Физик-математик Дмитрий Горбунов – о космологии как науки об эволюции Вселенной

Знание – силаНаука

Связывая микромир с громадной Вселенной

Дмитрий Сергеевич Горбунов, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. Область исследований Д. С. Горбунова – передний край современной фундаментальной физики, рассматривающей с единых позиций явления микрои макромира. Мы говорим с Дмитрием Сергеевичем о находящихся в тесной внутренней взаимосвязи законах физики элементарных частиц и космологии как науки об эволюции Вселенной.

Часть 1.

«Знание – сила»: Дмитрий Сергеевич, космология занимается Вселенной. Самым крупным космическим объектом, внутри которого мы находимся. Хотя тут есть варианты: модель горячей Вселенной ограничивается тем, что мы можем увидеть в самые сильные телескопы или чуть больше, а инфляционная модель предполагает что-то намного большее. Некоторые называют это большее мультивселенной.

Дмитрий Горбунов: Можно использовать слово «Вселенная», понимая, что в ней есть области, которые отличаются друг от друга. Если для примера взять лесной массив, то его части могут отличаться по структуре – еловый лес, сосновый, березовая роща. И во Вселенной области могут очень сильно отличаться – там могут быть даже другие законы физики. Могут быть такие части Вселенной, где нет электронов, кварков1 – там вообще другие элементарные частицы.

1 Кварки – фундаментальные частицы, которые образуют составные адроны, такие как протон, нейтрон и пион. (Здесь и далее примечания редакции).

«ЗС»: Валерий Анатольевич Рубаков говорил о мультивселенной, когда объяснял возникновение нашей Вселенной с конкретными константами, обеспечивающими существование вещества. Мультивселенная заполнена вакуумом, то есть некоторым энергетическим состоянием, и в нем идут флуктуации. В какие-то момент происходит сильная функция, которая замыкает некий объем. В момент замыкания происходит фиксация констант, которые потом уже не меняются. Выйти за пределы этого пузыря, если так его назвать, невозможно. То, что вы рассказываете, фактически предполагает возможность перехода из одной части Вселенной в другую, где совсем иные физические законы.

Д. Г.: Это некая умозрительная возможность перехода, потому что мы в принципе не можем даже убедиться, что прямо за нашим горизонтом лежит часть Вселенной с такими же свойствами, как мы наблюдаем внутри горизонта. Конечно, это все умозрительно – мы как бы смотрим сверху на всю большую Вселенную, вид которой предполагаем, исходя из наших знаний и неких концепций. В действительности наблюдаем мы только ту часть, которая ограничена горизонтом. К сожалению, в рамках существующих концепций не удается придумать какую-то наблюдаемую модель, которую даже гипотетически мы могли бы проверить, и, например, убедиться в существовании частей Вселенной за горизонтом. И, конечно, мы понимаем, что в рамках установленных физических законов природы мы не можем физически туда перемещаться. При таком взгляде эти гипотезы представляются нефизическими. Конечно, никто не сказал, что мы знаем все законы природы. Но когда вы предлагаете новую физическую модель, вы в ней что-то вычисляете, используя стандартные математические аппараты, которые мы используем для реальной физики, описывая, что там и как происходило, и почему, например, во Вселенной бывают разные части с разными условиями. Даже можно пытаться оценивать, каких вселенных с какими условиями больше. Например, концентрация гелия в каких-нибудь специфических звездах была бы равна чему-то конкретному, или определенным образом падала бы с расстоянием до центра звезды, если бы гипотеза о мультивселенных была верна. Чтобы это проверить, нужно в центр звезды залезть. Сейчас это нереалистично, да, но мы понимаем, что хотя бы в принципе это можно проверить. К сожалению, пока подобных наблюдаемых в моделях мультивселенных не предложено.

«ЗС»: Мы фактически коснулись темы, что космология в какой-то части своих направлений еще не является, а может быть, и никогда не станет точной наукой. Вместе с тем есть какие-то направления исследований, в которых космология уже какое-то время назад стала точной наукой2. Но понятно, что всю ее мы в любом случае исследовать экспериментально не сможем.

2 Об этом говорится в интервью с академиком РАН И. Ткачевым в «З‑С» №№ 2–3/24.

Д. Г.: Как мы сейчас обсуждали, какие-то направления исследований неточны от того, что мы какой-то предмет изучения осмотреть со всех сторон не можем. Обычно у нас есть элементарные частицы, которые мы можем отдельно поизучать и потом использовать их свойства. Скажем, Земля. Да, мы не можем сейчас залезть в центр Земли, но у нас есть способы узнать, что внутри расположено. Мы можем пробурить очень глубокие скважины, посмотреть, что там. Можем что-то узнать, изучая распространение сейсмических волн. И мы понимаем: в принципе техника развивается так, что этот вопрос мы выясним в какой-то момент. Но со Вселенной не так – мы находимся внутри нее и знаем, исходя из современных представлений, что она большая, возможно, бесконечная. Но понятно, что всю ее мы в любом случае исследовать экспериментально не сможем.

«ЗС»: Но при этом космологи уже давно могут описать, что было в первые доли секунды после Большого взрыва.

Д. Г.: Космологи изучают ту часть Вселенной, которая им доступна. То, что называется наблюдаемой Вселенной или видимой частью Вселенной. Мы можем применять к ней физические уравнения – если говорить о Вселенной в целом, основная сила гравитационная, и в данном случае мы берем как рабочий вариант общую теорию относительности. Если говорить про самые ранние моменты, там могла быть какая-то модификация этой теории, или, если говорить про более поздние стадии, по сравнению с современной, то не исключено, что гравитация там будет более сложной. Но вот пока на том участке, который мы обсуждаем и к которому относятся имеющиеся у нас наблюдения, нам вполне подходит общая теория относительности и та физика частиц, которую мы знаем – мы изучали ее в лаборатории. Мы считаем, что физика такая же на Луне, на Марсе, где-то еще. Это, кстати говоря, мы проверяем. Например, мы изучаем спектры излучения различных химических элементов из различных астрофизических источников и убеждаемся, что эти спектры такие же, как на Земле. А значит, физические константы, которые определяют эти спектры излучения, такие же там, как и здесь, на Земле. То есть физика такая же. И мы пытаемся понять, как же так получилось, что Вселенная, которую мы сегодня наблюдаем в телескопе, она такая. Пытаемся придумать, как она эволюционировала, когда шла до нынешнего состояния. И надо сказать, что, когда мы говорим о Вселенной, это очень большие масштабы. Мы, конечно, наблюдение проводим сейчас, если говорить про наблюдение за таким нашим объектом, как Вселенная. В современной физике это наблюдение суммарной длительностью до 100 лет, по сути это время с тех пор, когда мы поняли, что не ограничены Галактикой, а наша Галактика только одна из многих во Вселенной. Тем не менее, поскольку в телескопы мы смотрим очень далеко, то нам доступны очень далекие части Вселенной, свет оттуда к нам летел очень долго, и поэтому на самом деле мы видим те части молодыми. То есть мы можем увидеть очень раннюю Вселенную и как бы немножко посмотреть ее историю, рассматривая более и более близкие объекты и анализируя эту цепь наблюдений. Глядя на далекие объекты, мы сравниваем их с близкими, принадлежащими поздней Вселенной. Это разные объекты, но среди них можно выделить морфологически одинаковые. Это как если бы мы видели большое дерево, какое-то дерево помоложе и совсем проросток, но все одного вида. Это разные, конечно, деревья. Но мы, предполагая, что эволюция, наверно, устроена последовательно, проверяем ее экспериментально. Действительно, из маленького саженца вырастает большое дерево. Маленькие саженцы – это ранняя Вселенная, а сегодня это уже такие большие деревья. Если говорить о структурах, то это маленькие первые карликовые галактики, которые образовались очень давно. Они сейчас тоже есть. Мы тоже можем их изучать, но у них, вообще говоря, несколько другой химический состав. Там произошло много процессов звездообразования, химический состав изменился. Тем не менее масса галактики та же самая. Вот мы видим эти маленькие галактики в далеком прошлом, потом поближе уже большего размера галактики, еще поближе – скопления галактик. Это самые большие гравитационно-связанные образования, которые не участвуют в расширении Вселенной. Скопление или галактика остаются сами собой, значит, их не растягивает никуда. Это мы наблюдаем посредством телескопов, и это продвижение, что называется, наблюдательной космологии, когда с помощью современных приборов мы можем заглянуть очень далеко. Причем в разных диапазонах электромагнитного излучения, от радиодиапазона до очень жесткого рентгена и дальше – до гамма-диапазона. Мы наблюдаем разные объекты, наблюдаем в разных диапазонах, различаем их структуру, и поскольку свет от них шел к нам через расширяющуюся Вселенную, мы уверенно говорим, что изменилось в этой Вселенной, пока свет летел к нам, а Вселенная старела.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Заряженная пыль на Луне Заряженная пыль на Луне

Откуда взялась пыль на Луне?

Знание – сила
Как создают огнестойкие материалы Как создают огнестойкие материалы

На рынке огнезащиты интенсивно развиваются два направления

Монокль
Дедушка Максим Дедушка Максим

История пулемета, в честь которого нас назвали

Maxim
Японцы сделали робоверсию ожившего трехногого стула из аниме Японцы сделали робоверсию ожившего трехногого стула из аниме

Инженеры воспроизвели оживший стул без одной ноги и научили его ходить

N+1
Связывая микромир с громадной Вселенной Связывая микромир с громадной Вселенной

Дмитрий Горбунов о поиске других моделей эволюции Вселенной

Знание – сила
«Царица Наталья Кирилловна показывает взбунтовавшимся стрельцам живого и здорового царевича Ивана» «Царица Наталья Кирилловна показывает взбунтовавшимся стрельцам живого и здорового царевича Ивана»

Вид живого и невредимого царевича не остановил жаждущую крови толпу...

Дилетант
Пауки и панельки Пауки и панельки

«Паутина страха»: новая хоррор-классика

Weekend
Первые и самые: 15 невероятных рекордов, установленных людьми в космосе Первые и самые: 15 невероятных рекордов, установленных людьми в космосе

Какие люди стоят за самыми удивительными прорывами в изучении космоса

ТехИнсайдер
Как отмечают Пасху в разных странах мира Как отмечают Пасху в разных странах мира

Какие пасхальные традиции существуют в других странах?

ТехИнсайдер
Погибшая приватность и побежденная паранойя Погибшая приватность и побежденная паранойя

Как современный человек избавился от страха остаться неизвестным

Weekend
Дом на Садовой Дом на Садовой

Московский особняк промышленника и мецената Саввы Мамонтова

Правила жизни
Регулярные рейсы на Марс, туристы в открытом космосе и лунные гонки: самые ожидаемые космические миссии 2024 года Регулярные рейсы на Марс, туристы в открытом космосе и лунные гонки: самые ожидаемые космические миссии 2024 года

Какие именно космические старты, события и миссии намечены на будущее

ТехИнсайдер
АКРА прогнозирует в 2024 году очередной рекордный урожай зерна АКРА прогнозирует в 2024 году очередной рекордный урожай зерна

В нынешнем году Россия может собрать второй по объему урожай зерна

Forbes
Качаться, чтобы передать потомкам хорошие гены: ученые говорят, что это может защитить их от болезней и ранней смерти Качаться, чтобы передать потомкам хорошие гены: ученые говорят, что это может защитить их от болезней и ранней смерти

Физические упражнения могут усиливать экспрессию генов, связанных с ростом мышц

ТехИнсайдер
5 привычек для здорового старения мозга 5 привычек для здорового старения мозга

Что вы можете сделать, чтобы предотвратить снижение когнитивных способностей?

ТехИнсайдер
Отлично выглядите: почему некоторым людям так трудно принимать комплименты Отлично выглядите: почему некоторым людям так трудно принимать комплименты

Что делать, если похвала для вас хуже критики?

Inc.
Узнайте, как жестокое обращение с детьми влияет на психику во взрослой жизни! Интересные факты Узнайте, как жестокое обращение с детьми влияет на психику во взрослой жизни! Интересные факты

Жестокое обращение в детстве негативно влияет на здоровье во взрослом возрасте

ТехИнсайдер
Половина зумеров сталкивается с выгоранием в первый год трудоустройства Половина зумеров сталкивается с выгоранием в первый год трудоустройства

Зумеры выгорают раньше всех, а миллениалы не любят свою профессию

Forbes
The Kooks — гении ретромании и самая недооцененная рок-группа нулевых The Kooks — гении ретромании и самая недооцененная рок-группа нулевых

В чем феномен британской группы The Kooks

СНОБ
Зелёная команда Зелёная команда

Как растительные сообщества конкурируют между собой

Наука и жизнь
В браке только ради детей? Приготовьтесь к 3 неприятным последствиям В браке только ради детей? Приготовьтесь к 3 неприятным последствиям

Что происходит с детьми, когда родители решают остаться в несчастливом браке?

Psychologies
«Конек-Горбунок» и «Госпожа Бовари»: запрещенные книги, которые стали классикой «Конек-Горбунок» и «Госпожа Бовари»: запрещенные книги, которые стали классикой

Книги, которые сперва вызывали вопросы цензоров, но стали мировой классикой

Forbes
Не только куличи и яйца: 10 подвижных игр, в которые на Пасху можно сыграть с детьми Не только куличи и яйца: 10 подвижных игр, в которые на Пасху можно сыграть с детьми

Несколько демократичных игр, которые хорошо заходят на пикниках, в теме Пасхи

ТехИнсайдер
Этруски – кто они?.. Этруски – кто они?..

Этруски — один из самых древних и загадочных народов Европы

Зеркало Мира
«Твоя жизнь — это твоя жизнь». Что делать, если ребенок от первого брака не может встроиться в новую семью своей матери «Твоя жизнь — это твоя жизнь». Что делать, если ребенок от первого брака не может встроиться в новую семью своей матери

Что делать, если дочь не принимает новую семью своей матери

СНОБ
Эренумаб облегчил симптомы мигрени лучше неспецифических препаратов Эренумаб облегчил симптомы мигрени лучше неспецифических препаратов

Лишь недавно ученые разработали эренумаб, предназначенный для лечения мигрени

N+1
Осторожно: огнеопасно! Осторожно: огнеопасно!

Музыкант и диджей Дельфин — о том, как важно чувствовать сегодняшний момент

Grazia
Китай: наполовину запланированный кризис Китай: наполовину запланированный кризис

Что происходит с экономикой Поднебесной

Деньги
Глупые вопросы о ПДД, которые вызывают недоумение даже у бывалых водителей Глупые вопросы о ПДД, которые вызывают недоумение даже у бывалых водителей

Правила ПДД, которые озадачивают любого водителя до сих пор

Maxim
Не стучись в мою дверь: 5 сериалов-антологий в жанре ужасов Не стучись в мою дверь: 5 сериалов-антологий в жанре ужасов

Хорроры-антологии, которые не позволят вам от себя оторваться

Правила жизни
Открыть в приложении