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 спаниэль спас карьеру будущего президента США Ричарда Никсона Как спаниэль спас карьеру будущего президента США Ричарда Никсона

«Речь про Чекерса» стала самым проникновенным обращением к нации в прямом эфире

Maxim
Слухи о моей жизни Слухи о моей жизни

Биография великого писателя и юмориста Марка Твена

Maxim
Рама Тайский: король в законе Рама Тайский: король в законе

Сегодняшний тайский король даст фору Калигуле

Maxim
Миллиардер, сумевший стать ненужным: Джек Ма покинул пост главы Alibaba Миллиардер, сумевший стать ненужным: Джек Ма покинул пост главы Alibaba

«Золотой стандарт» того, как нужно передавать власть, от Джека Ма

Forbes
6 ключей, чтобы продлить любовь 6 ключей, чтобы продлить любовь

Шесть моделей поведения, которые делают любовные отношения счастливыми

Psychologies
Бездрожжевая культура Бездрожжевая культура

Косметологи и гастроэнтерологи наперебой рекомендуют противогрибковую диету

Tatler
Одиночество — не приговор: как выстроить счастливые отношения Одиночество — не приговор: как выстроить счастливые отношения

Как стать счастливее, правильно выстраивая социальные связи

Psychologies
Опасный дейтинг: эксперты назвали самые незащищенные приложения для знакомств Опасный дейтинг: эксперты назвали самые незащищенные приложения для знакомств

Почти все популярные у россиян дейтинговые приложения уязвимы для хакеров

Forbes
«Новый папа» с Джудом Лоу и Джоном Малковичем: рецензия «Новый папа» с Джудом Лоу и Джоном Малковичем: рецензия

В Венеции показали долгожданное продолжение сериала «Молодой папа»

Esquire
Заморозка всех счетов за 25 копеек: налоговики предложили решение проблемы копеечных долгов Заморозка всех счетов за 25 копеек: налоговики предложили решение проблемы копеечных долгов

ФНС откажется от практики блокировки счетов предпринимателей за копеечные долги

Forbes
«Не позорь меня»: почему нам бывает стыдно за других и что с этим делать «Не позорь меня»: почему нам бывает стыдно за других и что с этим делать

Что заставляет нас мучительно краснеть за других и можно ли перестать это делать

Psychologies
Самый русский динозавр Самый русский динозавр

Почему Сибирь — родина динозавров

Русский репортер
Улыбайтесь, господа, улыбайтесь… Улыбайтесь, господа, улыбайтесь…

Последние hot & not в современной антиэйдж-стоматологии

Esquire
Кожа: как и почему меняется во время беременности? Кожа: как и почему меняется во время беременности?

Беременность смело можно назвать временем перемен. Естественно, меняется и кожа

9 месяцев
Как поднять иммунитет Как поднять иммунитет

Что все-таки делать, чтобы болеть как можно реже?

Лиза
Дворцы и творцы Дворцы и творцы

Во Флоренции сейчас рекордная концентрация брендов и элегантно одетых мужчин

Robb Report

Фигурист рассказал о своей последней встрече с актрисой

Cosmopolitan
Чайлдфри против «Яжемать»: как общество осуждает первых и поддерживает вторых Чайлдфри против «Яжемать»: как общество осуждает первых и поддерживает вторых

В вопросах материнства мир все еще очень консервативен

Psychologies
Как Хабиб Нурмагомедов из бойца UFC превратился в одного из главных героев современности Как Хабиб Нурмагомедов из бойца UFC превратился в одного из главных героев современности

Хабиб Нурмагомедов сейчас — и есть мир смешанных единоборств

Esquire
Таинственный должник: кто обвалил прибыль Альфа-банка в 2,5 раза Таинственный должник: кто обвалил прибыль Альфа-банка в 2,5 раза

Причиной сокращения прибыли Альфа-банка в 2,5 раза стали резервы по кредитам

Forbes
Воображаемые друзья наших детей: стоит ли паниковать Воображаемые друзья наших детей: стоит ли паниковать

У ребенка появился воображаемый друг? Не нужно пугаться

Psychologies
6 идеальных закусок к пиву в домашних условиях (ты навсегда забудешь про сухарики) 6 идеальных закусок к пиву в домашних условиях (ты навсегда забудешь про сухарики)

Коллекция закусок к пиву, которую нужно добавить в закладки

Playboy
Как европейцы зарабатывают на солнечной энергии: реальный опыт Как европейцы зарабатывают на солнечной энергии: реальный опыт

Опыт установки солнечных панелей в разных странах и перспективы россиян

CHIP
Полиция предупредила о волне угонов. В зоне риска — японцы и корейцы Полиция предупредила о волне угонов. В зоне риска — японцы и корейцы

Больше всего угонщики любят отечественные, японские и корейские автомобили

РБК
Сколько «человеческих» лет твоему питомцу? Ответ в таблицах от ветеринаров Сколько «человеческих» лет твоему питомцу? Ответ в таблицах от ветеринаров

Сразу говорим, что один человеческий год за семь собачьих — это миф

Playboy
Опыт читателя: как улучшить сигнал сотовой связи Опыт читателя: как улучшить сигнал сотовой связи

Медленный мобильный интернет? Проверьте качество сигнала и попробуйте улучшить!

CHIP
9 эффективных обогревателей, которые не дадут вам замерзнуть 9 эффективных обогревателей, которые не дадут вам замерзнуть

Какой обогреватель купить для детской комнаты, для спальни и для гостиной?

CHIP
Восемь привычек, которые мешают осуществить мечту Восемь привычек, которые мешают осуществить мечту

Ловушки, мешающие достигать цели, и стратегии, которые помогут их избежать

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

Жилищная кооперация — оптимальный способ решения жилищного вопроса в России

СНОБ
Унылая пора Унылая пора

Прогноз на три осенних месяца от Зулии Раджабовой

StarHit
Открыть в приложении