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

Переменная величина Переменная величина

Насколько важен для нас секс

Psychologies
Generation T Generation T

Зачем группа «Тинькофф» инвестирует миллионы в обучение школьников

Forbes
Орудия пыток Орудия пыток

Для допросов с применением пыток были придуманы самые разные приспособления

Дилетант
«В нулевые было одно правило: я трачу много — значит, я существую». Как изменилась гастрономическая культура в России «В нулевые было одно правило: я трачу много — значит, я существую». Как изменилась гастрономическая культура в России

Русская гастрономия переживает очередное перерождение

Forbes
Что говорят о нас отношения с деньгами Что говорят о нас отношения с деньгами

По тому, как человек относится к деньгам, можно определить его образ мышления

Psychologies
Фитнес летом: как не забросить тренировки? Фитнес летом: как не забросить тренировки?

Как отдохнуть летом с пользой для фигуры?

Худеем правильно
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Мужчины, которым не хочется секса Мужчины, которым не хочется секса

Если вам кажется, что партнер охладел, не спешите с выводами

Psychologies
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
Определение качества продуктов в домашних условиях: насколько это реально Определение качества продуктов в домашних условиях: насколько это реально

Комментарии интернет-советов по определению свежести и качества продуктов

Популярная механика
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Налей и отойди: почему мы становимся потребителями-отшельниками Налей и отойди: почему мы становимся потребителями-отшельниками

Мы стремимся к одиночеству в процессе потребления

Forbes
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
«Я не трус, но я боюсь»: победить свои страхи «Я не трус, но я боюсь»: победить свои страхи

Иногда страх выходит из-под контроля и приобретает над нами абсолютную власть

Psychologies
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Это не игрушки Это не игрушки

Киберспортсмены обогнали по заработкам звезд кино, музыкантов и футболистов

Tatler
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
Будь как шеф: 9 шагов для приготовления идеального мяса Будь как шеф: 9 шагов для приготовления идеального мяса

Даже из самого недорогого мяса можно приготовить ужин ресторанного уровня

Популярная механика
Сценарий, написанный жизнью Сценарий, написанный жизнью

Иной раз жизнь выдаёт такие «коленца», что сценаристам остаётся лишь записывать

Дилетант
Без лишней скромности Без лишней скромности

В мире, где все помешались на онлайн-шопинге, Изабель Маран идёт против течения

Vogue
Боксёрские перчатки узника №136954 Боксёрские перчатки узника №136954

Саламо Арух, уроженец Салоники, был схвачен нацистами в мае 1943 года

Дилетант
Коллекция редкостей. Почему топ-менеджеру стоит нанимать разных, а не себе подобных Коллекция редкостей. Почему топ-менеджеру стоит нанимать разных, а не себе подобных

За решением о найме сотрудника стоит целый комплекс факторов

Forbes
10 арктических машин 10 арктических машин

Десять достойных упоминания арктических вездеходов

Популярная механика
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
Гильотина для короля Гильотина для короля

21 января 1793 года был публично казнён король Франции

Дилетант
Фотоистория: Что покупали жители Восточной Германии на свои 100 «приветственных марок» Фотоистория: Что покупали жители Восточной Германии на свои 100 «приветственных марок»

Некоторые жители Восточной Германии до сих пор хранят памятные вещи

Esquire
Лучшие фильмы Мартина Скорсезе Лучшие фильмы Мартина Скорсезе

Эта подборка — лучшее подтверждение всестороннего таланта Скорсезе

Esquire
На все руки мастер: выбираем мультитул На все руки мастер: выбираем мультитул

Как выбрать мультитул и почему не стоит покупать китайские аналоги

CHIP
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
Как глава Mariott добился роста капитализации сети на 226% в эпоху Airbnb Как глава Mariott добился роста капитализации сети на 226% в эпоху Airbnb

Арне Соренсон либо сошел с ума, либо принял лучшее решение в своей карьере

Forbes
Открыть в приложении