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

За что казнили Джордано Бруно За что казнили Джордано Бруно

Джордано Бруно окончил свою жизнь на костре за совсем другие «прегрешения»

Дилетант
Здорово, фанагорийцы! Здорово, фанагорийцы!

Как в современной России оживает античность

Русский репортер
Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других

Ученые сделали вывод, что объем памяти мозга человека составляет 1 петабайт

Популярная механика
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
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Как убедить близкого пойти на терапию: 8 советов Как убедить близкого пойти на терапию: 8 советов

Видеть, как близкий человек пытается справиться с проблемами, всегда тяжело

Psychologies
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Технологии 3D-печати для насосов: эксперименты и возможности Технологии 3D-печати для насосов: эксперименты и возможности

Технология 3D-печати перекочевала со страниц фантастики в реальную жизнь

Популярная механика
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
Как утеплить окна дома и не бояться зимней стужи Как утеплить окна дома и не бояться зимней стужи

В сказке про Снежную королеву всему виной был злополучный сквозняк

Cosmopolitan
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Какого рожна нам надо? Правильно ли социологи понимают россиян в их желании перемен Какого рожна нам надо? Правильно ли социологи понимают россиян в их желании перемен

До 60% россиян высказались за перемены, притом «решительные и полномасштабные»

СНОБ
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Петр Авен и его каталоги Петр Авен и его каталоги

Интервью банкира и коллекционера

СНОБ
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
Что такое «пирамида стиля» и почему о ней нужно помнить, покупая одежду Что такое «пирамида стиля» и почему о ней нужно помнить, покупая одежду

Эта пирамида поможет выбирать только действительно нужные тебе вещи

Maxim
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Художник Алексей Шульгин: В каждом из нас сочетаются ретроград и прогрессист Художник Алексей Шульгин: В каждом из нас сочетаются ретроград и прогрессист

Как художнику выделиться в объединенном мире?

СНОБ
Двери сознания Двери сознания

Где прячется человеческое «я»

Вокруг света
Сердце под капотом: в прокат вышел фильм о том, как Ford пытался обогнать Ferrari Сердце под капотом: в прокат вышел фильм о том, как Ford пытался обогнать Ferrari

Почему «Ford против Ferrari» нужно посмотреть, даже если вы не поклонник гонок

Forbes
Владимир Познер о Боге, Москве и автомобилях. Большое интервью Владимир Познер о Боге, Москве и автомобилях. Большое интервью

Интервью с Владимиром Познером

4x4 Club
Дело по душе: 7 историй о том, как превратить хобби в многомиллионный бизнес Дело по душе: 7 историй о том, как превратить хобби в многомиллионный бизнес

Говорят, лучшая работа — это высокооплачиваемое хобби.

Forbes
Алиса в стране откатов Алиса в стране откатов

Как именно работает эзотерическая экономика откатов и офшоров?

Esquire
Интроверты: жить в своем ритме Интроверты: жить в своем ритме

Что делать, если современная жизнь — слишком сильный раздражитель?

Psychologies
Операция «Мавзолей» Операция «Мавзолей»

Как из вождя мирового пролетариата, атеиста и сторонника кремации сделали мумию?

Дилетант
Управляющие лучшего ресторана Вашингтона помогли открыть у Белого дома кафе с иммигрантской едой Управляющие лучшего ресторана Вашингтона помогли открыть у Белого дома кафе с иммигрантской едой

В Вашингтоне рядом с Белым домом открылся ресторан Immigrant Food

Forbes
Выиграть всухую Выиграть всухую

Какие ошибки в уходе могут усиливать сухость кожи

Лиза
10 арктических машин 10 арктических машин

Десять достойных упоминания арктических вездеходов

Популярная механика
«Итальянцы считают себя самыми умными»: как миллиардер Колесников выходил на европейский рынок «Итальянцы считают себя самыми умными»: как миллиардер Колесников выходил на европейский рынок

Новая книга миллиардера Сергея Колесникова «Поход в Европу, или новые горизонты»

Forbes
Компания, которая увела россиян с барахолок: как сеть Familia пережила кризисы и стала стоить под $1 млрд Компания, которая увела россиян с барахолок: как сеть Familia пережила кризисы и стала стоить под $1 млрд

Familia — крупнейшая в России компания в сегменте off-price

Forbes
Открыть в приложении