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

Только без рук! Только без рук!

Невероятной популярности Венеры Милосской никак не мешает отсутствие рук

Вокруг света
Чисто английские детективы: добротные сериалы для холодных вечеров Чисто английские детективы: добротные сериалы для холодных вечеров

Британские детективные сериалы давно стали отдельным жанром

Psychologies
Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim
Боль справа, под ребром Боль справа, под ребром

О чём может говорить внезапно появившаяся боль в правом подреберье?

Здоровье
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Место силы Место силы

Апраксин двор — самопровозглашенный музей этнографии и кухонь народов мира

Собака.ru
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Наталья Ветлицкая возвращается! Наталья Ветлицкая возвращается!

Кумир 90-х и первая красавица нашей эстрады возвращается!

StarHit
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Бизнес-ангел Бизнес-ангел

Эдвард Нортон вложился в Uber и снимает фильм о человеке с синдромом Туретта

GQ
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Кто прокормит нефтяников? Цена льгот для добывающих компаний Кто прокормит нефтяников? Цена льгот для добывающих компаний

Увеличение налоговых льгот для добывающих компаний влечет падение доходов

Forbes
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
«Сыворотка увеличивает грудь» и другие невыполнимые обещания бьюти-брендов «Сыворотка увеличивает грудь» и другие невыполнимые обещания бьюти-брендов

На что только ни идут косметические бренды, чтобы привлечь новых покупателей

Cosmopolitan
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
Главная школа стартапера: миллиардер Дэвид Даффилд об опыте, который нужен успешному предпринимателю Главная школа стартапера: миллиардер Дэвид Даффилд об опыте, который нужен успешному предпринимателю

Чему может научить предпринимателя большая компания?

Forbes
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
Любопытной Варваре... Любопытной Варваре...

Пора научиться отвечать на бестактные вопросы

StarHit
«Убойный завод» начала нэпа «Убойный завод» начала нэпа

Василий Комаров - убийца, жертвами которого стали более 30 человек

Дилетант
Наркотики, буллинг, несчастная любовь: судьба певицы Деми Ловато Наркотики, буллинг, несчастная любовь: судьба певицы Деми Ловато

За 27 лет Деми Ловато пережила очень многое, но теперь ее жизнь налаживается!

Cosmopolitan
Два гетмана Два гетмана

Из всех гетманов Войска Запорожского выделяются Богдан Хмельницкий и Иван Мазепа

Дилетант
С красной строки С красной строки

Красный цвет в квартире дизайнера Мари-Кристин Фолленфант символизирует оптимизм

AD
Комсомольский комсомолец Комсомольский комсомолец

Уголок желтой прессы

Maxim
Аарон Джеймс: Кто такие мудаки и как с ними общаться. Отрывок из книги Аарон Джеймс: Кто такие мудаки и как с ними общаться. Отрывок из книги

Психолог собрал эссе ведущих ученых, философов и писателей на предмет глупости

СНОБ
10 арктических машин 10 арктических машин

Десять достойных упоминания арктических вездеходов

Популярная механика
«Путь к счастью – стать терапевтом для самого себя» «Путь к счастью – стать терапевтом для самого себя»

Достаточно ли для счастья тихой повседневности – или нужно найти свое призвание

Psychologies
Моя прекрасная леди Моя прекрасная леди

Мишель Докери рассказала, почему считает роль леди Мэри решающей в своей карьере

Grazia
7 главных правил безопасности домашнего электрика, которые должен соблюдать каждый 7 главных правил безопасности домашнего электрика, которые должен соблюдать каждый

Каждому из нас время от времени приходится ремонтировать электрику в доме

CHIP
Зарабатывать, не вставая с дивана. Основатель CarPrice поделился секретами успешных стартапов Зарабатывать, не вставая с дивана. Основатель CarPrice поделился секретами успешных стартапов

Рецепты бизнеса и секреты правильного питания

Forbes
Доктор Леонид Элькин: «Первым делом я спрашиваю: Доктор Леонид Элькин: «Первым делом я спрашиваю:

Леонид Элькин рассказал о своём индивидуальном подходе к пациентам

РБК
Открыть в приложении