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

Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет» Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет»

Юлия Бордовских — о новой профессии, отношении к возрасту и идеалах красоты

Здоровье
Неловкий момент: Джастин Бибер женился на глазах бывшей возлюбленной Неловкий момент: Джастин Бибер женился на глазах бывшей возлюбленной

25-летний Джастин Бибер сыграл свадьбу с 22-летней Хейли Бибер

Cosmopolitan
Неделя потребления: Французские Альпы и Escada зовут в гости, а Montblanc — прогуляться среди звезд Неделя потребления: Французские Альпы и Escada зовут в гости, а Montblanc — прогуляться среди звезд

На этой неделе мы отправляемся на День открытых дверей Французских Альп

Forbes
Без прав, машины и свободы: нетрезвых водителей ждут крайние меры Без прав, машины и свободы: нетрезвых водителей ждут крайние меры

Российских водителей будут проверять на хронический алкоголизм

РБК
Весь мир в телефоне: как фильм «Текст» по роману Дмитрий Глуховского стал гуманистическим манифестом Весь мир в телефоне: как фильм «Текст» по роману Дмитрий Глуховского стал гуманистическим манифестом

Разбираемся, почему фильм «Текст» — это гуманистический манифест

Forbes
Нота притяжения: как маркетологи обманывают нас с помощью запахов Нота притяжения: как маркетологи обманывают нас с помощью запахов

Как запахи действуют на нас?

Forbes
Почему ты еще не богата: 4 типа девушек, от которых Почему ты еще не богата: 4 типа девушек, от которых

Как распознать в себе транжиру и измениться?

Cosmopolitan
Как пчел готовят к полету на Луну и Марс Как пчел готовят к полету на Луну и Марс

Космическим колонистам пчелы нужны для опыления выращиваемых растений на Луне

Популярная механика
«Если бы знала о болезни, не рожала бы»: появились откровения Жанны Фриске «Если бы знала о болезни, не рожала бы»: появились откровения Жанны Фриске

Сегодня на суд публики были представлены откровения Жанны Фриске

Cosmopolitan
Паровая гладильная система: какая лучше для дома? Паровая гладильная система: какая лучше для дома?

Какую гладильную систему выбрать для всех видов тканей

CHIP
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
Похудела за компанию: минус 50 кило за кулинарные успехи и отказ от фастфуда Похудела за компанию: минус 50 кило за кулинарные успехи и отказ от фастфуда

Наша героиня худела за компанию со своим партнером, которому грозил диабет

Cosmopolitan
Вытащи из продуктов всё полезное Вытащи из продуктов всё полезное

Как готовить овощи и фрукты, чтобы получать из них максимум полезных веществ?

Здоровье
Что не стоит рассказывать друзьям о своих отношениях: 4 запретных темы Что не стоит рассказывать друзьям о своих отношениях: 4 запретных темы

Твоим друзьям и родственникам не нужно знать все о твоей личной жизни

Playboy
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Лучшие бюджетные игровые гарнитуры 2019: звук на полную! Лучшие бюджетные игровые гарнитуры 2019: звук на полную!

Рынок игровых гарнитур предлагает покупателям тысячи моделей

CHIP
Попали в сети Попали в сети

Крутые редкие марки в крупных косметических торговых сетях

Добрые советы
Сгинь, бородавка! Сгинь, бородавка!

Бородавки не только выглядят неэстетично, но и поддаются лечению с трудом

Здоровье
Суп по правилам Суп по правилам

Поздняя осень – время, когда мысль о тёплом супчике греет душу

Худеем правильно
Мороженое: эмульсия из жира, сахара и воздуха Мороженое: эмульсия из жира, сахара и воздуха

Любимое летнее лакомство мороженое – яркий пример сложной химической комбинации

Здоровье
Идрис Эльба. Мужчина мечты Идрис Эльба. Мужчина мечты

О чем не стоит спрашивать Идриса Эльбу?

Караван историй
Со всеми утекающими Со всеми утекающими

Западная Европа вытягивает из Восточной социальное спокойствие

Огонёк
Что такое декантер Что такое декантер

Как сосуды для хранения вина из предметов быта превратились в атрибут роскоши

Esquire
Экс-гендиректор «Магнита» Ольга Наумoва нашла новую работу Экс-гендиректор «Магнита» Ольга Наумoва нашла новую работу

Ольга Наумова, покинувшая пост гендиректора «Магнита», завершила поиски работы

Forbes
Как выбрать телевизор и не потратиться впустую Как выбрать телевизор и не потратиться впустую

Как подобрать телевизор правильно, да еще что бы и ролики из Youtube показывал

Популярная механика
Миссия «Восстановление» Миссия «Восстановление»

Как противостоять осеннему волосопаду?

Худеем правильно
Компонентные солнцезащитки попадают в кровь Компонентные солнцезащитки попадают в кровь

Компоненты солнцезащитных кремов могут всасываться в кровь

Здоровье
Татьяна Буланова: «Не бойтесь меня! Подходите знакомиться!» Татьяна Буланова: «Не бойтесь меня! Подходите знакомиться!»

Певица призналась, почему не слушает свои песни

StarHit
Подкачайся: как правильно приседать со штангой и гантелями Подкачайся: как правильно приседать со штангой и гантелями

Рассказываем, как эффективно и правильно приседать со штангой и гантелями

Cosmopolitan
Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать

Автомобилистку лишили прав за то, что она сбила зеркало у проезжающей машины

РБК
Открыть в приложении