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

Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Долго и счастливо: 6 советов, как выйти на пенсию и не разрушить отношения Долго и счастливо: 6 советов, как выйти на пенсию и не разрушить отношения

Что стоит предпринять, чтобы сохранить крепкие и теплые отношения

Psychologies
Одержимый царь Одержимый царь

Победа в Полтавской битве стала возможной только благодаря железной воле Петра I

Дилетант
В шаге от «Матрицы». Когда чип в голову станет обычной покупкой? В шаге от «Матрицы». Когда чип в голову станет обычной покупкой?

Михаил Лебедев — о ближайшем будущем взамодействия мозга и кибернетики

Forbes
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Эпатаж по-украински. Что важного сказал Коломойский в интервью NYT Эпатаж по-украински. Что важного сказал Коломойский в интервью NYT

На каждое предложение найдется свой покупатель, на каждое общество — свой комик

СНОБ
То ли волк, то ли собака То ли волк, то ли собака

Откуда появляются волкособаки?

Наука и жизнь
Как развить в себе лидерские качества и стать лидером в коллективе: полезный гайд Как развить в себе лидерские качества и стать лидером в коллективе: полезный гайд

Какими качествами, умениями и компетенциями должен обладать лидер

Playboy
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Американская мечта Guess Американская мечта Guess

Как три брата Марсиано изменили американскую моду навсегда

Vogue
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Моему ребенку плохо в школе: к кому обратиться за помощью? Моему ребенку плохо в школе: к кому обратиться за помощью?

Возможно, это именно ваша ситуация — ребенок отказывается ходить в школу.

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
Пьяный в машине: как лишиться прав, не садясь за руль Пьяный в машине: как лишиться прав, не садясь за руль

Почему выпившим не стоит подходить к своей машине

РБК
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
6 женщин, которые обманули судьбу 6 женщин, которые обманули судьбу

Благодаря силе воли и стойкости духа героини этого материала добились успеха

РБК
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Серж Брусов: Дети сети. Отрывок из книги Серж Брусов: Дети сети. Отрывок из книги

Для этих подростков, для которых анонимные чаты и даркнет стали обыденностью

СНОБ
Собирание земель русских Собирание земель русских

Кто поверит, что на месте Уральских гор когда-то плескался океан?

Вокруг света
Как начать заниматься спортом? Как начать заниматься спортом?

Вам кажется, что вы слишком стары или толсты, чтобы купить абонемент на фитнес

Худеем правильно
Корректируем питание и тренировки: типы телосложения человека Корректируем питание и тренировки: типы телосложения человека

Чтобы похудение было эффективным, нужно определить особенности телосложения

Cosmopolitan
Инвестпортфель на старость: как накопить на пенсию без участия государства Инвестпортфель на старость: как накопить на пенсию без участия государства

Как инвестировать, чтобы накопить себе на пенсию самостоятельно?

Forbes
Смерть бессильного вождя Смерть бессильного вождя

Это был лидер страны, у которого из средств общения осталась только мимика

Дилетант
Ради чего стоило ехать на выставку EICMA 2019 Ради чего стоило ехать на выставку EICMA 2019

11 главных новинок в индустрии мотоциклов

GQ
Гильотина для короля Гильотина для короля

21 января 1793 года был публично казнён король Франции

Дилетант
Как бросить пить пиво самостоятельно: 9 советов, которые точно помогут Как бросить пить пиво самостоятельно: 9 советов, которые точно помогут

Признание проблемы — первый шаг к победе

Playboy
Пять простых тренировок для поддержания здоровья Пять простых тренировок для поддержания здоровья

Ученые выделили пять активностей на пользу физическому и психическому здоровью

Psychologies
Дети становятся подростками: как меняется тело и... душа Дети становятся подростками: как меняется тело и... душа

Как родители могут подготовить своих детей к телесному взрослению?

Psychologies
Тело как улика Тело как улика

Как подчеркнуть ухоженность кожи летом, когда всё тело на виду

Худеем правильно
Можно ли в грозу разговаривать по телефону? Можно ли в грозу разговаривать по телефону?

Правда ли, что работающий мобильник «притягивает» молнии

CHIP
Открыть в приложении