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
Домик Эли Домик Эли

Два полюса в одной светлой квартире на Петроградке

Seasons of life
«На малом ходу». Нужно ли прогревать двигатель и как это правильно делать «На малом ходу». Нужно ли прогревать двигатель и как это правильно делать

Споры о том, прогревать ли автомобиль перед поездкой, возвращаются каждую осень

РБК
Названы страны мира с лучшей репутацией. Россия оказалась между Нигерией и Пакистаном Названы страны мира с лучшей репутацией. Россия оказалась между Нигерией и Пакистаном

Первое место у Швеции, последнее – у Ирака. Россия – пятая с конца

Forbes
#инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью #инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью

Шесть простых практик, которые помогут отвлечься от тревожных мыслей

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

Российские меценаты, инвестирующие в развитие конкретных регионов

СНОБ
Мастер-класс: как сделать резинку для волос своими руками Мастер-класс: как сделать резинку для волос своими руками

Аксессуары для волос вот уже много сезонов подряд являются фаворитами стилистов

Cosmopolitan
Найти свое место в новой реальности, или Кто кого возьмет на работу? Найти свое место в новой реальности, или Кто кого возьмет на работу?

Как нам найти новое место под солнцем в настоящем и будущем?

Psychologies
Иван Янковский: «Хотел бы заняться режиссурой, но для этого нужно созреть» Иван Янковский: «Хотел бы заняться режиссурой, но для этого нужно созреть»

Иван Янковский рассказал об откровенных сценах из фильма «Текст»

Grazia
Как две парижанки создают новейшие драгоценные легенды Boucheron Как две парижанки создают новейшие драгоценные легенды Boucheron

Клэр Шуан и Элен Пули-Дюкен рассказывают о рутине и вдохновении

Vogue

Каким должен быть мужчина, чтобы претендовать на звание патриарха

Cosmopolitan
Клиент сообщил о хищении 5,3 млн рублей со счета в Тинькофф. Банк заявил о «несостыковках» в истории Клиент сообщил о хищении 5,3 млн рублей со счета в Тинькофф. Банк заявил о «несостыковках» в истории

В описанной истории «Пегаса» «много несостыковок»

Forbes
Все идет по плану Все идет по плану

Пять стартапов, развившихся за последние пять лет в успешный фэшн-бизнес

Vogue
Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка

Почему генеральный директор Breitling отказался от участия в Baselworld

РБК
Начало конца Начало конца

Фильм BBC превратил нацистов в персонажей эпохи фейкньюс

Дилетант
Ставки сделаны Ставки сделаны

Гуру финансового бизнеса — о мотивации, дресс-коде и работе с клиентами

Vogue
Гроза школы: что делать, если ваш ребенок издевается над другими детьми Гроза школы: что делать, если ваш ребенок издевается над другими детьми

Что делать родителям, если главным «злодеем» оказался именно их ребенок

Psychologies
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
Пожар, болезни и несчастные случаи: от чего умирали звезды «Ералаша» Пожар, болезни и несчастные случаи: от чего умирали звезды «Ералаша»

Их персонажи из тележурнала «Ералаш» покоряли с первого появления в кадре

Cosmopolitan
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
Глава Тинькофф Банка: «Пузыря в кредитовании нет, но его все боятся» Глава Тинькофф Банка: «Пузыря в кредитовании нет, но его все боятся»

Почему в споре о перегреве на рынке кредитования правы и Орешкин, и Набиуллина

Forbes
Как люди читают руками: история появления шрифта Брайля Как люди читают руками: история появления шрифта Брайля

Цепь событий, приведших к появлению шрифта Брайля

Популярная механика
Созданная с одобрения Путина ассоциация юристов раскритиковала закон Горелкина Созданная с одобрения Путина ассоциация юристов раскритиковала закон Горелкина

Ассоциация юристов подготовила заключение на законопроект Антона Горелкина

Forbes
Между Европой и Россией: Калининград в 12 кадрах Дмитрия Маркова, снятых на iPhone 11 Pro Между Европой и Россией: Калининград в 12 кадрах Дмитрия Маркова, снятых на iPhone 11 Pro

Как снимает iPhone 11 Pro: показывает известный фотограф Дмитрий Марков

Esquire
Кто получит Нобелевскую премию по литературе в этом году Кто получит Нобелевскую премию по литературе в этом году

Букмекеры ставят на писательницу из России, а Джордж Мартин закрывает шорт-лист

GQ
И нет проблем?! И нет проблем?!

Современные технологии позволяют выбирать между бодипозитивом и улучшайзингом

Grazia
Полководец из Volkswagen: как Фердинанд Пиех превзошел своего знаменитого деда Полководец из Volkswagen: как Фердинанд Пиех превзошел своего знаменитого деда

В истории автомобилестроения Фердинанд Пиех оставил более глубокий след

Forbes
Не «Пятницей» единой… Не «Пятницей» единой…

Торжественная церемония вручения премии ТЭФИ 2019

OK!
«Атомные церкви» и котики: как защитить людей будущего «Атомные церкви» и котики: как защитить людей будущего

Символы опасности окружают нас повсюду и должны легко узнаваться

Популярная механика
Фитнес-терапия Фитнес-терапия

Усталость, апатия и хандра – дежурный набор ощущений хмурого ноября

Худеем правильно
Открыть в приложении