Космологии многое предстоит сделать в будущем, но серьезный фундамент уже создан

Знание – силаНаука

Современная космология – точная наука

Беседовал Игорь Харичев

Сегодня мы очень много знаем о Вселенной. Мы знаем, как она родилась, как развивалась в первые доли секунды, минуты, годы, сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет, почему она такая, какая есть, и как будет развиваться дальше. Нет-нет, еще рано подводить черту, еще не на все вопросы получен ответ. Космологии многое предстоит сделать в будущем. Но серьезный фундамент уже создан.

Мы говорим о существенном вкладе в фундамент современной космологии отечественных ученых. Наш собеседник Игорь Иванович Ткачев, астрофизик, космолог и специалист в области физики элементарных частиц, академик РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом экспериментальной физики Института ядерных исследований РАН.

«Знание – сила»: Игорь Иванович, космология тесно связана с физикой элементарных частиц. Наверное, если говорить о каких-то достижениях вообще космологии и о достижениях отечественных ученых, надо говорить и о космологии, и о физике элементарных частиц. Что реально можно предъявить как достижение отечественных ученых в этих двух сильно связанных сферах науки?

Игорь Ткачев: Я бы в этой паре выделил космологию. На удивление много российские ученые внесли в развитие космологии. Не знаю, с чем это связано. Возможно, с российскими просторами, когда во многих местах можно лечь на землю и вдосталь смотреть на полный небосвод в безлунную ночь.

Можно говорить об основополагающем вкладе наших ученых во всю космологию, включая современную, которая уже стала точной наукой. Александр Александрович Фридман (1888—1925), петербургский ученый, первым решил уравнение Эйнштейна, осознав, что его можно применить ко Вселенной в целом. Написал метрику, решил уравнение и показал, что Вселенная расширяется. Стационарного решения нет. Это фундаментальный вклад в космологию. Эйнштейн в это не поверил, долго с Фридманом переписывался, спорил, потому что для него такой результат был неприемлем: если Вселенная расширяется, значит, она расширяется изначально из сингулярности – из точки и из бесконечной плотности. Как так? Значит, был акт творения, а если акт творения, значит, должен быть творец, и это «не научно».

Эйнштейн считал, что Вселенная должна быть стационарна. Что она не меняется. (Хотя это тоже не решает проблемы: даже если она стационарна, откуда она взялась?) В общем, он хотел стационарной Вселенной, чтобы не было акта творения. И ввел космологическую постоянную в уравнение. Решил и нашел стационарное решение. Как потом выяснилось, решение неправильное. Если ввести космологическую постоянную, все равно будет Вселенная расширяться или сжиматься, в зависимости от того, на какой стадии находится. Если сжимается, потом будет отскок. Фридман помог ему понять, что решение было найдено неправильно. И он признал: это была самая большая ошибка его жизни – введение космологической постоянной. Позже выяснилось, что это как раз не ошибка. Космологическая постоянная есть, она подтверждена экспериментально в наблюдениях, и за это открытие дали Нобелевскую премию1.

1 В 2011 году Нобелевская премия по физике вручена космологам Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Риссу, собравшим доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением.

Александр Александрович Фридман

Космологическая постоянная работает как антигравитация, заставляя Вселенную расширяться с ускорением. Если гравитация замедляет движение разлетающихся тел, темная энергия действует обратным образом: тела все быстрее и быстрее будут удаляться. Но она проявляется на больших масштабах. Это энергия вакуума. И она играет сейчас, в общем, фундаментальную роль в нашем понимании, как появилась Вселенная, откуда взялось вещество в ней. Это как раз следствие того, что энергия вакуума может не быть равной нулю в современной физике элементарных частиц. Вакуум – сложное состояние, в котором нет реальных частиц, есть только виртуальные, которые рождаются и уничтожаются. Энергия вакуума – это энергия низшего состояния всех квантованных полей.

Энергия вакуума глазами художника

«ЗС»: Ускоренное расширение Вселенной означает, что сегодня в ее энергетическом балансе энергия вакуума доминирует над темной материей и обычным веществом.

И. Т.: Да, и мы вернемся к этому позже. Если говорить о вкладе российских и советских ученых в космологию в исторической последовательности, то следующий после Фридмана, первого столпа современной космологии, второй столп – это Георгий Антонович Гамов (1904—1968), отец теории горячей Вселенной. Исходно он был физик-ядерщик. И вот тут как раз проявляется связь физики элементарных частиц, астрофизики и космологии. Гамов создал теорию эволюции звезд, основанную на термоядерных реакциях. Вклад его тут огромен. Помимо прочего, он осознал, что основной энергетический механизм на Солнце – термоядерная реакция синтеза гелия из атомов водорода. Он рассчитал, зная светимость Солнца, сколько выделяется энергии, и соответственно сколько происходит таких реакций в единицу времени. Вычислил, сколько будет гелия наработано в Солнце за всю его историю. И увидел, что на Солнце гелия больше, чем то количество, которое там могло наработаться. И задался вопросом: откуда взялся в нашем светиле лишний гелий? И Гамов сделал правильный вывод, что когда-то Вселенная была горячей. Там и тогда и возник излишек, вне Солнца.

Георгий Антонович Гамов

Ну, а если она была горячая, то от этого должен был остаться какой-то след. То, что мы называем сейчас реликтовым излучением. Гамов посчитал его температуру и вычислил правильно. Сейчас космология шагнула далеко вперед, сейчас это прецизионная наука, очень строгая – с колоссальной точностью мы знаем и состав Вселенной, и ее историю, как раз изучая реликтовое излучение. А тогда все было на уровне гипотез и оценок. Гамов с учениками нашел, что в наше время температура этого излучения должна быть в районе от одного до десяти градусов выше абсолютного нуля. Удивительно точно для тех данных, которыми он располагал. В 1949 году Фред Хойл, который придерживался необоснованной концепции стационарной Вселенной, на радиошоу дал ироничное название теории горячей Вселенной Гамова: Big Bang, Большой Взрыв. Если быть точным, перевод с английского скорее Большой Хлопок, тут есть коннотация с «много шума из ничего». В 1950 году Гамов уточнил, что температура Вселенной сегодня скорее всего 3 градуса. Реликтовое излучение потом было обнаружено, с температурой 2,7 К, и за него дали Нобелевскую премию. Но увы, до того работы Гамова были забыты. Только в 1964 году сходные результаты, и их развитие, были вновь получены американскими физиками Робертом Дикке и Джимом Пиблсом, и советскими физиками Андреем Георгиевичем Дорошкевичем и Игорем Дмитриевичем Новиковым. Сложность принятия концепции подчеркивает тот факт, что их учитель, выдающийся советский физик Яков Борисович Зельдович (1914—1987), вплоть до экспериментального открытия реликтового излучения придерживался теории холодной вселенной.

«ЗС»: На самом деле экспериментально реликтовое излучение обнаруживали и до работ Гамова. Только не понимали, с чем имеют дело.

И. Т.: Да, первое косвенное обнаружение на тот момент непонятного микроволнового излучения имело место в 1941 году. Канадский астроном Эндрю Мак-Келлар изучал звездные спектры в Галактике и обнаружил спектральные линии поглощения света, которые им объяснялись, только если поглощающие молекулы возбуждаются излучением неизвестной природы с температурой примерно два с половиной градуса Кельвина. Но теории горячей Вселенной еще не было, началась Вторая мировая война, и все было забыто.

В 1955 году советский радиофизик Тигран Арамович Шмаонов, который был тогда аспирантом в Пулковской обсерватории, занимаясь проблемой калибровки радиотелескопов, обнаружил, что куда ни посмотри на небо, всюду есть излучение в 3 градуса. Это был неожиданный результат. Все мировое научное сообщество считало, что никакого такого излучения быть не должно. Гамов‑то ведь был забыт. Тигран Арамович долго мучился, обсуждал с теоретиками, но объяснения этому не было найдено. Но он верил в свои данные и статью с результатами этих калибровок все-таки опубликовал, считал, что за этим стоит настоящий эффект. По преданию, он даже видел 3 градуса, плюс-минус градус. Не знаю как было на самом деле, но в опубликованной его статье 4 плюс-минус 3. Так или иначе, он видел реликтовое излучение за 8 лет до его официального открытия.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

После Ленина: гибель левой оппозиции После Ленина: гибель левой оппозиции

Как соратники тяжело больного Ленина начали ожесточённую борьбу за власть

Дилетант
Смех и слезы: как работает провокативная психотерапия Смех и слезы: как работает провокативная психотерапия

Провокативная психотерапия: почему она работает, может ли она травмировать?

Psychologies
Горящая точка Горящая точка

Жители деревни Лисин начинают рабочий день, спускаясь в кратер активного вулкана

Вокруг света
Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону Как добавить поддержку беспроводной зарядки любому смартфону

Как настроить функцию беспроводной зарядки в любом телефоне?

ТехИнсайдер
«Ведая пространство земель нашей империи…» «Ведая пространство земель нашей империи…»

Как Екатерина Великая решала проблемы демографии и освоения пустынных территорий

Знание – сила
«Наша работа состоит из череды ошибок»: психотерапевт о своих неудачах в работе с клиентами «Наша работа состоит из череды ошибок»: психотерапевт о своих неудачах в работе с клиентами

Как психологи проживают неудачные кейсы и превращают их в точку роста

Psychologies
Времена меняются Времена меняются

Центральные банки должны изменить политику и подходы, чтобы быть эффективными

Деньги
Литва от моря и до моря Литва от моря и до моря

История Литвы: от первого правителя до образования Речи Посполитой

Дилетант
100%-ный пациент 100%-ный пациент

Даниил Воробьёв: насколько контрастны и созданные им персонажи, и реальная жизнь

OK!
Морские выдры спасают берега от эрозии и обрушения Морские выдры спасают берега от эрозии и обрушения

Как каланы сохраняют состояние берегов заболоченных устьев рек

ТехИнсайдер
Тоник и тонер – не одно и то же Тоник и тонер – не одно и то же

Как мы заблуждаемся при использовании этих средств

Лиза
Авианосцы постройки Великобритании и Франции, часть 2. Франция Авианосцы постройки Великобритании и Франции, часть 2. Франция

Два авианосца Франции, «Бретань» («Bretagne») и «Прованс» («Provence»)

Наука и техника
Ученые узнали эволюционное преимущество сплетен Ученые узнали эволюционное преимущество сплетен

Сплетни могут принести пользу социальным кругам

ТехИнсайдер
От Анастасии Вертинской до Юлии Снигирь: какие актрисы в разные годы играли Маргариту От Анастасии Вертинской до Юлии Снигирь: какие актрисы в разные годы играли Маргариту

Кто играл Маргариту в кино, сериалах и театре

Forbes
Как дизайнер и химик создали заметный российский парфюмерный бренд Fakoshima Как дизайнер и химик создали заметный российский парфюмерный бренд Fakoshima

Как Fakoshima сумел закрепиться на российском рынке

Forbes
Пятиминутный путеводитель по китайскому Новому году: откуда пришел праздник, как правильно отмечать и почему нельзя есть кашу Пятиминутный путеводитель по китайскому Новому году: откуда пришел праздник, как правильно отмечать и почему нельзя есть кашу

В Китае Новый год уходит корнями в глубокую древность

Правила жизни
«Если дружба, то навсегда, если обида, то смертельная»: как подростковый опыт общения влияет на дальнейшую жизнь «Если дружба, то навсегда, если обида, то смертельная»: как подростковый опыт общения влияет на дальнейшую жизнь

Дружба для подростков — один из центральных этапов социальной сплоченности

Psychologies
Виагра снижает риск развития болезни Альцгеймера на 18% ниже Виагра снижает риск развития болезни Альцгеймера на 18% ниже

Виагра, помимо прочего, также может снижать риск развития болезни Альцгеймера

ТехИнсайдер
Автопортрет эмигранта в бетоне Автопортрет эмигранта в бетоне

Как Любеткин хотел взорвать Лондон принципами социалистического строительства

Weekend
Энергетический баланс: 4 совета для восстановления сил Энергетический баланс: 4 совета для восстановления сил

Что делать, если энергия пропала, а на ее место пришла хроническая усталость?

Psychologies
Палеогенетики впервые выявили древнего человека с синдромом Эдвардса Палеогенетики впервые выявили древнего человека с синдромом Эдвардса

Первый случай, когда синдром Эдвардса выявили у древнего человека

N+1
Валя Карнавал: «Это было невероятно!» Валя Карнавал: «Это было невероятно!»

Валя Карнавал — о том, как стала ведущей огромного мероприятия

ЖАРА Magazine
Тот же Канье, только в профиль: каким получился альбом Vultures 1 Тот же Канье, только в профиль: каким получился альбом Vultures 1

Vultures от Канье звучит как альбом, записанный на пределе, из последних сил

Правила жизни
Как (не) работают книги по саморазвитию и самопомощи: мнение людей с депрессией Как (не) работают книги по саморазвитию и самопомощи: мнение людей с депрессией

Насколько эффективны книги по самопомощи? Что стоит учитывать при их выборе?

Psychologies
Вы не поверите, но даже зимой муравейник не спит. Как переживают зиму муравьи? Вы не поверите, но даже зимой муравейник не спит. Как переживают зиму муравьи?

Как устроена жизнь в муравейнике?

ТехИнсайдер
Звезда «Слова пацана» Рузиль Минекаев рассказал о том, как пережил смерть отца Звезда «Слова пацана» Рузиль Минекаев рассказал о том, как пережил смерть отца

Рузиль Минекаев признался, что потерял папу еще в детстве

Psychologies
Любовь и эволюция: как мы выбираем пару и причем тут хвосты и перья Любовь и эволюция: как мы выбираем пару и причем тут хвосты и перья

Какие эволюционные механизмы влияют на то, кого мы считаем сексуальными?

Forbes
Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая Технологический расчет: почему ИИ и электромобили пока не спасают экономику Китая

Экономика Китая выросла на 5,2 %. По высоким китайским стандартам рост слабый

Forbes
Алексей Левинсон — Forbes: «Нет гражданского общества, но гражданские чувства есть» Алексей Левинсон — Forbes: «Нет гражданского общества, но гражданские чувства есть»

Резонансные события позволили россиянам проявить свои гражданские чувства

Forbes
10 вещей, которые нельзя делать во время мытья полов: мнение сотрудников клининговых служб 10 вещей, которые нельзя делать во время мытья полов: мнение сотрудников клининговых служб

Есть распространенные ошибки при мытье полов. Какие же?

VOICE
Открыть в приложении