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

5 увлекательных биографий ученых, которые понравятся даже далеким от науки 5 увлекательных биографий ученых, которые понравятся даже далеким от науки

Биографии известных ученых, которые были интересными и веселыми людьми

Популярная механика
Как посмотреть пробег фотоаппарата Canon Как посмотреть пробег фотоаппарата Canon

Как узнать пробег фотоаппарата Canon - это поможет при покупке б/у камеры

CHIP

Для принятия важных решений в жизни многим нужна группа поддержки

Cosmopolitan
Как заняться сексом по дружбе Как заняться сексом по дружбе

Как заняться сексом по дружбе и при этом не разрушить свою социальную жизнь

GQ
Как заказать вино в ресторане Как заказать вино в ресторане

Несколько советов от сомелье Alianta Group

Cosmopolitan

Вот что рассказала о своем опыте наша героиня

Cosmopolitan
Тьма на оба ваших глаза: сексуальные игры с повязкой Тьма на оба ваших глаза: сексуальные игры с повязкой

Что делать и что не делать с человеком, глаза которого скрыты под повязкой

Cosmopolitan
Какие овощи помогут пережить холодное время года Какие овощи помогут пережить холодное время года

Осенние овощи и фрукты дадут возможность восполнить нехватку витаминов и энергии

Psychologies
Почему никогда не поздно Почему никогда не поздно

Мы сами придумали время как комфортную иллюзию, мираж в пустыне страхов

Psychologies
Алексей и Дмитрий Немовы: «Спортсменами быть не хотим» Алексей и Дмитрий Немовы: «Спортсменами быть не хотим»

Сыновья гимнаста рассказали, на что потратили первую зарплату

StarHit
Ювелирная работа Ювелирная работа

Дизайнер превратила небольшую квартиру в функциональное пространство

SALON-Interior
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
Начало конца Начало конца

Фильм BBC превратил нацистов в персонажей эпохи фейкньюс

Дилетант
Михаил Галустян: «Прошли с женой период, когда были на грани развода» Михаил Галустян: «Прошли с женой период, когда были на грани развода»

Накануне 40-летия шоумен рассказал, почему за него переживают все родственники

StarHit
«Его простота разрушала все барьеры»: каким человеком был Алексей Леонов «Его простота разрушала все барьеры»: каким человеком был Алексей Леонов

На 86-м году жизни умер советский космонавт Алексей Леонов

Forbes
Клиенты на вырост Клиенты на вырост

Семейный банкинг — не просто модный тренд, а реальность нашего времени

Огонёк
Обзор смартфона Xiaomi Mi 9T Pro: больше, чем просто средний класс Обзор смартфона Xiaomi Mi 9T Pro: больше, чем просто средний класс

Новинка от Xiaomi – Mi 9T Pro с выдвижной фронтальной камерой

CHIP
С чистого листа С чистого листа

Отшелушивание — ступенька к гладкой коже лица. Как его делать правильно?

Худеем правильно
«Адреналина мне хватает на работе» «Адреналина мне хватает на работе»

На ТНТ стартовал сериал «Триада». Одну из главных ролей сыграла Любовь Аксёнова

OK!
Почему сиквелы хуже оригинальных фильмов? Почему сиквелы хуже оригинальных фильмов?

GQ разбирается, что подталкивает режиссёров снимать сиквелы

GQ
Как отрезали Как отрезали

Современные технологии на фабрике Savio Firmino

AD
Как не потерять кота, себя и смысл жизни: GPS-трекеры для животных Как не потерять кота, себя и смысл жизни: GPS-трекеры для животных

Законный способ шпионить без регистрации и смс

CHIP
Проект Волан-де-Морт: Марк Цукерберг запустил убийцу Snapchat Проект Волан-де-Морт: Марк Цукерберг запустил убийцу Snapchat

Новый мессенджер Threads от Facebook копирует множество функций Snapchat

Forbes
Радикальные девственники: кто такие инцелы и почему они ненавидят женщин Радикальные девственники: кто такие инцелы и почему они ненавидят женщин

Инцелы считают убийцу Роджера святым мучеником и мечтают повторить его «подвиг»

Cosmopolitan
Россия впервые вошла в топ-30 стран рейтинга Doing Business Россия впервые вошла в топ-30 стран рейтинга Doing Business

Россия впервые вошла в топ-30 стран в ежегодном рейтинге Doing Business

Forbes
Ланч от Игнашевича: как тренер «Торпедо» и совладелец сети «Кофепорт» зарабатывают миллионы на супе Ланч от Игнашевича: как тренер «Торпедо» и совладелец сети «Кофепорт» зарабатывают миллионы на супе

«Суп-кафе» Мильруда и Игнашевича приносит по 20 млн рублей прибыли в год

Forbes
Алексей Васильчук — о ребрендинге «Чайхоны № 1» Алексей Васильчук — о ребрендинге «Чайхоны № 1»

Алексей Васильчук о том, что ждет «Чайхону № 1» в будущем

РБК
Парус за спиной Парус за спиной

Лена Бронская делает сумки из парусной ткани

Seasons of life
Свёкла — суперфуд Свёкла — суперфуд

Овощ неприхотлив, долго хранится и стоит копейки

Здоровье
«Белые воротнички — это новый черный»: как устроен HR-проект Алены Владимирской для менеджеров среднего звена «Белые воротнички — это новый черный»: как устроен HR-проект Алены Владимирской для менеджеров среднего звена

Известный HR-специалист Алена Владимирская запускает новый проект Careefan

Forbes
Открыть в приложении