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
Максим Каширин: Forbes Club должен помолодеть Максим Каширин: Forbes Club должен помолодеть

Президент Simple Максим Каширин встретился с членами Forbes Club

Forbes
Народное платье: как российских дизайнеров вдохновляет Север Народное платье: как российских дизайнеров вдохновляет Север

Дизайнеры, которые вдохновляются традиционными костюмами русского севера

Forbes
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
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Химия для чистоты Химия для чистоты

Как бытовая химия действует на нас самих

Здоровье
Зябко? Зябко?

Почему осенью не то чтобы холодно, но как-то зябко

Здоровье
Ферменты под крышкой Ферменты под крышкой

Домашние квашения, соленья и маринады поддержат иммунитет и сохранят бюджет

Худеем правильно
Покрас Лампас feat. Лена Шейдлина: «Людям сегодня нужны идеи, и мы можем их дать» Покрас Лампас feat. Лена Шейдлина: «Людям сегодня нужны идеи, и мы можем их дать»

Художники нового типа совершили медиареволюцию в современном искусстве

Собака.ru
Дым без огня: вся правда о парении Дым без огня: вся правда о парении

Являются ли кальяны и вейпы безопасной альтернативой сигаретам?

Лиза
Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни

Как выбрать мужские джинсы, подходящие именно тебе?

Playboy
«Мир пришел ко мне» «Мир пришел ко мне»

Так получилось, что Андрей Звонкий стал популярен совсем недавно

OK!
Кофе не замешан в мигрени Кофе не замешан в мигрени

Учёные показали, что не всё так однозначно с употреблением кофе и мигренью

Здоровье
Тёплые женские платья на осень и зиму: 6 модных вариантов Тёплые женские платья на осень и зиму: 6 модных вариантов

Стилисты осенью и зимой предлагают обратить внимание на тёплые женские платья

Cosmopolitan
Искусство быть первым. Каким мир запомнит Алексея Леонова Искусство быть первым. Каким мир запомнит Алексея Леонова

Ушедший Алексей Леонов навсегда останется символом героической истории

Forbes
«ТВ проигрывает YouTube и интернету по смыслу и форме»: что значит победа Насти Ивлеевой на ТЭФИ-2019 «ТВ проигрывает YouTube и интернету по смыслу и форме»: что значит победа Насти Ивлеевой на ТЭФИ-2019

В Москве прошла церемония вручения телевизионной премии ТЭФИ-2019

Forbes
Зачем ВРАЛ? Каких масштабов достигла псевдонаука в России Зачем ВРАЛ? Каких масштабов достигла псевдонаука в России

Каких масштабов достигла псевдонаука в России

Русский репортер
9 вещей, которые не стоит делать после занятий любовью (последствия будут печальны) 9 вещей, которые не стоит делать после занятий любовью (последствия будут печальны)

Неважно, как ты был крут — любая из этих мелочей может все испортить

Playboy
Семейные ритуалы: вред или польза? Семейные ритуалы: вред или польза?

Как определить, когда ритуалы нужны, а когда от них пора отказаться

Psychologies
5 достойных смартфонов отечественных производителей 5 достойных смартфонов отечественных производителей

Кроме китайских телефонов существуют неплохие российские бюджетники на Android

CHIP
Смотрим в будущее Смотрим в будущее

Завершилась Неделя моды в Милане. Все самое интересное – в обзоре Grazia

Grazia
Ускользнувшая красота: 5 масштабных, но не самых удачных архитектурных проектов Москвы Ускользнувшая красота: 5 масштабных, но не самых удачных архитектурных проектов Москвы

Московские проекты, которые могли бы изменить город, но великими не оказались

Forbes
Самая коварная ловушка. Миллиардер Рыбаков о своей формуле успеха Самая коварная ловушка. Миллиардер Рыбаков о своей формуле успеха

Российский миллиардер Игорь Рыбаков размышляет о феномене успеха в бизнесе

Forbes
Всё сошлось в сыворотке Всё сошлось в сыворотке

Может ли сыворотка избавить от пигментации и уменьшить количество воспалений?

Худеем правильно
Согреваемся стильно: как выбрать тёплый свитер Согреваемся стильно: как выбрать тёплый свитер

С приближением зимы выбор тёплого свитера особенно важен

Cosmopolitan
Жуки-людоеды и франкисты: как устроена вселенная Гильермо дель Торо Жуки-людоеды и франкисты: как устроена вселенная Гильермо дель Торо

Пять лучших фильмов режиссера Гильермо дель Торо

Forbes
Непростой простатит Непростой простатит

Как избежать воспаления простаты?

Здоровье
Куда поедем? Куда поедем?

Есть веская причина, по которой кабины лифта не останавливаются на твоем этаже

Популярная механика
Самба белого мотылька Самба белого мотылька

Яна Рудковская дебютирует в реалити-шоу на ТВ и на обложке «Татлера»

Tatler
Ментальная арифметика Ментальная арифметика

Ментальная арифметика – новая методика в развитии и обучении детей

Лиза
Открыть в приложении