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 я спасся с 81 этажа Центра международной торговли». Прямая речь американца, выжившего в теракте 11 сентября «Как я спасся с 81 этажа Центра международной торговли». Прямая речь американца, выжившего в теракте 11 сентября

Утром 11 сентября Майкл был клиентщиком, через 2 часа его жизнь перевернулась

Esquire
Похудела ради дочки: как я сбросила 50 кило и зачем решилась на пластику живота Похудела ради дочки: как я сбросила 50 кило и зачем решилась на пластику живота

Причины для похудения бывают разными, и здоровье — лишь одна из них

Cosmopolitan
«Джокер» нравится тем, кто привык винить других в своих проблемах «Джокер» нравится тем, кто привык винить других в своих проблемах

Почему экранизация Тодда Филлипса – вовсе не такая искренняя, как кажется

GQ
Донецкая сенсация Донецкая сенсация

Творчество Кипренского всегда было предметом особого внимания широкой публики

Дилетант
Родители, которые причиняют нам боль: как с ними общаться? Родители, которые причиняют нам боль: как с ними общаться?

Случается, что самые близкие люди наносят психике своих детей огромный вред

Psychologies
Премия «Сделано в России». Номинация «Большая страна» Премия «Сделано в России». Номинация «Большая страна»

Российские меценаты, инвестирующие в развитие конкретных регионов

СНОБ
Насколько на самом деле опасны вейпы? Насколько на самом деле опасны вейпы?

Что происходит в отрасли и насколько оправданы опасения потребителей?

Forbes
Действующие лица Действующие лица

Подняв тему новых норм, GRAZIA задумалась об их непосредственных законодателях

Grazia
Почему мы верим в странные конспирологические теории Почему мы верим в странные конспирологические теории

Встречаясь с чем-то незнакомым, мы начинаем оглядываться в поисках объяснений

Psychologies
Зачем мы ходим и не ходим на митинги? Зачем мы ходим и не ходим на митинги?

Почему одни из нас участвуют в митингах и пикетах, а другие далеки от политики?

Psychologies
Альтернатива фитнесу Альтернатива фитнесу

От фитнеса не будет пользы, если приходится заставлять себя заниматься

Здоровье
Пока земля еще вертится Пока земля еще вертится

О волнительных переживаниях

Cosmopolitan
Лимончелло: как правильно пить и чем закусывать знаменитый итальянский ликер Лимончелло: как правильно пить и чем закусывать знаменитый итальянский ликер

Давай узнаем, как правильно пить ликер лимончелло

Playboy
Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия» Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия»

Вадим Беляев смог продать ядро инвестиционного бизнеса банка Роману Авдееву

Forbes
«Я смотрю на бизнес как на культурный процесс». Дмитрий Аксенов о том, почему искусство находится в поиске новой экономической модели «Я смотрю на бизнес как на культурный процесс». Дмитрий Аксенов о том, почему искусство находится в поиске новой экономической модели

Дмитрий Аксенов рассказал о бизнес-модели ярмарки viennacontemporary

Forbes
Ключ от клетки: как открытие нобелевских лауреатов используют в борьбе с раком и анемией Ключ от клетки: как открытие нобелевских лауреатов используют в борьбе с раком и анемией

Ученые выяснили, как живая клетка чувствует присутствие в среде кислорода

Forbes
Приложения принимаются Приложения принимаются

На что способны приложения для смартфонов, когда речь идет о моде?

Grazia
Начинай сначала. Как я искала деньги на стартап Начинай сначала. Как я искала деньги на стартап

Открыть бизнес без стартового капитала – задача не из простых

Cosmopolitan
Битва за импичмент Битва за импичмент

Процесс, запущенный палатой представителей, может спутать карты абсолютно всем

Огонёк
Руководители отеля InterContinental Moscow — о мотивации и гольфе Руководители отеля InterContinental Moscow — о мотивации и гольфе

Владимир Поддубко и Мартин Зарыбницки стоят на страже туризма столицы

РБК
Эмоциональное выгорание: как вовремя распознать и что с этим делать Эмоциональное выгорание: как вовремя распознать и что с этим делать

Как подойти к решению проблемы эмоционального выгорания грамотно и комплексно

СНОБ
Милые бранятся... Милые бранятся...

Участники «Дома‑2. Спаси свою любовь» признались, как изменились ради отношений

StarHit
Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве

Их боксерские клубы – самые популярные в Москве

GQ
Минимализм или классика: какой интерьер выбрать для «вечного» ремонта Минимализм или классика: какой интерьер выбрать для «вечного» ремонта

Какой интерьер сделать в квартире, чтобы ремонт не пришлось скоро обновлять

Forbes
«Хочу научиться быть семейным человеком» «Хочу научиться быть семейным человеком»

Стас Пьеха редко делится подробностями своей личной жизни

OK!
20 главных изобретений ИТМО: От нового языка программирования до наномашин против рака. 20 главных изобретений ИТМО: От нового языка программирования до наномашин против рака.

Университет ИТМО не зря включен в Топ-100 рейтинга «Компьютерные технологии»

Собака.ru
“Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе “Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе

Была определена скорость звука в гелиосферной мантии и давление в ней

Популярная механика
Не в службу, а в дружбу Не в службу, а в дружбу

Почему любовь к сериалам про ментов так и не научила россиян доверять полиции

GQ
Топ-9 продуктов для роста волос на голове (+ список нужных добавок и привычек) Топ-9 продуктов для роста волос на голове (+ список нужных добавок и привычек)

Объясняем, как растут волосы и какие привычки помогают им расти быстрее

Playboy

Война с возрастными изменениями заведомо проиграна

Cosmopolitan
Открыть в приложении