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

Мемуары выдающихся ученых, которые стоит прочесть Мемуары выдающихся ученых, которые стоит прочесть

Топ-7 самых увлекательных мемуаров легендарных исследователей и ученых

Популярная механика
Лили-Роуз Депп о фильме «Король», Тимоти Шаламе и Карле Лагерфельде Лили-Роуз Депп о фильме «Король», Тимоти Шаламе и Карле Лагерфельде

Vogue расспросил Лили-Роуз Депп о ее успехах и ближайших планах

Vogue
«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
Эффект ретро Эффект ретро

Квартира для двоих, их детей и коллекции винтажа

SALON-Interior
Как «закон Горелкина» разрушит российскую ИТ-индустрию Как «закон Горелкина» разрушит российскую ИТ-индустрию

Авторы «закона Горелкина» обрекают на гибель российскую ИТ-индустрию

Forbes
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
Эко невидаль Эко невидаль

Тема Sustainability сейчас в таком тренде, что игнорировать ее уже неприлично

Tatler
Анастасия Денисова: «Принимаю свою внешность такой, какая есть» Анастасия Денисова: «Принимаю свою внешность такой, какая есть»

Актриса Анастасия Денисова поражает своей простотой и открытостью

Худеем правильно
Жуки-людоеды и франкисты: как устроена вселенная Гильермо дель Торо Жуки-людоеды и франкисты: как устроена вселенная Гильермо дель Торо

Пять лучших фильмов режиссера Гильермо дель Торо

Forbes
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
Искусство быть первым. Каким мир запомнит Алексея Леонова Искусство быть первым. Каким мир запомнит Алексея Леонова

Ушедший Алексей Леонов навсегда останется символом героической истории

Forbes
Как запрограммировать пульт для шлагбаумов и гаражных ворот? Как запрограммировать пульт для шлагбаумов и гаражных ворот?

Если вам мало одного пульта для управления, можно сделать его дубликат

CHIP
Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия? Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия?

Многие пользователи не понимают, что такое модем, роутер и маршрутизатор

CHIP
Почему Канье Уэст не выпустил новый альбом Почему Канье Уэст не выпустил новый альбом

Esquire анализирует творческий путь рэпера последних лет

Esquire
Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40 Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40

Три миллиона рублей — сумма, которая открывает двери почти во все классы

РБК
«А ведь раньше я съедала 4500 ккал в день!» «А ведь раньше я съедала 4500 ккал в день!»

Много лет понадобилось героине, чтобы понять, что жизнь состоит не только из еды

Худеем правильно
Полководец из Volkswagen: как Фердинанд Пиех превзошел своего знаменитого деда Полководец из Volkswagen: как Фердинанд Пиех превзошел своего знаменитого деда

В истории автомобилестроения Фердинанд Пиех оставил более глубокий след

Forbes
«Он еще слишком мал»: в каком возрасте стоит приучать детей к работе по дому «Он еще слишком мал»: в каком возрасте стоит приучать детей к работе по дому

Как правильно приобщить ребенка к домашнему хозяйству

Psychologies
Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности

Водителю, который притер чужую машину и не заметил аварии, грозит лишение прав

РБК
Ферментация – модный тренд Ферментация – модный тренд

Как правильно квасить продукты и какие именно

Здоровье
Лица «Народной воли». Лев Тихомиров: отрекшийся, но не предавший Лица «Народной воли». Лев Тихомиров: отрекшийся, но не предавший

Драматичная история народовольца Льва Тихомирова

СНОБ
Одна вокруг света. Как выглядит арабское гостеприимство Одна вокруг света. Как выглядит арабское гостеприимство

Встреча с австрийскими мотопутешественниками, разбитые дороги и сезон дождей

Forbes
Все в горы! Все в горы!

Семь причин выбрать итальянский курорт Валь-ди-Фьемме этой зимой

StarHit
Брать или нет: тест чайника Polaris PWK 1702CGL с особой крышкой Брать или нет: тест чайника Polaris PWK 1702CGL с особой крышкой

Чайник с уникальной крышкой, которая автоматически открывается при заливе воды

CHIP
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
Каким получился «Терминатор: Темные судьбы» — и почему следующий фильм вселенной может выйти куда лучше Каким получился «Терминатор: Темные судьбы» — и почему следующий фильм вселенной может выйти куда лучше

Фильм получился любопытным, но захватывает история, которая осталась за кадром

Esquire
Эти виды спорта – отличная альтернатива спортзалу Эти виды спорта – отличная альтернатива спортзалу

Если вам надоедают занятия на тренажерах, обратите внимание на эти виды спорта

GQ
Чизкейк как голая эмоция: читаем рассказ Павла Селукова Чизкейк как голая эмоция: читаем рассказ Павла Селукова

Рассказ из сборника Павла Селукова «Добыть Тарковского»

РБК
«Хочу, чтобы это было художественной оргией» — Рик Оуэнс о своей инсталляции в Центре Помпиду «Хочу, чтобы это было художественной оргией» — Рик Оуэнс о своей инсталляции в Центре Помпиду

Дизайнер Рик Оуэнс соединяет гламур и гранж во время ярмарки FIAC

Vogue
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Открыть в приложении