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

Кейт Уинслет Кейт Уинслет

«Чтобы выглядеть сексуально, необязательно быть похожей на шланг от пылесоса»

Здоровье
Консультант сериала «Триггер» Сергей Насибян: Психотерапевт должен быть аморален Консультант сериала «Триггер» Сергей Насибян: Психотерапевт должен быть аморален

Методика психолога Сергея Насибяна

СНОБ
12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях 12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях

Истории, от которых захватывает дух

Playboy
Новые правила ОСАГО: как теперь ездить Новые правила ОСАГО: как теперь ездить

В ГИБДД объяснили, будут ли штрафовать водителей без бумажного полиса

РБК
Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King

Канье Уэст успел провести серию live-концертов, но нового альбома до сих пор нет

Esquire
«6 кадров»: как сложились судьбы звезд популярного шоу «6 кадров»: как сложились судьбы звезд популярного шоу

Рассказываем, как живут артисты после «шести кадров»

Cosmopolitan
Цифровой формат Цифровой формат

21 октября Ким Кардашьян отмечает день рождения

Grazia
Как красиво фотографировать на телефон Как красиво фотографировать на телефон

Учимся красиво фотографировать на телефон

CHIP
Зачем мы ходим и не ходим на митинги? Зачем мы ходим и не ходим на митинги?

Почему одни из нас участвуют в митингах и пикетах, а другие далеки от политики?

Psychologies
Михаил Скигин: Что нужно знать российским инвесторам о работе в Африке Михаил Скигин: Что нужно знать российским инвесторам о работе в Африке

Россия намерена наращивать присутствие в Африке

СНОБ
Самоуверенность vs самоуважение Самоуверенность vs самоуважение

Как отличить самоуверенность от самоуважения и к чему стоит стремиться

Psychologies
Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения

Как восстановить силы буквально за 10 минут

Psychologies
США дали название новой болезни, поражающей вейперов. Что о ней известно? США дали название новой болезни, поражающей вейперов. Что о ней известно?

Больше тысячи человек в США пострадали от нового заболевания

Forbes
Дети и домашние обязанности: нужно ли делить работу по дому на мужскую и женскую Дети и домашние обязанности: нужно ли делить работу по дому на мужскую и женскую

Главная задача — научить детей смотреть на мир широко открытыми глазами

Psychologies
Всё сошлось в сыворотке Всё сошлось в сыворотке

Может ли сыворотка избавить от пигментации и уменьшить количество воспалений?

Худеем правильно
Анна Нетребко: «Я такая, какая есть» Анна Нетребко: «Я такая, какая есть»

Мировая оперная звезда Анна Нетребко рассказала о сложностях своей профессии

Здоровье
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
Ферментация – модный тренд Ферментация – модный тренд

Как правильно квасить продукты и какие именно

Здоровье
Бережный режим Бережный режим

Какие привычки нужно изменить, чтобы сэкономить на воде, тепле и электричестве

Лиза
Минимализм или классика: какой интерьер выбрать для «вечного» ремонта Минимализм или классика: какой интерьер выбрать для «вечного» ремонта

Какой интерьер сделать в квартире, чтобы ремонт не пришлось скоро обновлять

Forbes
В моде интеллект: пять стартапов, меняющих fashion-индустрию В моде интеллект: пять стартапов, меняющих fashion-индустрию

Какие стартапы работают в направлении fashion-индустрии уже сегодня

Forbes
Кнопки с фишками: 5 необычных кнопочных телефонов, которые можно купить Кнопки с фишками: 5 необычных кнопочных телефонов, которые можно купить

Мы нашли несколько интересных кнопочных телефонов с разными "фишками"

CHIP
Белая магия Белая магия

Редактор «Вокруг света» отправился на родину первого европейского фарфора

Вокруг света
Как бороться с гиперпигментацией Как бороться с гиперпигментацией

Как избавиться от пигментных пятен

Psychologies
Направо и прямо до утра: как давать инструкции во время куннилингуса Направо и прямо до утра: как давать инструкции во время куннилингуса

Оральный секс для девушки — это возможность лечь на спину и просто расслабиться

Cosmopolitan
Америкэн бой, уеду с тобой Америкэн бой, уеду с тобой

Западные знаменитости охотно поддаются чарам русских женщин

StarHit
Венера в Скорпионе: наступает самое «горячее» время в году Венера в Скорпионе: наступает самое «горячее» время в году

Рассказываем самое интересное для каждого знака зодиака

Cosmopolitan
Ювелирная работа Ювелирная работа

Дизайнер превратила небольшую квартиру в функциональное пространство

SALON-Interior
Мир искусства Мир искусства

Дизайн квартиры в историческом доходном доме графа Шереметева

AD
Падение стены и объединение Германии: действующие лица Падение стены и объединение Германии: действующие лица

В Берлине в 1989 году удалось избежать, казалось бы, неизбежного кровопролития

Дилетант
Открыть в приложении