Что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

СНОБНаука

Мир вечный, но плоский: Нобелевская по физике глазами дилетанта и академика Старобинского

Половина Нобелевской премии досталась человеку, попытавшемуся понять сразу все на свете и изрядно в этом преуспевшему. Академик Алексей Старобинский специально для «Сноба» объяснил, что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

Алексей Алексенко

e8c59598b36dfd5f7a5e777534ba406edc5f836c2bf6b51ca9bcb0c977264657.jpg
Фото: Greg Rakozy/Unsplash

Первая половина Нобелевской премии по физике досталась Мишелю Майору и Дидье Кело, доказавшим, по существу, то, о чем некогда рассуждал Джордано Бруно со столь печальными для себя последствиями. Но для современных искателей поверхностного научно-популярного знания планеты — это все же мелковато. Нашим читателям хочется понять не какие-то там звездные системы — на это жизни не хватит, — а все мироздание разом. Такие знания позволяют худо-бедно рассуждать о Боге, смысле жизни и других волнующих предметах.

Однако, чтобы использовать такие знания по назначению, надо хоть немного в чем-то разбираться, и автор этих строк, признавая собственную беспомощность, обратился к академику Алексею Старобинскому, физику-теоретику, немало сделавшему для теоретической космологии, за объяснениями. Ему мы и дадим слово в этой заметке. Впрочем, нам придется вставить и собственные слова, заполняя тем самым гэп между дремучим невежеством — предполагаемым состоянием читателя научно-популярных заметок — и невежеством-плюс, олицетворяемым автором.

Алексей Старобинский:

Вклад Джеймса Пиблса определен как «теоретические открытия в физической космологии». Из этой формулировки сразу видно, что речь идет не о каком-то одном «гениальном скачке», а о совокупности работ, в сумме внесших важный вклад в установление современной картины строения Вселенной в настоящее время и ее эволюции в прошлом, а именно на стадии доминирования нерелятивистской материи (какой — это отдельный вопрос) и предшествовавшей ей стадии горячего Большого взрыва (стадии доминирования излучения и ультрарелятивистских частиц и античастиц в тепловом равновесии с большой и даже очень большой — в более далеком прошлом — температурой). Сразу подчеркну, что это еще далеко не полная история Вселенной — горячему Большому взрыву предшествовала холодная де-Ситтеровская (инфляционная) стадия, но за нее Нобелевские премии (в отличие от премии Кавли) еще не присуждались, поскольку она пока еще не считается окончательно и однозначно подтвержденной наблюдениями.

Мир общим планом

Автор-дилетант: Что такое вообще эта самая «картина строения Вселенной»? Наука физика занимается простыми вещами вроде двух шаров, летящих друг к другу из пустого пространства, чтобы столкнуться и навеки разлететься в никуда. Из подобных задачек нелегко собрать картину реальности, потому что на самом деле реальность сложна и хаотична. Вот прямо сейчас в поле моего зрения трехлитровая банка с наливкой из черноплодки, спящая кошка, серое осеннее небо и ржавеющая решетка для мангала — выведите-ка уравнение, которое все это опишет.

Физики тоже такого не могут, однако к ХХ веку они научились решать много разных задач вроде той, про шары. В какой-то момент им показалось, что, если не всматриваться в детали мироздания — в кошку или в банку с наливкой, — а взглянуть на Вселенную в целом, она может показаться довольно простой, как в одной из их задачек. Например, однородным пространством, равномерно заполненным материей (все же зависит от масштаба — чем дальше отойдешь, тем меньше видно детали и тем монотоннее картинка). Еще физики знали, что Вселенная расширяется, это было установлено астрономами.

И вот совсем простая задачка: посчитайте-ка энергию маленького шарика, который находится на поверхности расширяющейся сферы в пространстве, заполненном некой субстанцией. Это может в принципе сделать старательный первокурсник, даже не знающий теории Эйнштейна. Если он все правильно запишет, а потом немного преобразует формулу, у него может получиться штука, которая называется «первым уравнением Фридмана». Из него следует удивительный факт: если плотность нашей упрощенной среды, в которой живет воображаемый шарик, меньше некой критической плотности, то расширение, которое мы постулировали в начале, будет продолжаться бесконечно, а если плотность больше, расширение сменится сжатием. Повторяю, для этого вывода не нужен даже Эйнштейн, пытливый читатель может сам в этом убедиться.

Александр Фридман вывел свои уравнения еще в 1920-х, и он-то, в отличие от нас, общую теорию относительности знал очень хорошо. Это помогает, потому что некая конфигурация переменных из его уравнения оказывается ровно тем самым, что в теории Эйнштейна называется «кривизной пространства». Что это такое? В обычном пространстве, где правит школьная геометрия, параллельные прямые всегда параллельны, а сумма углов треугольника — ровно 180 градусов. Это значит, что «его кривизна равна нулю». Если кривизна больше нуля, параллельные прямые будут сходиться, как меридианы на глобусе, а сумма углов станет больше 180 градусов. Если же кривизна меньше нуля, параллельные расходятся, а треугольник до 180 градусов не дотягивает.

Ну так вот, из того же уравнения можно догадаться, что кривизна пространства нулевая только в том случае, если плотность равна критической. Если она больше, то пространство имеет положительную кривизну (и, возможно, оно даже замкнутое, то есть в нем конечное число «мест», как на круглой Земле). При этом, как мы помним, оно не может расширяться бесконечно, а когда-нибудь схлопнется в точку и прекратит свое существование. Если же плотность меньше... ну, вы понимаете. Остается узнать, в каком пространстве мы живем на самом деле, — какая там плотность материи, какая кривизна, — и общая картина прояснится.

Далее: чтобы в точности понять Вселенную, как она есть сейчас, неплохо бы разобраться, как она дошла до такого состояния. А для этого придется проследить ее развитие с самого начала — разобраться, как из горячего и плотного сгустка не пойми чего получились атомы и галактики. Кстати, о том, что началось все с Большого взрыва, первым, кажется, догадался Эдгар По еще в XIX столетии. В прозаической поэме «Эврика» он отметил, что это единственное возможное объяснение, почему ночное небо не заполнено сплошняком звездами, а выглядит черным. Это, считал По, оттого, что мир имел начало и произошел из первичной частицы, которая в какой-то момент взорвалась.

Примерно с таким багажом вступила космология в ХХ век: было понятно, что Вселенная расширяется, что она возникла из плотного и горячего сгустка, а потом остывала и что уравнения Эйнштейна и другие простые законы физики управляли всем этим действом от начала и до сегодняшнего дня. Этой историей занимались множество физиков, так что кому-то даже покажется немного нечестным, что из них лишь Джеймс Пиблс получил Нобелевку. Среди них были и физики из России: уже упомянутый Фридман, Георгий Гамов, Евгений Лившиц, Андрей Дорошкевич, Игорь Новиков, Яков Зельдович. Да хоть бы и тот же Старобинский, хоть и в немного другом аспекте большого вопроса «Как устроено все на свете?».

Впрочем, наша статья не обо «всем на свете», а именно о Пиблсе. О том, что именно сделал он сам, рассказывает академик Старобинский.

Фундамент

Алексей Старобинский:

Итак, каков же по моему мнению основной вклад Пиблса в современную стандартную космологическую модель, точнее, в ту ее часть, которая подтверждена многочисленными наблюдениями? Я бы отнес сюда четыре его статьи 1966–1970 гг. по трем важным разделам космологии. Сразу замечу, что эти статьи не только не исчерпывают всего его вклада в теоретическую космологию, но даже и отнюдь не самые цитируемые — но об этом ниже.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Каково это — едва не погибнуть, снимая войну в Афганистане. Прямая речь фотокорреспондента The New York Times Жуана Сильвы Каково это — едва не погибнуть, снимая войну в Афганистане. Прямая речь фотокорреспондента The New York Times Жуана Сильвы

Фотокорреспондент рассказывает о том, как он стал инвалидом в Афганистане

Esquire
Венчурное чудо: чему России стоит поучиться у Израиля Венчурное чудо: чему России стоит поучиться у Израиля

Израиль — уникальный кейс с точки зрения венчурного бизнеса

Forbes
Овощи на гриле: лучшие места для веганов, вегетарианцев и флекситарианцев Овощи на гриле: лучшие места для веганов, вегетарианцев и флекситарианцев

Любимые места веганов и вегетарианцев

Forbes
Мэри Элиз Саротт: Коллапс. Случайное падение Берлинской стены. Отрывок из книги Мэри Элиз Саротт: Коллапс. Случайное падение Берлинской стены. Отрывок из книги

Отрывок из книги Мэри Элиз Саротт «Коллапс. Случайное падение Берлинской стены»

СНОБ
Всероссийская чума. Как остановить эпидемию уголовных преследований бизнесменов Всероссийская чума. Как остановить эпидемию уголовных преследований бизнесменов

Уголовное преследование бизнесменов перестало быть просто инструментом давления

Forbes
Настроение среднего класса в России улучшилось рекордно почти за три года Настроение среднего класса в России улучшилось рекордно почти за три года

Средний класс в России все еще старается меньше тратить на продукты

Forbes
«Там все голые»: Александр Петров признался, как снимает напряжение «Там все голые»: Александр Петров признался, как снимает напряжение

Александр Петров об интересных особенностях своей профессии и о личной жизни

Cosmopolitan
Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать

Автомобилистку лишили прав за то, что она сбила зеркало у проезжающей машины

РБК
«Шапочная война» и другие способы испытать родительские границы «Шапочная война» и другие способы испытать родительские границы

Как лучше понимать наших детей и бережнее их воспитывать?

Домашний Очаг
Банда краеведов Банда краеведов

Чем живет современное краеведение?

Seasons of life
Дизайнер Дима Логинов — о российских производителях, фейках и трендах Дизайнер Дима Логинов — о российских производителях, фейках и трендах

Дима Логинов — дизайнер, хорошо известный и в России, и за ее пределами

РБК
Тогда и сейчас: как выглядят герои сериала «Воронины» в первом и 24-м сезоне Тогда и сейчас: как выглядят герои сериала «Воронины» в первом и 24-м сезоне

За всё время существования ситкома многое изменилось во внешности героев

Cosmopolitan
Максималисты. BMW X7 против Range Rover Максималисты. BMW X7 против Range Rover

Range Rover почти на равных конкурирует с новым BMW X7

РБК
Виктория Складчикова: «Женщины тоже имеют право шутить!» Виктория Складчикова: «Женщины тоже имеют право шутить!»

Виктория Складчикова о том, почему не стоит делить юмор по гендерному признаку

Cosmopolitan
Проклятые роли: персонажи, которые губили актеров Проклятые роли: персонажи, которые губили актеров

«Умирать» на сцене или экране, играть нечисть — всё это может принести несчастье

Cosmopolitan
Русский муж Бардо, Денев и Фонды: судьба Роже Вадима, режиссёра и ловеласа Русский муж Бардо, Денев и Фонды: судьба Роже Вадима, режиссёра и ловеласа

Если бы ты встретила его на улице, то вряд ли обратила бы внимание

Cosmopolitan
На высоких «каблуках». Тест-драйв Renault Dokker Stepway На высоких «каблуках». Тест-драйв Renault Dokker Stepway

Грузопассажирский фургончик повышенной проходимости — формат редкий

РБК
Щитовидка – третье сердце Щитовидка – третье сердце

Щитовидная железа – это орган, который отвечает за весь организм сразу

Здоровье
Как отличить поддельные кроссовки от оригинальных? Как отличить поддельные кроссовки от оригинальных?

Как отличить поддельные кроссовки, чтобы не стать обладателем фейковых Yeezy

GQ
Как я живу после психоза и комы: откровенная история от первого лица Как я живу после психоза и комы: откровенная история от первого лица

Ошибочный диагноз и варварский способ лечения разделили ее жизнь на до и после

Cosmopolitan
Дакота Джонсон отметила свое 30-летие с бывшей женой бойфренда Гвинет Пэлтроу Дакота Джонсон отметила свое 30-летие с бывшей женой бойфренда Гвинет Пэлтроу

Звезда трилогии «Пятьдесят оттенков серого» устроила грандиозную вечеринку

Cosmopolitan
Юрий Батурин: Юрий Батурин:

Юрий Батурин рассказывает о своем детстве и долгом пути к славе

Караван историй
Новая вывеска. Зачем Сурков рассказал о «путинизме» Новая вывеска. Зачем Сурков рассказал о «путинизме»

Помощник президента назвал «путинизм» «хорошо работающим методом властвования»

Forbes
Знакомьтесь с новой музой Эди Слимана — 18-летней актрисой Софией Энн Карузо Знакомьтесь с новой музой Эди Слимана — 18-летней актрисой Софией Энн Карузо

Фотодневник актрисы, покорившей креативного директора Celine

Vogue
Какую капсульную кофемашину лучше купить для дома? Какую капсульную кофемашину лучше купить для дома?

Составили для вас актуальный рейтинг капсульных кофемашин для дома

CHIP
За что казнили Джордано Бруно За что казнили Джордано Бруно

Джордано Бруно окончил свою жизнь на костре за совсем другие «прегрешения»

Дилетант
Кальвадос: как правильно пить и чем закусывать один из лучших напитков Кальвадос: как правильно пить и чем закусывать один из лучших напитков

Лучшие способы получить максимальное удовольствие от легендарного напитка

Playboy
Тысячи кошек и собак оказались в заложниках у российской хакерши Тысячи кошек и собак оказались в заложниках у российской хакерши

IT-специалист обнаружила брешь в безопасности автоматических кормушек

Популярная механика
Пушистый вопрос: как постирать и почистить мех в домашних условиях Пушистый вопрос: как постирать и почистить мех в домашних условиях

Как сделать так, чтобы меховые вещи выглядели как новенькие

Cosmopolitan
Попали в сети Попали в сети

Крутые редкие марки в крупных косметических торговых сетях

Добрые советы
Открыть в приложении