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

20 продуктов, о высокой калорийности которых вы даже не догадывались 20 продуктов, о высокой калорийности которых вы даже не догадывались

Являются ли полезными и не жирными продукты, что лежат у вас в корзине?

Популярная механика
Красота по расчёту Красота по расчёту

Архитектор Антон Петров реконструировал загородный дом

SALON-Interior
Как носить вещи из коллаборации Giambattista Valli x H&M Как носить вещи из коллаборации Giambattista Valli x H&M

Мы всегда рады брюкам с леопардовым принтом

GQ
Миллиардерша и рэпер расстались? Нюансы отношений Кайли Дженнер и Трэвиса Скотта Миллиардерша и рэпер расстались? Нюансы отношений Кайли Дженнер и Трэвиса Скотта

Дженнер Кайли поставила на паузу свои отношения с рэпером Трэвисом Скоттом

Cosmopolitan
Экстремальный ультрафиолет Экстремальный ультрафиолет

Полупроводниковая промышленность берет курс на экстремальный ультрафиолет

Эксперт
Опровергнута причина исчезновения неандертальцев Опровергнута причина исчезновения неандертальцев

Новые исследования свидетельствуют о том, что неандертальцы умели добывать огонь

Популярная механика
Довести до единицы: растительные масла получат новый норматив Довести до единицы: растительные масла получат новый норматив

В России грядет ужесточение законодательства в отношении изготовления масла

Эксперт
5 лучших игровых мышей, которые доступны в 2019 году 5 лучших игровых мышей, которые доступны в 2019 году

На рынке игровой компьютерной периферии есть годные модели, мы выбрали 5 лучших

CHIP
Что делать, когда выпадают волосы у мужчин: проверенные советы Что делать, когда выпадают волосы у мужчин: проверенные советы

Заметил, что начал терять волосы? Не волнуйся, мы расскажем, что с этим делать

Playboy
Кожа и драгоценности: российские звезды в дерзких образах появились на премьере Кожа и драгоценности: российские звезды в дерзких образах появились на премьере

В Москве состоялась российская премьера фильма «Дождливый день в Нью-Йорке»

Cosmopolitan
Попробуйте почитать эротические журналы Попробуйте почитать эротические журналы

Я люблю порно, я его просто обожаю

GQ
История царских спецслужб в период первой мировой войны История царских спецслужб в период первой мировой войны

Отрывок из книги Владимира Хутарева-Гарнишевского

Esquire
Ян Гэ: «Главное, чему Россия меня научила, — это терпеть» Ян Гэ: «Главное, чему Россия меня научила, — это терпеть»

Ян Гэ — про русских и китайцев, соцсети и еду

РБК
Новые старые грабли: будет ли в России банковский кризис? Новые старые грабли: будет ли в России банковский кризис?

Насколько уязвим российский банковский сектор к внешним и внутренним рискам

Forbes
Настроение среднего класса в России улучшилось рекордно почти за три года Настроение среднего класса в России улучшилось рекордно почти за три года

Средний класс в России все еще старается меньше тратить на продукты

Forbes
«Времена» и нравы «Времена» и нравы

Лилит Адибекян удалось выманить большие бренды из центра

Vogue
Как люди читают руками: история появления шрифта Брайля Как люди читают руками: история появления шрифта Брайля

Цепь событий, приведших к появлению шрифта Брайля

Популярная механика
Игры разума Игры разума

Современный интерьер, построенный на игре фактур

SALON-Interior
Кроссфит-тренировки на 5 дней — комплекс упражнений и программа тренировок Кроссфит-тренировки на 5 дней — комплекс упражнений и программа тренировок

Кроссфит-тренировки — быстрый и эффективный способ повысить выносливость

Cosmopolitan
Внутренний голос — друг или враг? Внутренний голос — друг или враг?

С внутренним голосом стоит подружиться — и тогда многое изменится к лучшему

Psychologies
Медленно, но верно Медленно, но верно

Если научиться есть медленно, проблема лишнего веса отпадёт сама собой

Худеем правильно
Куда движется автопром: будущее глазами его создателей Куда движется автопром: будущее глазами его создателей

Что по этому поводу думают в руководстве крупнейших автомобильных компаний?

Популярная механика
Свёкла — суперфуд Свёкла — суперфуд

Овощ неприхотлив, долго хранится и стоит копейки

Здоровье
Обзор смартфона OnePlus 7T: бескомпромиссная мощность и крутая камера Обзор смартфона OnePlus 7T: бескомпромиссная мощность и крутая камера

Смартфон OnePlus 7T получил мощную начинку и обзавелся супер быстрой зарядкой

CHIP
Ким Кардашьян извинилась перед президентом Армении и пообещала его удивить Ким Кардашьян извинилась перед президентом Армении и пообещала его удивить

Сестры Кардашьян удостоились аудиенции с президентом Армении, Арменом Саркисяном

Cosmopolitan
Пунктуальность высокого полета Пунктуальность высокого полета

С ростом рынка авиаперевозок требуются новые меры контроля регулярности полетов

РБК
Пандемия фоторобот Пандемия фоторобот

Рано или поздно она случится: вспышка высоко заразной, летальной инфекции

Популярная механика
Виктория Складчикова: «Женщины тоже имеют право шутить!» Виктория Складчикова: «Женщины тоже имеют право шутить!»

Виктория Складчикова о том, почему не стоит делить юмор по гендерному признаку

Cosmopolitan
Зачем в России постоянно снимают сериалы о полиции? Зачем в России постоянно снимают сериалы о полиции?

Почему любовь к сериалам про ментов так и не научила россиян доверять полиции

GQ
Экспедиционный VW Amarok. В шаге от идеала Экспедиционный VW Amarok. В шаге от идеала

Volkswagen Amarok с трёхлитровым турбодизелем хорош на длинных дистанциях

4x4 Club
Открыть в приложении