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

«Маленькая глупая прогулка»: привычка, которая оздоровит тело, душу и мозг «Маленькая глупая прогулка»: привычка, которая оздоровит тело, душу и мозг

Простейшее упражнение, которое по сути и упражнением-то не является

Cosmopolitan
Плыви и худей: как научиться плавать самостоятельно Плыви и худей: как научиться плавать самостоятельно

Разбираемся, как научиться плавать самостоятельно за короткие сроки

Cosmopolitan
Что надеть на Новый год 2020: 5 модных вариантов Что надеть на Новый год 2020: 5 модных вариантов

Какая женщина не хочет встретить Новый год во всей красе?

Cosmopolitan
Почему веганы толстеют? Почему веганы толстеют?

Почему веганы часто не только не худеют, но даже прибавляют в весе?

Худеем правильно
Обзор iPhone 11 Pro: лучший смартфон Apple Обзор iPhone 11 Pro: лучший смартфон Apple

Тестируем новый iPhone 11 Pro: стоит ли аппарат своих денег и чем отличается

CHIP
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
Одна, но надолго ли? Джим Керри, Брэдли Купер и другие мужчины Рене Зеллвегер Одна, но надолго ли? Джим Керри, Брэдли Купер и другие мужчины Рене Зеллвегер

Большинство романов Рене Зеллвегер начались на съемочной площадке

Cosmopolitan
Красота большого города: как ухаживать за собой, если вы все время работаете Красота большого города: как ухаживать за собой, если вы все время работаете

Мы давно перестали делить свою жизнь на работу и отдых

Forbes
Что на самом деле означают кошмарные сны и как от них избавиться Что на самом деле означают кошмарные сны и как от них избавиться

Некоторые ученые считают, что ночные кошмары передают нам определенные послания

Psychologies
Ставки сделаны Ставки сделаны

Гуру финансового бизнеса — о мотивации, дресс-коде и работе с клиентами

Vogue
Ким Кардашьян «украла» палетку и другие бьюти-скандалы последних месяцев Ким Кардашьян «украла» палетку и другие бьюти-скандалы последних месяцев

Бьюти-мир всегда был скандальным: что ни день, то новые обвинения

Cosmopolitan
Электрическая мини печь для дома: рейтинг лучших моделей 2019-2020 Электрическая мини печь для дома: рейтинг лучших моделей 2019-2020

Небольшая мини печь - хорошая замена большой газовой духовке на компактной кухне

CHIP
Революция 1989: хроника событий Революция 1989: хроника событий

Хроника событий, связанных с падением Берлинской стены

Дилетант
Россия впервые вошла в топ-30 стран рейтинга Doing Business Россия впервые вошла в топ-30 стран рейтинга Doing Business

Россия впервые вошла в топ-30 стран в ежегодном рейтинге Doing Business

Forbes
Тайная дипломатия Тайная дипломатия

Практика заключения тайных договоров имеет многовековую историю

Дилетант
Научи его делать тебе хорошо: инструкция для мужчин от секс-коуча Научи его делать тебе хорошо: инструкция для мужчин от секс-коуча

Коуч Максим Исаев написал подробную и откровенную секс-инструкцию для... мужчин

Cosmopolitan
Фитнес вдвоем: занятия фитнесом для беременных Фитнес вдвоем: занятия фитнесом для беременных

Планируем занятие фитнесом для беременных

Cosmopolitan
Миротворец Миротворец

Почему мир — это самый дорогой товар в Африке

Русский репортер
Не в службу, а в дружбу Не в службу, а в дружбу

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

GQ
Удлинители и тройники: как найти и починить неисправность? Удлинители и тройники: как найти и починить неисправность?

Обидно, когда дорогой удлинитель вдруг перестает работать

CHIP
30 правил жизни счастливых пар 30 правил жизни счастливых пар

Счастливые и благополучные отношения не складываются сами по себе

Psychologies
Как YouTube-блогеры запускают свои бренды Как YouTube-блогеры запускают свои бренды

Почему видеоблогеры, рассказывающие о мужской моде, запускают собственные бренды

Esquire
Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году

Кому дали Нобелевские премии по физике и химии в 2019 году

Esquire
Умный — значит деревянный: как Smart Wood вернула моду на дома из дерева Умный — значит деревянный: как Smart Wood вернула моду на дома из дерева

Smart Wood занимается строительством высокотехнологичных деревянных домов

РБК
Как научить ребенка учиться и все не испортить Как научить ребенка учиться и все не испортить

Как поддержать интерес ребенка к познанию

Psychologies
Топ-10 вкусов табака для кальяна и как их лучше смешивать Топ-10 вкусов табака для кальяна и как их лучше смешивать

Стань тем чуваком, который точно знает, как замутить отличный кальян

Playboy
Но вы держитесь Но вы держитесь

Как оттолкнуться от дна и извлечь выгоду в тяжелые времена

GQ
Василий Штабницкий: Самое время пересмотреть лечение пациентов с «легкой» астмой Василий Штабницкий: Самое время пересмотреть лечение пациентов с «легкой» астмой

Василий Штабницкий прокомментировал новые стандарты лечения астмы

СНОБ
Культурный слой Культурный слой

Так ли далеко новые нормы общения ушли от правил классического этикета

Grazia
Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья! Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья!

Беременность, маленькие дети – не повод отказываться от любимого увлечения

Здоровье
Открыть в приложении