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

Земля на стыке гипотез Земля на стыке гипотез

Земля в процессе своего развития расширялась или сжималась?

Знание – сила
Как выйти за иностранца и не пожалеть: рассказывает русская жена Как выйти за иностранца и не пожалеть: рассказывает русская жена

О чем стоит подумать девушке, решившей выйти замуж за иностранца

Cosmopolitan
«Шальная императрица»: каким получился мини-сериал «Екатерина Великая» с Хелен Миррен (спойлер: пикантным) «Шальная императрица»: каким получился мини-сериал «Екатерина Великая» с Хелен Миррен (спойлер: пикантным)

В онлайн-сервисе Amediateka появились все серии мини-сериала «Екатерина Великая»

Esquire
Роман Василенко: Третий путь решения жилищной проблемы Роман Василенко: Третий путь решения жилищной проблемы

Жилищная кооперация — оптимальный способ решения жилищного вопроса в России

СНОБ
Искусственный интеллект для индейки: экскурсия по заводу Искусственный интеллект для индейки: экскурсия по заводу

Как искусственный интеллект помогает производить продукты из индейки на заводе

Популярная механика
«Сталин» гудлак «Сталин» гудлак

Александр Горбунов о том, почему спасение утопающих – дело рук самих утопающих

Esquire
Крыма для чукчи Крыма для чукчи

Как устроена Россия, если смотреть с самой восточной ее точки

Русский репортер
Женщины на миллиард Женщины на миллиард

Как выглядят и чем занимаются самые богатые женщины мира

Лиза
3 главных причины, почему каждому необходимо завести дневник или блог 3 главных причины, почему каждому необходимо завести дневник или блог

Ведение собственного дневника имеет очень много преимуществ

Playboy
Поставили на место Поставили на место

Эксперты рассказали, как сделать гостиную максимально комфортной и эстетичной

Grazia
«У тебя скоро появится братик»: как научить ребенка справляться с ревностью «У тебя скоро появится братик»: как научить ребенка справляться с ревностью

Как помочь сыну или дочери справиться с ревностью

Psychologies
Британская оккупация и триумф «Чернобыля»: как прошла церемония вручения «Эмми-2019» Британская оккупация и триумф «Чернобыля»: как прошла церемония вручения «Эмми-2019»

В Лос-Анджелесе состоялась 71-я церемония «Эмми»

Forbes
Дмитрий Шепелев и Наталья Фриске обратились к семье Анастасии Заворотнюк Дмитрий Шепелев и Наталья Фриске обратились к семье Анастасии Заворотнюк

Дмитрий Шепелев и Наталья Фриске прокомментировали известие о болезни Заворотнюк

Cosmopolitan
Чистая работа Чистая работа

Показываем новые средства для очищения кожи и рассказываем, как выбрать «свое»

Grazia
6 самых необычных ресторанов мира (в одном можно принять ванну с пивом) 6 самых необычных ресторанов мира (в одном можно принять ванну с пивом)

В эти места ходят не столько из-за еды, сколько ради впечатлений

Playboy
Нужно ли говорить коллегам, что ты ищешь новую работу? Сначала ответь на эти 5 вопросов Нужно ли говорить коллегам, что ты ищешь новую работу? Сначала ответь на эти 5 вопросов

Молчать или сказать? Вот уж действительно — палка о двух концах

Playboy
Сибирская клюква Сибирская клюква

Нелепая битва добра со злом в декорациях Сибири XVIII века

Дилетант
Portal в будущее: зачем Facebook собственные гаджеты Portal в будущее: зачем Facebook собственные гаджеты

Компания Марка Цукерберга представила новую линейку устройств Portal

Forbes
Безвредной дозы не бывает Безвредной дозы не бывает

Сколько допустимо пить алкогольных напитков, чтобы не навредить здоровью?

Лиза
«Компании будут за него бороться»: сколько теннисист Даниил Медведев заработает на рекламе «Компании будут за него бороться»: сколько теннисист Даниил Медведев заработает на рекламе

О первом российском теннисисте, сыгравшим в финале турнира Большого шлема

Forbes
Как житель Казани пережил банкротство и построил сеть автосалонов с оборотом в 5 млрд рублей в год Как житель Казани пережил банкротство и построил сеть автосалонов с оборотом в 5 млрд рублей в год

Ежегодно в России продается более 1,5 млн новых легковых автомобилей

Forbes
Рестораторы года: Ренат Маликов и Дмитрий Блинов Рестораторы года: Ренат Маликов и Дмитрий Блинов

Опытные шефы и рестораторы, фигуранты списка World’s 50 Best Restaurants

GQ
Бизнесмен года: Тигран Худавердян Бизнесмен года: Тигран Худавердян

Человек, который привел «Яндекс.Такси» к глобальному успеху

GQ
Как переустановить Windows: инструкция для чайников Как переустановить Windows: инструкция для чайников

С переустановкой операционной системы справится даже новичок

CHIP
Наталья Бочкарева: «Мужчины тощих не любят» Наталья Бочкарева: «Мужчины тощих не любят»

Актриса о том, как похудела на 60 кг, отношениях с экс-супругом и новом амплуа

StarHit
Сквозь зубы Сквозь зубы

В деле омоложения лица стоматологи наступают на пятки косметологам

Tatler
Звери в клетке: 7 страшных случаев нападения животных на людей в зоопарках Звери в клетке: 7 страшных случаев нападения животных на людей в зоопарках

Рядом с дикими зверями в клетке любая неосторожность может обернуться трагедией

Cosmopolitan
Лили Джеймс: «Любовь и музыка - больше ничего и не нужно» Лили Джеймс: «Любовь и музыка - больше ничего и не нужно»

Cosmo встретился с Лили Джеймс в Лондоне

Cosmopolitan
Не сажайте миллениала на цепь: как создать идеальный офис для поколения Y Не сажайте миллениала на цепь: как создать идеальный офис для поколения Y

Как должно выглядеть рабочее место миллениала

РБК
Не надо стесняться Не надо стесняться

Съемки в новой программе заставили Алексея Кортнева стать наглым

StarHit
Открыть в приложении