Отрывок из сборника статей об астрофизике от Валерия Рубакова

N+1Культура

«Астрофизика. Троицкий вариант»

Книга «Астрофизика. Троицкий вариант» (издательство «АСТ») — это сборник статей, ранее опубликованных в научно-популярном издании «Троицкий вариант — наука». Специально для этой книги астрофизик, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн и физик-теоретик, академик РАН Валерий Рубаков, снабдили материалы послесловиями и комментариями, а также написали несколько новых статей. Обходясь без сложных формул и поясняя терминологию, ученые рассказывают обо всем, что сегодня занимает людей, которые изучают и интересуются космосом: открытие бозона Хиггса, становление «прецизионной космологии», экзопланеты, космологическая инфляция и многое другое. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным изучению расширения Вселенной и теории инфляционной стадии ее эволюции, а также темной материи, которая играет в этом процессе важную роль.

Немного истории

 

То, что в нашей Вселенной «что-то не так», стало ясно космологам уже к началу 1990-х годов. Для пояснения полезно напомнить о законе расширения Вселенной. Удаленные друг от друга галактики разбегаются, причем, чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Количественно темп расширения характеризуется параметром Хаббла. К началу 1990-х значение параметра Хаббла в современной Вселенной было довольно хорошо измерено: темп расширения Вселенной сегодня таков, что галактики, удаленные от Земли на расстояние 1 млрд световых лет, убегают от нас со скоростью 24 тыс. км/с.

Отметим, что параметр Хаббла зависит от времени: в далеком прошлом Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем сейчас, и, соответственно, параметр Хаббла был гораздо больше.

В современной теории гравитации — общей теории относительности — параметр Хаббла однозначно связан с двумя другими характеристиками Вселенной: во-первых, с суммарной плотностью энергии всех форм материи, вакуума и т.д, во-вторых, с кривизной трехмерного пространства. Наше трехмерное пространство, вообще говоря, не обязано быть евклидовым; его геометрия может, например, быть аналогична геометрии сферы; сумма углов треугольника может не равняться 180°. В таком случае «упругость» пространства с точки зрения расширения Вселенной играет ту же роль, что и плотность энергии.

К началу 1990-х годов с неплохой точностью была оценена и плотность энергии «нормальной» материи в современной Вселенной. «Нормальная» она в том смысле, что испытывает такие же гравитационные взаимодействия, что и обычное вещество. Дело, впрочем, осложнилось тем, что большая часть «нормальной» материи — это так называемая темная материя. Темная материя, по-видимому, состоит из новых, не открытых пока в земных экспериментах элементарных частиц, чрезвычайно слабо взаимодействующих с веществом (слабее нейтрино!), но на равных испытывающих гравитационное взаимодействие. Именно по эффекту гравитационного притяжения она и была обнаружена. Более того, измерения гравитационных сил в скоплениях галактик позволили определить массу темной материи в них, а в конечном итоге — в целом во Вселенной. таким образом и была найдена полная плотность энергии «нормальной» материи (для нее справедлива знаменитая формула Е = mс2).

И что же оказалось? Выяснилось, что «нормальной» материи явно не хватает для объяснения измеренного темпа расширения Вселенной. Причем сильно не хватает: «недостача» составляла около 2/3 (по современным оценкам — около 70%). Возможных объяснений этому факту было два: либо трехмерное пространство искривлено, и недостающий вклад в параметр Хаббла связан с его «упругостью», либо во Вселенной присутствует новая форма энергии, которую впоследствии и стали называть «темной энергией».

С теоретической точки зрения обе эти возможности — и неевклидовость пространства, и темная энергия — выглядели крайне неправдоподобными.

Начнем с кривизны трехмерного пространства. В процессе расширения Вселенной пространство разглаживается, его кривизна уменьшается. Если кривизна отличается от нуля сейчас, то в прошлом она была больше, чем сегодня. Однако плотность энергии (массы) материи убывает при расширении Вселенной еще быстрее. Это означает, что в прошлом относительный вклад кривизны в параметр Хаббла был очень мал, а главным — с большим запасом — был вклад материи. Для того чтобы сегодня расширение Вселенной на 70% обеспечивалось кривизной, необходимо «подогнать» значение радиуса кривизны пространства в прошлом с фантастической точностью — через секунду после Большого взрыва он должен был быть равен миллиарду радиусов наблюдаемой тогда части Вселенной, не больше и не меньше! Без такой подгонки кривизна сегодня была бы либо на много порядков больше, либо на много порядков меньше, чем необходимо для объяснения наблюдений.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Неустойчивость Рэлея — Плато заставила квантовую жидкость разделиться на капли Неустойчивость Рэлея — Плато заставила квантовую жидкость разделиться на капли

Физики увидели, как квантовая жидкость разделилась на несколько отдельных капель

N+1
«Вояджеры» обнаружили более плотный космос вне Солнечной системы «Вояджеры» обнаружили более плотный космос вне Солнечной системы

«Вояджер-2» вышел в межзвездное пространство

Популярная механика
Кто такая пикми: разбираем феномен пикми-герл с психологами Кто такая пикми: разбираем феномен пикми-герл с психологами

Что стоит за пикми-поведением?

РБК
10 изобретений, спасающих жизни: большая статья 10 изобретений, спасающих жизни: большая статья

Основные изобретения, спасающие жизни

Популярная механика
Древнему жителю Китаю ампутировали ногу в наказание Древнему жителю Китаю ампутировали ногу в наказание

Ампутацию считают древнейшей хирургической операцией

N+1
Урок литературы длиною в жизнь Урок литературы длиною в жизнь

Разговор учительницы и ученика, которые впервые встретились в середине 50-х

Seasons of life
Сила пробиотиков Сила пробиотиков

Как поддержать в тонусе и формы, и внутренние системы организма

Худеем правильно
Почему Microsoft избежала антимонопольных разбирательств, а Google, Apple, Amazon и Facebook — нет Почему Microsoft избежала антимонопольных разбирательств, а Google, Apple, Amazon и Facebook — нет

Microsoft научилась работать с властями после проигранного дела в начале 2000-х

VC.RU
Нелюбимая жена — мать нелюбимого сына Нелюбимая жена — мать нелюбимого сына

Судьба Евдокии Лопухиной сложилась драматично

Дилетант
«Важно, сколько у вас энергии и решимости». Богатейшие self-made женщины Америки — о том, как запустить бизнес после 40 лет «Важно, сколько у вас энергии и решимости». Богатейшие self-made женщины Америки — о том, как запустить бизнес после 40 лет

Истории четырех женщин, которые вошли в новый рейтинг Forbes self-made женщин

Forbes
Как заниматься астрономией дома: 4 простых совета Как заниматься астрономией дома: 4 простых совета

Подсказываем, как изучать небо

Популярная механика
Из кино — в жизнь: 7 главных трендов мужской моды с комментариями экспертов по стилю Из кино — в жизнь: 7 главных трендов мужской моды с комментариями экспертов по стилю

Хочешь выглядеть максимально круто?

Playboy
Делай, как Гвинет Пэлтроу Делай, как Гвинет Пэлтроу

Секрет стройности актрисы — комплекс упражнений

Худеем правильно
Премьерный показ Премьерный показ

Новая квартира танцоров Мариинского театра Владимира и Марии Шкляровых

AD
5 признаков того, что у вас началась депрессия 5 признаков того, что у вас началась депрессия

Учимся отслеживать свое состояние и отличать сниженное настроение от депрессии

Популярная механика
Роботизация складов Amazon привела к росту травм на 50% и усилению нагрузки на людей Роботизация складов Amazon привела к росту травм на 50% и усилению нагрузки на людей

Роботы должны были упростить жизнь сотрудников

VC.RU
Как Вайнона Райдер одевалась в начале девяностых — и почему это отличный пример гендерно-нейтральной моды Как Вайнона Райдер одевалась в начале девяностых — и почему это отличный пример гендерно-нейтральной моды

Вайнону Райдер можно было смело называть иконой унисекс-моды в начале девяностых

Esquire
Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн Размеры женской обуви: как правильно выбрать в магазине и при заказе онлайн

Размер – один из важнейших, если не самый важный параметр при выборе обуви

Cosmopolitan
Будет больно Будет больно

Я живу на три города – так вышло. В каждом у меня по женщине

Esquire
Юрий Левитас: «Мы начали использовать в фаст-фуде бизнес-модель IT-индустрии» Юрий Левитас: «Мы начали использовать в фаст-фуде бизнес-модель IT-индустрии»

Совладелец Black Star Burger Юрий Левитас открывает сеть закусочных «Фридог»

Forbes
Голштинских коров осветлили с помощью генного редактирования Голштинских коров осветлили с помощью генного редактирования

Ученые изменили окраску коров - это поможет им приспособиться к жаркой погоде

N+1
Брать и давать Брать и давать

Как правильно говорить с мужчиной о деньгах и подарках

Лиза
Путешествие по глухим закоулкам Мурманской области Путешествие по глухим закоулкам Мурманской области

Журналист провел 6 дней в самых глухих закоулках Мурманской области

СНОБ
Юлдус Бахтиозина Юлдус Бахтиозина

Главная царевна современного искусства

Собака.ru
«Пандемия сорвала маски: стало очевидно, кто на что способен» «Пандемия сорвала маски: стало очевидно, кто на что способен»

Почему пандемия повысит спрос на позитивный менеджмент в российских компаниях?

РБК
На бумаге На бумаге

История простого, но удивительного изобретения

kiozk originals
«Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков «Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков

Как мошенники разводят водителей на деньги

РБК
Гарри Нуриев Гарри Нуриев

Социально ответственный дизайн, локальность, экологичность и апсайклинг

Собака.ru
«Загадка падающей кошки и фундаментальная физика» «Загадка падающей кошки и фундаментальная физика»

Отрывок из книги физика Грегори Гбура о важности механики падения кошек

N+1
Тантрический секс: как заниматься им в одиночку и с девушкой Тантрический секс: как заниматься им в одиночку и с девушкой

Рассказ о том, что такое тантрический секс, советы для новичков и базовые позы

Playboy
Открыть в приложении