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

Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
«Набрала 10 кг из-за него»: могут ли отношения стать причиной лишнего веса — мнение эксперта «Набрала 10 кг из-за него»: могут ли отношения стать причиной лишнего веса — мнение эксперта

Как эмоциональные трудности в отношениях могут привести к лишнему весу?

VOICE
Рукокрылые резервуары Рукокрылые резервуары

Почему летучие мыши резко выделяются среди источников инфекционных болезней?

Знание – сила
Андрогинная ведьма, звезда декаданса, пугало. Как одевалась поэтесса Зинаида Гиппиус Андрогинная ведьма, звезда декаданса, пугало. Как одевалась поэтесса Зинаида Гиппиус

Мужские костюмы, прозрачное платье, ожерелье из колец — стиль Зинаиды Гиппиус

СНОБ
Лунная гонка. История поражений и побед Лунная гонка. История поражений и побед

Самое время вспомнить основные вехи нелегкого пути изучения нашего спутника

Наука и техника
Простые секреты, как избавиться от раздражения после бритья как можно скорее Простые секреты, как избавиться от раздражения после бритья как можно скорее

Несколько проверенных способов, как позаботиться о профилактике раздражения

ТехИнсайдер
От поражения до победы От поражения до победы

Йом-кипур в Израиле отмечают практически все, даже не очень верующие люди

Дилетант
Мороз и солнце Мороз и солнце

Еще лет двадцать назад на остров Ольхон на Байкале почти не ступала нога туриста

Лиза
Рыбам-клоунам не понравились сородичи с таким же количеством полос Рыбам-клоунам не понравились сородичи с таким же количеством полос

Животные способны различать сородичей по голосу, цвету или другим признакам

N+1
Какой должна быть мощность всасывания пылесоса Какой должна быть мощность всасывания пылесоса

Как подобрать правильную мощность домашнего пылесоса?

CHIP
«Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!» «Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!»

«Я к вам больше не приду никогда. Потому что в вашем доме книги — пленницы»

Коллекция. Караван историй
Когда и как нужно мыть машину? Когда и как нужно мыть машину?

Как лучше всего мыть машину?

4x4 Club
Дойти до конца цепочки Дойти до конца цепочки

Как Россия может достичь технологического суверенитета в сфере производства РЗМ

Монокль
«Разговоры с таксистами об устройстве Вселенной» «Разговоры с таксистами об устройстве Вселенной»

Почему для выживания людям, вероятно, потребуется расселиться за пределы Земли

N+1
Компетенции, знания, интуиция: как лидеры принимают управленческие решения Компетенции, знания, интуиция: как лидеры принимают управленческие решения

На что опираются управленцы, когда принимают решения?

Forbes
Тело на шотландском пляже: пугающая история шведки Анни Боржессон, гибель которой запретили расследовать Тело на шотландском пляже: пугающая история шведки Анни Боржессон, гибель которой запретили расследовать

История этой женщины могла бы стать сюжетом для скандинавского детектива

VOICE
7 небанальных фильмов о любви, которые интересно смотреть и мужчинам, и женщинам 7 небанальных фильмов о любви, которые интересно смотреть и мужчинам, и женщинам

Подборка фильмов с романтичным вайбом

Maxim
Равнение на грудь. Как ее подтянуть, увеличить и сделать более упругой Равнение на грудь. Как ее подтянуть, увеличить и сделать более упругой

Придать груди красивую форму можно и без пластических операций

Лиза
«Роль Волка пришла ко мне в нужный момент» «Роль Волка пришла ко мне в нужный момент»

Влад Ценёв — о международных проектах, манипуляциях и мечтах

OK!
Google Deepmind: ИИ обладает способностью к самопознанию, нужно только правильно его спросить Google Deepmind: ИИ обладает способностью к самопознанию, нужно только правильно его спросить

Ученые предложили новую систему промтов, которую назвали «самопознание»

ТехИнсайдер
Без паники! Без паники!

Признаки хронического стресса, о которых ты вряд ли догадывалась

Лиза
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
Ужасы в вашей тарелке: 6 опасных для здоровья пищевых фобий Ужасы в вашей тарелке: 6 опасных для здоровья пищевых фобий

Откуда у людей возникают страхи перед едой и как их вылечить?

Psychologies
5 простых тренировок для поддержания здоровья 5 простых тренировок для поддержания здоровья

Пять активностей, которые приносят пользу физическому и психическому здоровью

Psychologies
Спланировать до мелочей: как четкий распорядок дня повышает эффективность Спланировать до мелочей: как четкий распорядок дня повышает эффективность

Каковы основные принципы составления оптимального режима дня?

Forbes
«Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни» «Ландшафты мозга. Об удивительных искаженных картах нашего мозга и о том, как они ведут нас по жизни»

Как развиваются зоны мозга, отвечающие за восприятие предметов

N+1
Новый тренд в питании: атлантическая диета — основные принципы и примеры блюд Новый тренд в питании: атлантическая диета — основные принципы и примеры блюд

Атлантическая диета: чем она может быть полезна для здоровья?

Psychologies
Вот тут болит Вот тут болит

Боль в груди: разбираем самые частые причины

Лиза
Между серпом и пухом Между серпом и пухом

Тур на кроссовере марки Jetour до Серпухова и обратно

Автопилот
Пластмассовый мир проиграл Пластмассовый мир проиграл

Как советские хиппи не хотели никого победить — но все изменили

Weekend
Открыть в приложении