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

Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Команды, которые меняют мир: как трое друзей придумали агентство Setters Команды, которые меняют мир: как трое друзей придумали агентство Setters

Отрывок из книги «Setters. Команды, которые меняют мир»

Forbes
Сгоревшая демократия Сгоревшая демократия

27 февраля 1933 года в Берлине был подожжён Рейхстаг

Дилетант
Смотрите это немедленно: 5 любимых телепередач о моде Смотрите это немедленно: 5 любимых телепередач о моде

Даже в эпоху интернета телевизионная мода все еще приковывает внимание

Правила жизни
Чужбина больше не интересует: как менялось мнение россиян об эмиграции Чужбина больше не интересует: как менялось мнение россиян об эмиграции

В России рекордно снизилось число граждан, желающих попытать счастье за рубежом

ФедералПресс
Правильный счет: как перестать прокрастинировать и попробовать инвестиции Правильный счет: как перестать прокрастинировать и попробовать инвестиции

Инвестиции не гарантируют ни доходы, ни защиту — но помогают гибко выбирать путь

Правила жизни
Как завещал великий Ленин? Как завещал великий Ленин?

Основные тезисы «политического завещания Ленина»

Дилетант
Алгебра гармонии Алгебра гармонии

«Тайная вечеря» Дали — картина, построенная на пропорциях мировой гармонии

Вокруг света
Стакан воды, в котором ты утонешь: почему нельзя опекать своих родителей Стакан воды, в котором ты утонешь: почему нельзя опекать своих родителей

Почему опека над близкими способна разрушить жизнь взрослой современной женщины?

VOICE
Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню» Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню»

Какими приемами пользуются режиссеры и как их воспринимают зрители?

РБК
«Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы» «Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы»

Зачем ученые объединяют радиосигналы телескопов

N+1
Автомобили Бориса Ельцина. На чем ездил первый президент России Автомобили Бориса Ельцина. На чем ездил первый президент России

Перечисляем все автомобили Бориса Ельцина

РБК
«Я беден и уродлив. Ищу полнейшего контраста»: как знакомились в России в начале ХХ века «Я беден и уродлив. Ищу полнейшего контраста»: как знакомились в России в начале ХХ века

Как сто лет назад люди искали себе пару

Правила жизни
Личное дело Личное дело

Если ты заболела, кажется, что тебя прокляли, что говорить об этом стыдно

Grazia
И в горе, и в радости, и отдельно: почему настоящая близость невозможна без сепарации И в горе, и в радости, и отдельно: почему настоящая близость невозможна без сепарации

Что же такое «быть вместе», почему это высшее благо и, одновременно, наш страх

Forbes
Как справиться со сложными чувствами по отношению к родителям: 2 шага Как справиться со сложными чувствами по отношению к родителям: 2 шага

Нужно ли избавляться от негативных эмоций по отношению к самым близким людям?

Psychologies
Климатологи связали асимметрию потепления полюсов с водяным паром Климатологи связали асимметрию потепления полюсов с водяным паром

Тропосфера Антарктики оказалась менее подвержена прямому радиационному нагреву

N+1
У аппарата. 5 действий с телефоном, которые указывают на невротическое поведение У аппарата. 5 действий с телефоном, которые указывают на невротическое поведение

Как выявить склонность к неврозу и нездоровую привязанность к гаджету

Лиза
Как устроить идеальное свидание в домашних условиях: умная техника, которая все сделает за вас Как устроить идеальное свидание в домашних условиях: умная техника, которая все сделает за вас

Как быстро и качественно организовать незабываемый вечер дома?

ТехИнсайдер
New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера

Плотность частиц пыли в Поясе Койпера падает медленнее, чем это предсказывают

N+1
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
Присутствие сородичей заставило лягушек быстрее стучать пальцем во время кормления Присутствие сородичей заставило лягушек быстрее стучать пальцем во время кормления

Постукивание пятнистых древолазов действительно усиливается во время кормления

N+1
Трудный возраст: 5 хороших книг о подростках, которые стоит прочитать взрослым Трудный возраст: 5 хороших книг о подростках, которые стоит прочитать взрослым

Пять историй взросления, авторы которых работают с российской реальностью

Правила жизни
Зачем смартфонам камеры с высоким разрешением Зачем смартфонам камеры с высоким разрешением

Есть ли смысл в камерофонах?

ТехИнсайдер
Индексы скорости и нагрузки шин: что они означают? Расшифровка Индексы скорости и нагрузки шин: что они означают? Расшифровка

Индекс скорости и нагрузки шин — что это за параметры, почему их нужно учитывать

РБК
Дождевые облака в голове: роман о жизни девушки с аутизмом Дождевые облака в голове: роман о жизни девушки с аутизмом

Глава из романа «Прекрасная, как река» о «солнечной» Фабьене

Forbes
Так говорит Ким Кардашьян: почему хриплые женские голоса стали популярными Так говорит Ким Кардашьян: почему хриплые женские голоса стали популярными

Почему vocal fry (или штробас) стал трендовым

Psychologies
«Темная психология»: как нами манипулируют, используя «умные» термины «Темная психология»: как нами манипулируют, используя «умные» термины

Каким образом психологические термины превращаются в способ насилия над другими

Psychologies
Не добивайте жертву: 5 запретных фраз Не добивайте жертву: 5 запретных фраз

Никогда не произносите эти фразы людям, которые столкнулись с насилием

Psychologies
Русские суперфуды: уникальные традиционные продукты, о пользе которых мы забыли Русские суперфуды: уникальные традиционные продукты, о пользе которых мы забыли

Совершенно потрясающие и полезные для здоровья продукты из России

VOICE
Открыть в приложении