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

Как съедать 500 граммов овощей в день? Как съедать 500 граммов овощей в день?

Кажется, что выполнить «норму» по овощам в 500–600 г в день невозможно

Здоровье
Revolut собирается привлечь от инвесторов $1,5 млрд Revolut собирается привлечь от инвесторов $1,5 млрд

Revolut может стать самым дорогим финтех-стартапом Европы

Forbes
К тебе есть вопросы К тебе есть вопросы

Как отвечать, чтобы от тебя отстали и не обиделись

Cosmopolitan
Плюс-минус одинаковые люди Плюс-минус одинаковые люди

Как Елена Погребижская поняла, что ПНИ — это она

Русский репортер
Без потерь Без потерь

Почему волосы начинают усиленно выпадать и как с этим бороться

Лиза
Катерина Буйда: «Тренируйтесь, чтобы узнать, на что способно ваше тело» Катерина Буйда: «Тренируйтесь, чтобы узнать, на что способно ваше тело»

Танцовщица и хореограф по профессии придумала собственное направление фитнеса

Худеем правильно
Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон

В 2019 году «Барселона» станет лидером по выручке среди спортивных команд

Forbes
Недореализованные. «Страшно повторять свои ошибки. И совершать новые ошибки, которых не понимаешь» Недореализованные. «Страшно повторять свои ошибки. И совершать новые ошибки, которых не понимаешь»

Татьяна Лазарева: она добилась всенародной славы, за которой последовал кризис

СНОБ
7 блюд, которые эксперты советуют никогда не заказывать в ресторане 7 блюд, которые эксперты советуют никогда не заказывать в ресторане

Скажи «нет» этим блюдам и лучше закажи что-нибудь другое

Playboy
Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой

Рассказываем, как правильно разминаться перед тренировкой девушкам дома

Cosmopolitan
Роман, придуманный во сне: реальная история доктора Джекила и мистера Хайда Роман, придуманный во сне: реальная история доктора Джекила и мистера Хайда

Наследник внушительного состояния, талантливый ремесленник и лидер банды

Forbes
Эко невидаль Эко невидаль

Тема Sustainability сейчас в таком тренде, что игнорировать ее уже неприлично

Tatler
Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать

Что на самом деле представляет собой современный скандинавский стиль

Forbes
Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем

Можно ли доверять инстаграм-аккаунтам фитнес-марафонов?

РБК
Почему бумажная упаковка губит планету не меньше пластиковой: исследование Greenpeace Почему бумажная упаковка губит планету не меньше пластиковой: исследование Greenpeace

Почему переход с пластика на бумагу не спасет планету, а наоборот

Esquire
Эффект «уставшей» тарелки: как предупредить психосоматические заболевания Эффект «уставшей» тарелки: как предупредить психосоматические заболевания

Можно ли избежать физических недугов, вызванных психологической травмой

Psychologies
Технологии для поколения Греты Технологии для поколения Греты

Где искать источники энергии для перегретого мира

Русский репортер
То Ли еще будет То Ли еще будет

Австралийская топ-модель Эбби Ли покоряет Голливуд

Vogue
Как жить с хронической болью Как жить с хронической болью

Никому из нас не нравится болеть, но что делать, если болезнь вылечить нельзя

Psychologies
Игры разума Игры разума

Современный интерьер, построенный на игре фактур

SALON-Interior
Почему вымерли шерстистые мамонты: удивительные загадки природы Почему вымерли шерстистые мамонты: удивительные загадки природы

Почему могучие северные мамонты вдруг исчезли с лица Земли

Популярная механика
Поцелованные солнцем: как выглядит модное окрашивание волос шатуш Поцелованные солнцем: как выглядит модное окрашивание волос шатуш

Как делать трендовое окрашивание волос шатуш

Cosmopolitan
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Тестируем жесткие диски большой емкости: быстрые и экономичные Тестируем жесткие диски большой емкости: быстрые и экономичные

Большие данные нуждаются в больших хранилищах: тест-драйвы жестких дисков

CHIP
Разворот Netflix: стриминговый сервис придумал способ нарастить аудиторию Разворот Netflix: стриминговый сервис придумал способ нарастить аудиторию

Пользовательская база стримингового гиганта Netflix достигла своего потолка

Forbes
10 причин выпить чашку кофе прямо сейчас 10 причин выпить чашку кофе прямо сейчас

Что ты знаешь о кофе

Cosmopolitan
Путь от получеловека к человеку Путь от получеловека к человеку

Как Гузель Яхина переосмысляет в литературе травмы страны

Русский репортер
Почему сиквелы хуже оригинальных фильмов? Почему сиквелы хуже оригинальных фильмов?

GQ разбирается, что подталкивает режиссёров снимать сиквелы

GQ
Матрица 2019: почему фильм стал легендарным Матрица 2019: почему фильм стал легендарным

Вспоминаем, что значила “Матрица” двадцать лет назад

Esquire
Абсолютная влажность Абсолютная влажность

Любятинка – личность разносторонняя: она и блогер, и фитнес-тренер, и певица

Maxim
Открыть в приложении