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

Сергей Капица как искусственный интеллект Сергей Капица как искусственный интеллект

В чем опасность цифрового двойника человека

Наука
Бывший сотрудник NASA уверен, что жизнь на Марсе нашли еще 40 лет назад Бывший сотрудник NASA уверен, что жизнь на Марсе нашли еще 40 лет назад

Гилберт Левин утверждает, что на Красной планете была (а может, и есть) жизнь

Популярная механика
Обзор и тест жесткого диска Toshiba Surveillance S300: для видеонаблюдения и не только Обзор и тест жесткого диска Toshiba Surveillance S300: для видеонаблюдения и не только

Наш сегодняшний герой принадлежит к линейке жестких дисков Surveillance S300

CHIP
Огурцы по 350 и смузи для хипстеров: во что превратились московские продуктовые рынки Огурцы по 350 и смузи для хипстеров: во что превратились московские продуктовые рынки

Почему московские рынки стали так популярны и почему они похожи на рестораны

Forbes
Почему Нобелевская премия по литературе удивила даже букмекеров Почему Нобелевская премия по литературе удивила даже букмекеров

Лауреатами Нобелевской премии по литературе стали Ольга Токарчук и Петер Хандке

Forbes
Почему вымерли шерстистые мамонты: удивительные загадки природы Почему вымерли шерстистые мамонты: удивительные загадки природы

Почему могучие северные мамонты вдруг исчезли с лица Земли

Популярная механика
Модные шапки, осень 2019: шапки бини Модные шапки, осень 2019: шапки бини

Как бини полюбились модной публике и почему стали особенно популярны сейчас

Esquire
Сериал «Друзья» стоит продолжить? Честное мнение Энистон, Кокс и других актеров Сериал «Друзья» стоит продолжить? Честное мнение Энистон, Кокс и других актеров

О том, что «Друзей» собираются снимать дальше, слухи ходят не первый год

Cosmopolitan
Отбелить нельзя подождать Отбелить нельзя подождать

Стоит ли ради белоснежной улыбки делать отбеливание у стоматолога?

Здоровье
Погоня, деньги, PIN-коды: три мнения о Lexus UX Погоня, деньги, PIN-коды: три мнения о Lexus UX

Самый маленький кроссовер в истории Lexus

РБК
Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания

Диетологи отмечают связь между временем трапезы и функционированием организма

Cosmopolitan
Самые высокооплачиваемые игроки НБА сезона 2019/2020. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые игроки НБА сезона 2019/2020. Рейтинг Forbes

На рекламе звезды НБА зарабатывают гораздо больше, чем на баскетбольной площадке

Forbes
10 ошибок при выборе ноутбука, которые мы делаем особенно часто 10 ошибок при выборе ноутбука, которые мы делаем особенно часто

Как выбрать подходящий ноутбук?

CHIP
Жизнь по календарю Жизнь по календарю

Приложение-трекер для репродуктивного здоровья Flo инвесторы оценили в $230 млн

Forbes
Петербуржцы, объединяйтесь! Петербуржцы, объединяйтесь!

Администраторы городских сообществ рассказали, как они делают Петербург лучше

Собака.ru
8 модных осенних образов: с чем носить жилетку осенью 8 модных осенних образов: с чем носить жилетку осенью

С чем носить жилетку осенью, чтобы выглядеть круто

Cosmopolitan
Мужской клуб. Как женщина-оператор смогла добиться успеха в Голливуде Мужской клуб. Как женщина-оператор смогла добиться успеха в Голливуде

В кинопроизводстве в Голливуде занято поразительно мало женщин

Forbes
«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
Объявляется проверка! Объявляется проверка!

Как технологии выводят заботу о здоровье на новый уровень

Grazia
4 способа помириться: какой эффективнее? 4 способа помириться: какой эффективнее?

Когда пара живет вместе, конфликты неизбежны

Psychologies
Дислексия Дислексия

Чего только не приходится выслушивать ребёнку, страдающему дислексией

Здоровье
Как россияне используют Великобританию для отмывания денег и репутации Как россияне используют Великобританию для отмывания денег и репутации

Как Великобританию используют для отмывания денег и репутации

Forbes
Зеленые человечки Зеленые человечки

Экологичный дом с садом на крыше, террасами и бассейнами с дождевой водой

AD
На природу На природу

Горожанам необходимо как можно чаще выбираться на природу. Почему?

Здоровье
Новые правила и маршруты: как изменится экзамен на права в ГИБДД Новые правила и маршруты: как изменится экзамен на права в ГИБДД

В Госавтоинспекции раскрыли все подробности

РБК
Сгинь, бородавка! Сгинь, бородавка!

Бородавки не только выглядят неэстетично, но и поддаются лечению с трудом

Здоровье
Кого нам подарила украинская «Фабрика звезд»: от Тодоренко до Барских Кого нам подарила украинская «Фабрика звезд»: от Тодоренко до Барских

Однажды они «круто попали на ТВ» и покорили своим талантом миллионы слушателей

Cosmopolitan
«Адреналина мне хватает на работе» «Адреналина мне хватает на работе»

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

OK!
«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
10 самых сложных ультрамарафонов мира 10 самых сложных ультрамарафонов мира

Ультрамарафон — любая дистанция больше 42 км 195 м

РБК
Открыть в приложении