Некоторые вопросы об устройстве Вселенной уже имеют ответы

Наука и жизньНаука

Вселенная известная и неизвестная

Академик Валерий Рубаков

0:00 /
1379.03
Академик Валерий Анатольевич Рубаков. Фото Наталии Лесковой.

Физик-теоретик, ведущий отечественный специалист по квантовой теории поля и космологии, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН академик Валерий Анатольевич Рубаков говорит, что в последние годы его основным увлечением стала ранняя Вселенная. Как всё начиналось? Это чрезвычайно интригующий вопрос. Хотя и несколько провокационный. Потому что, если было начало, значит, до этого не было ничего. А такое вряд ли возможно. Выходит, что-то было. Но что? И что было потом? А можно ли понять, что будет дальше? Вопросов об устройстве Вселенной множество, но среди них есть и такие, ответы на которые физики уже знают.

Когда мы говорим «ранняя Вселенная», то подразумеваем состояние, которое очень сильно отличалось от нынешнего. Сегодня у нас есть звёзды, галактики, планеты, наша Земля. Между ними достаточно пусто, холодно, температура равняется примерно 2,7 К. А раньше Вселенная была горячей, вещество в ней было плотным и никаких галактик в помине не было. Вещество было распределено равномерно. Откуда мы это знаем?

Примерно полвека назад стало известно, что существует реликтовое излучение. Что это такое? Мы знаем, что горячие тела излучают. Лампочка накаливания излучает свет, горячий чайник на плите излучает в инфракрасном диапазоне. Так вот, во Вселенной была ситуация, когда вещество было очень горячим и оно точно так же испускало электромагнитное излучение, которое дошло до наших дней.

Как известно, при очень высоких температурах атомы разваливаются на электроны и протоны и образуется особая среда — плазма. Пока вещество было в плазменном состоянии, для этого электромагнитного излучения плазма была непрозрачной. А когда Вселенная расширилась и плазма остыла примерно до трёх тысяч градусов, из свободных электронов и протонов образовались атомы водорода. Их было мало, примерно 250 штук в кубическом сантиметре. Этот разреженный газ был прозрачен для электромагнитного излучения. Именно такое излучение до нас и дошло. Его называют реликтовым.

Правда, его температура в тысячу раз ниже, чем была тогда. Это произошло из-за того, что Вселенная расширяется, пространство растягивается, увеличивается длина волны, что соответствует более низким энергиям фотонов и соответственно более низким температурам.

Открытие реликтового излучения оказалось прорывом в космологии: стало ясно, что ранняя Вселенная была горячей и там царили температуры по крайней мере 10 млрд градусов. До этого предполагали, что она может быть плотной, но холодной. Теперь горячая стадия – экспериментальный факт, не оставляющий сомнений.

Эпоха термоядерных реакций

При таких температурах в веществе происходят термоядерные реакции, как в нашем Солнце. Это процессы, в результате которых образуются в основном ядра гелия. В ту эпоху термоядерных реакций, кроме гелия, возникли ядра таких элементов, как дейтерий и литий. Их образование можно предсказать на основании того, что мы знаем о расширении Вселенной и веществе в ней. Это управляется общей теорией относительности и ядерной физикой. Мы можем совершенно точно посчитать, сколько и каких элементов должно быть синтезировано при таких температурах. Можно сравнивать наблюдение и теорию. И тут есть полное согласие, в результате чего совершенно очевидно: была горячая Вселенная и были сверхвысокие температуры.

Но когда стали изучать реликтовое излучение, появилось множество вопросов, на которые невозможно ответить, если считать, что горячая стадия была самой первой. Мы знаем, что есть галактики, есть скопления галактик, и они представляют собой неоднородности вещества.

Неоднородности во Вселенной были и в очень ранние времена. Они проявляются в свойствах реликтового излучения. Его температура где-то больше, где-то меньше. Это потому, что где-то вещества образовалось больше, плотность его была выше и температура соответственно тоже выше. А где меньше — там ниже. Эти эффекты обнаружены только в 90-х годах прошлого века, то есть, можно сказать, недавно. Открытие и исследования реликтового излучения были отмечены несколькими Нобелевскими премиями, в том числе и в нынешнем году.

Оказывается, распределение температуры может многое сказать о том, как устроены неоднородности во Вселенной. Из их свойств мы знаем, что образование первичных неоднородностей произошло на очень ранней стадии, которая предшествовала стадии горячей Вселенной, а из них потом, сравнительно недавно возникли галактики, скопления галактик, мы с вами.

Путешествие во времени

Сейчас мы уверены в том, что горячая стадия не была самой первой. Почему? Будем рассуждать от противного. Мысленно перенесёмся на 14 млрд лет назад, когда произошёл Большой взрыв. С ним, кстати, тоже далеко не всё понятно. Что такое Большой взрыв в классическом понимании? Сингулярность. На уровне классической физики это бесконечная плотность энергии, бесконечный темп расширения, такая сингулярная ситуация, которая, наверное, как-то разрешается в квантовой физике. Там действуют совсем другие законы, но это какое-то пока ещё не описанное состояние пространства, времени, материи.

Как бы там ни было, давайте предположим, как считалось долгие годы, что горячая стадия была самая первая. За прошедшее с тех пор время свет пролетел известное расстояние — примерно 45 млрд световых лет. А к тому моменту, когда образовалось реликтовое излучение, этот размер был существенно меньше. Это масштаб примерно миллиона световых лет.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Танцуй, пока молодой: как понять и полюбить современный балет Танцуй, пока молодой: как понять и полюбить современный балет

Как не заскучать на балете: главные идеи и имена, постановки и классика жанра

Forbes
Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале

Масон, заговорщик, бездарный полководец, «выезжавший» за счет чужих достижений?

Вокруг света
5 готовых сборок ПК для разных потребностей: работать, смотреть, играть... 5 готовых сборок ПК для разных потребностей: работать, смотреть, играть...

Компьютеры для самых разных задач, от банальной офисной работы до гейминга

CHIP
Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизнь
Счастлив вместе Счастлив вместе

Ральф Лорен рассказывает о том, как его модная империя строилась на любви

Vogue
Заметки о Каппадокии Заметки о Каппадокии

Поездка в Каппадокию в ноябре

Наука и жизнь
Звонок не для учителя: как новые технологии разрушают стереотипы о школьном образовании Звонок не для учителя: как новые технологии разрушают стереотипы о школьном образовании

В ближайшие годы объем мирового рынка образования увеличится до $6-7 трлн

Forbes
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Недавно открытая черная дыра Млечного Пути оказалась подозрительно тяжелой Недавно открытая черная дыра Млечного Пути оказалась подозрительно тяжелой

Масса черной дыры возле звезды LB-1 в 68 раз больше, чем у Солнца

Популярная механика
Философский камень, или немного sapientia ex cupro Философский камень, или немного sapientia ex cupro

Идеи вечной жизни, молодости и излечения от всех болезней не умерли

Наука и жизнь
Неокупившиеся надежды: почему франчайзи Domino’s Pizza из регионов винят компанию в своих убытках Неокупившиеся надежды: почему франчайзи Domino’s Pizza из регионов винят компанию в своих убытках

Франчайзи Domino’s Pizza жалуются в головной офис на убыточность своих точек

Forbes
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Дмитрий Иванов: «Развод предсказала астролог Лолы!» Дмитрий Иванов: «Развод предсказала астролог Лолы!»

Бывший муж Лолиты представил свою версию расставания с певицей

StarHit
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Препарат на миллиард: кто зарабатывает на порошке, который рекламируют Сергей Шнуров и Ксения Собчак Препарат на миллиард: кто зарабатывает на порошке, который рекламируют Сергей Шнуров и Ксения Собчак

Андрей Попилов привез в Россию рецепт сорбента «Полисорб» из Украины

Forbes
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
«Я куда более созвучна с Петербургом, чем с Москвой» «Я куда более созвучна с Петербургом, чем с Москвой»

Паулина Андреева объяснила, почему любит Питер больше, чем Москву

Grazia
Песнь льда и пломбира Песнь льда и пломбира

Лиза Туктамышева – просто красивая девушка, которая любит мороженое!

Maxim
«Мальчик по вызову» «Мальчик по вызову»

Как живут мужчины, торгующие своей любовью за деньги

Cosmopolitan
Поэт в жизни или Счастливый неудачник… Поэт в жизни или Счастливый неудачник…

О литературном герое Илье Ильиче Обломове

Наука и жизнь
Игра с крутыми парнями: как выходец из Одессы Лев Парнас стал ключевой фигурой в деле об импичменте Трампа Игра с крутыми парнями: как выходец из Одессы Лев Парнас стал ключевой фигурой в деле об импичменте Трампа

Бизнес Льва Парнаса со стороны выглядит как череда финансовых авантюр

Forbes
Пастораль Пастораль

Как живут сойоты, потомки древнейшего самодийского народа Восточных Саян

Вокруг света
Начни с исподнего: как выбрать лучшее термобельё для холодной погоды Начни с исподнего: как выбрать лучшее термобельё для холодной погоды

Термобельё – то, что помогает сохранить тепло даже в особо морозные дни

Cosmopolitan
Леонид Парфенов Леонид Парфенов

Правила жизни журналиста Леонида Парфенова

Esquire
Конец конца истории: через 30 лет после падения Берлинской стены мир развернулся в обратном направлении Конец конца истории: через 30 лет после падения Берлинской стены мир развернулся в обратном направлении

Мы вновь стоим на пороге «дивного нового мира»

Forbes
«Делайте что хотите»: как и зачем основатель Qiwi оставил бизнес на 9 месяцев ради кругосветки «Делайте что хотите»: как и зачем основатель Qiwi оставил бизнес на 9 месяцев ради кругосветки

Гость этого выпуска — основатель и совладелец Qiwi Сергей Солонин

Forbes
Новый 2020-й: ждать ли от него чудес? Новый 2020-й: ждать ли от него чудес?

Согласитесь, в числах есть особая красота

Psychologies
Почему иллюзия богатства, успеха и красивой жизни по‑прежнему хорошо продается — на примере историй главных аферистов 2010-х Почему иллюзия богатства, успеха и красивой жизни по‑прежнему хорошо продается — на примере историй главных аферистов 2010-х

Пусть их истории фейк, зато люди сопереживают и любят их по-настоящему

Esquire
От «Паразитов» до «Лобстера»: 10 главных фильмов о (не)справедливости От «Паразитов» до «Лобстера»: 10 главных фильмов о (не)справедливости

Самая справедливая подборка фильмов от Forbes Life

Forbes
Открыть в приложении