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

Прививка от аллергии АСИТ — как она работает? Прививка от аллергии АСИТ — как она работает?

Вместо того чтобы смягчать симптомы аллергии, можно устранить причину

СНОБ
Жирное и сладкое в деле о холестерине Жирное и сладкое в деле о холестерине

Не виновато ли питание в том, что анализ на холестерин оказался повышенным

Здоровье
Таблетка против предвзятости: как Гертруда Элайон придумала первые лекарства от рака Таблетка против предвзятости: как Гертруда Элайон придумала первые лекарства от рака

Как упорство и вера в науку помогли Гертруде Элайон изменить медицину?

Forbes
Как наш мозг нас обманывает? Лекция нобелевского лауреата по экономике Даниэля Канемана в Москве Как наш мозг нас обманывает? Лекция нобелевского лауреата по экономике Даниэля Канемана в Москве

Даниэль Канеман о главных ошибках бизнесменов, ценности пессимистов и будущем

Forbes
Исследование показало, что социальное дистанцирование не защищает от инфекций Исследование показало, что социальное дистанцирование не защищает от инфекций

Социальное дистанцирование не защищает от инфекций. А что защищает?

ТехИнсайдер
Прицел на результат: что поможет крупному бизнесу выжить в эпоху тотальных перемен Прицел на результат: что поможет крупному бизнесу выжить в эпоху тотальных перемен

В чем нуждается бизнес и как должен преобразиться консалтинг

Forbes
Институт востоковедения Институт востоковедения

Glamour пытается найти баланс между мудростью веков и достижениями прогресса

Glamour
Бабушкины примочки Бабушкины примочки

Многие методы, которыми лечили простуду наши бабушки, можно использовать сейчас

Лиза
«Это была наша ошибка»: Фридман рассказал о потере денег из-за покупки испанских супермаркетов «Это была наша ошибка»: Фридман рассказал о потере денег из-за покупки испанских супермаркетов

Михаил Фридман назвал себя главной жертвой падения стоимости ретейлера Dia

Forbes
О глютене начистоту О глютене начистоту

Блюда с пометкой gluten free — настоящий тренд в современном питании.

Худеем правильно
Как мы живем на 140 тысяч в месяц: молодая семья с младенцем и ипотекой Как мы живем на 140 тысяч в месяц: молодая семья с младенцем и ипотекой

Легко ли выжить молодой семье в Москве на одну зарплату мужа и декретные

Cosmopolitan
Бузова и Бородина проведут кастинги в шоу Бузова и Бородина проведут кастинги в шоу

Кастинг в шоу «ТАНЦЫ» на ТНТ пройдет на Дальнем Востоке сразу в двух городах

Cosmopolitan
Непростой телефон за 2 тысячи рублей — Nobby 230 Непростой телефон за 2 тысячи рублей — Nobby 230

Nobby 230 — самый обычный кнопочный телефон на Android

Популярная механика
Как сэкономить при покупке техники онлайн Как сэкономить при покупке техники онлайн

В наши дни для покупки товаров вовсе необязательно даже выходить из дома

Популярная механика
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
Вертолетные площадки, бассейны, зимние сады и винные погреба на яхтах Monaco Yacht Show Вертолетные площадки, бассейны, зимние сады и винные погреба на яхтах Monaco Yacht Show

Forbes Life побывал на выставке Monaco Yacht Show и рассказал о новых яхтах

Forbes
«Я меняю систему изнутри» «Я меняю систему изнутри»

Вне сцены Сергей Полунин — скромный человек, но амбиций не скрывает

OK!
Пластмассовый символ Америки: автомобиль Corvette Пластмассовый символ Америки: автомобиль Corvette

Corvette в США — образ жизни, икона, объект поклонения

Популярная механика
Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги

Жоэль Диккер написал новую книгу «Исчезновение Стефани Мейлер»

СНОБ
Минус 100 кило! Как я похудела на кето, чтобы спасти свою жизнь Минус 100 кило! Как я похудела на кето, чтобы спасти свою жизнь

Можно ли сбросить целых сто кг, если они лишние?! Наша героиня уверена, что да!

Cosmopolitan
«У меня была модель счастливого будущего — Андрей Макаревич». Кем в детстве хотели стать сотрудники «Сноба» и что из этого вышло «У меня была модель счастливого будущего — Андрей Макаревич». Кем в детстве хотели стать сотрудники «Сноба» и что из этого вышло

Я точно работаю на своем месте? О такой ли карьере я мечтал в детстве?

СНОБ
Как прослушка BlackBerry помогала США бороться с международными преступниками Как прослушка BlackBerry помогала США бороться с международными преступниками

Как BlackBerry помогала властям США бороться с международной преступностью

Forbes
Ужин Дениса Калмыша в Belka Gastro Bar Ужин Дениса Калмыша в Belka Gastro Bar

Belka Gastro Bar — это не только ресторан авторской кухни

Cosmopolitan
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
Обновление декорации. Кому и зачем нужен Совет по правам человека при президенте Обновление декорации. Кому и зачем нужен Совет по правам человека при президенте

Главой СПЧ стал телеведущий Валерий Фадеев

СНОБ
Квартира возрождения Квартира возрождения

Убитая коммуналка оказалась удивительной квартирой с альфрейными росписями

Seasons of life
7 диагнозов, в которых чаще всего ошибается доктор 7 диагнозов, в которых чаще всего ошибается доктор

Даже самый квалифицированный доктор может ошибиться в диагнозе

Популярная механика
Роковая ошибка Сталина Роковая ошибка Сталина

Стратегия советского диктатора помогла Гитлеру прийти к власти

Дилетант
8 вещей, которые ни в коем случае нельзя смывать в раковину 8 вещей, которые ни в коем случае нельзя смывать в раковину

Эти несколько типов загрязнений — «страшный сон» каждого сантехника

Популярная механика
Сериал, династия Сериал, династия

Анна Михалкова рассуждает об одиночестве, семье и моде

Vogue
Открыть в приложении