житинкин: Андрей Житинкин:

Андрей Житинкин рассказывает о непростой, но увлекательной работе в театре

Караван историй
«Мы живем вином»: как Simple изменили винную культуру в России «Мы живем вином»: как Simple изменили винную культуру в России

Что изменилось за 25 лет на винном рынке и в компании Simple

Forbes
Детское питание, скрепки для SIM-карт и другие побочные продукты космоса Детское питание, скрепки для SIM-карт и другие побочные продукты космоса

Разговоры о «бесполезности» космической отрасли не стоит принимать всерьез

Популярная механика
«Биткоин будет жить дольше, чем банки»: основатель Exante Алексей Кириенко о криптовалютах и кризисе «Биткоин будет жить дольше, чем банки»: основатель Exante Алексей Кириенко о криптовалютах и кризисе

Алексей Кириенко рассказал о судьбе биткоина и конкуренции с китайскими банками

Forbes
«Ник, одно фото Путина с Калашниковым и тебе…»: арт-куратор Николас Ильин о закулисье русского искусства, миллиардерах и чаепитии с президентом «Ник, одно фото Путина с Калашниковым и тебе…»: арт-куратор Николас Ильин о закулисье русского искусства, миллиардерах и чаепитии с президентом

Культуртрегер Николас Ильин много лет продвигает искусство из России на Западе

Forbes
Роскошь, приносящая деньги: каким премиальным брендам удастся выжить Роскошь, приносящая деньги: каким премиальным брендам удастся выжить

Чтобы выжить в замедляющемся рынке, компаниям сегмента luxury нужны реформы

Forbes
Безвкусица! 5 вещей, которые превратят твой осенний образ в катастрофу Безвкусица! 5 вещей, которые превратят твой осенний образ в катастрофу

О том, чему точно не место в твоем осеннем гардеробе

Cosmopolitan
«Биохакеры торгуют своим телом» «Биохакеры торгуют своим телом»

Погоня за молодостью лишает человека права на полноценную старость

Огонёк
Tele2 подвел итоги четырех лет работы в Москве Tele2 подвел итоги четырех лет работы в Москве

Tele2 остается трендсеттером отрасли по запуску инновационных продуктов

Популярная механика
Время назад! Время назад!

Почему с возрастом ход времени будто ускоряется

Здоровье
15 мыслей Пьера Кардена 15 мыслей Пьера Кардена

Легендарный дизайнер — о посвященном ему фильме «Дом Кардена»

GQ
Приемная семья и школа Приемная семья и школа

О новой для России уникальной стратегии выживания сел рассказали социологи

Огонёк
«Для инвестиций есть еще немало места на рынке» «Для инвестиций есть еще немало места на рынке»

«Эконива» планирует стать крупнейшим вертикально интегрированным агрохолдингом

Эксперт
Место для стариков Место для стариков

На экраны выходит «Арахисовый сокол» — история с необыкновенным актером

СНОБ
Вытащи из продуктов всё полезное Вытащи из продуктов всё полезное

Как готовить овощи и фрукты, чтобы получать из них максимум полезных веществ?

Здоровье
Tanya Tanya

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

Seasons of life
Выбираем циркуляционный насос для отопления: на что обратить внимание? Выбираем циркуляционный насос для отопления: на что обратить внимание?

Как выбрать циркуляционный насос?

CHIP
Начало конца Начало конца

Фильм BBC превратил нацистов в персонажей эпохи фейкньюс

Дилетант
Берем глубже: как выбрать погружной насос для колодца? Берем глубже: как выбрать погружной насос для колодца?

Какой насос для колодца лучше выбрать?

CHIP
Лоферы, санкции, запрет на татуировки и украшения: особенности японского офисного дресс-кода Лоферы, санкции, запрет на татуировки и украшения: особенности японского офисного дресс-кода

Узнайте, пустили бы вас в офис в вашей одежде, работай вы в японской компании

GQ
Как писать мужчине, чтобы у него снесло крышу Как писать мужчине, чтобы у него снесло крышу

Переписка в мессенджерах - основной способ начать общение с мужчиной

Cosmopolitan
«Ни один банк не знает лучше нас, как работать с АПК» «Ни один банк не знает лучше нас, как работать с АПК»

«На текущий момент АПК демонстрирует рентабельность по EBITDA двадцать процентов

Эксперт
Ты стал другим Ты стал другим

У современных мужчин катастрофически падает уровень тестостерона

Tatler
«Железка» в контексте «Железка» в контексте

ОАО РЖД смотрится достойно в табели о рангах крупнейших железнодорожных компаний

Эксперт
В поисках идеального рациона В поисках идеального рациона

Соблюдать здоровый образ жизни становится всё сложнее

Худеем правильно
Транзит выходит на рельсы Транзит выходит на рельсы

Для железных дорог России доступен рост трансконтинентального транзита

Эксперт
Наталья Красина, 34 года: Зооняня на полный день Наталья Красина, 34 года: Зооняня на полный день

Наталья Красина даже подумать не могла, что станет няней для животных

Здоровье
Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни

Как выбрать мужские джинсы, подходящие именно тебе?

Playboy
Открыть в приложении