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

Кейт Уинслет Кейт Уинслет

«Чтобы выглядеть сексуально, необязательно быть похожей на шланг от пылесоса»

Здоровье
Как носить пальто зимой: 5 удачных и 5 неудачных примеров звезд Как носить пальто зимой: 5 удачных и 5 неудачных примеров звезд

Звезды показывают, как стоит и как не стоит носить пальто в этом сезоне

Cosmopolitan
Почему бумажная упаковка губит планету не меньше пластиковой: исследование Greenpeace Почему бумажная упаковка губит планету не меньше пластиковой: исследование Greenpeace

Почему переход с пластика на бумагу не спасет планету, а наоборот

Esquire
Моя любимая практика: Дыхание Моя любимая практика: Дыхание

Как извлечь пользу даже из столь привычного действия, как дыхание

Glamour
Богатый внутренний мир: как молодые российские дизайнеры ломают наши стереотипы об интерьере Богатый внутренний мир: как молодые российские дизайнеры ломают наши стереотипы об интерьере

Есть одна область, в которой импортозамещение реально сработало

Forbes
10 способов сделать подставку для смартфона своими руками 10 способов сделать подставку для смартфона своими руками

Сложно представить жизнь без смартфона, но не у всех есть подставка для гаджета

Популярная механика
Сейчас вы захотите уволиться и попасть в офис ВКонтакте Сейчас вы захотите уволиться и попасть в офис ВКонтакте

Так о досуге и комфорте сотрудников не заботятся даже в Силиконовой долине

GQ
Поэт в жизни или Счастливый неудачник… Поэт в жизни или Счастливый неудачник…

О литературном герое Илье Ильиче Обломове

Наука и жизнь
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
Парус за спиной Парус за спиной

Лена Бронская делает сумки из парусной ткани

Seasons of life
SOS-эффект: как выбрать сыворотку для волос и как ею пользоваться SOS-эффект: как выбрать сыворотку для волос и как ею пользоваться

Сыворотка для волос нужна не только для восстановления, но и увлажнения

Cosmopolitan
Средство от осенней хандры: чего ждать от нового фильма Вуди Аллена Средство от осенней хандры: чего ждать от нового фильма Вуди Аллена

В российский прокат вышел фильм «Дождливый день в Нью-Йорке»

РБК
Эмоциональное выгорание: как вовремя распознать и что с этим делать Эмоциональное выгорание: как вовремя распознать и что с этим делать

Как подойти к решению проблемы эмоционального выгорания грамотно и комплексно

СНОБ
Чемпион из Калифорнии: как сеть Erewhon научилась работать вчетверо эффективнее всей розницы США Чемпион из Калифорнии: как сеть Erewhon научилась работать вчетверо эффективнее всей розницы США

Что помогло Erewhon в десять раз нарастить выручку с 2011 года?

Forbes
Любить — тоже искусство Любить — тоже искусство

Директор Мультимедиа Арт Музея вспоминает о великом фотографе Питере Линдберге

Vogue
Не до смеха: 8 самых страшных клоунов в мире, которые заберут твой сон Не до смеха: 8 самых страшных клоунов в мире, которые заберут твой сон

Подборка вымышленных персонажей-клоунов и вполне реальных убийц

Cosmopolitan
Тренировка с фитнес-лентой Тренировка с фитнес-лентой

Берите на заметку комплекс домашних упражнений от Анастасии Чирченко

Домашний Очаг
Калькулятор счастья для миллениалов: как почувствовать радость от жизни Калькулятор счастья для миллениалов: как почувствовать радость от жизни

Калькулятор счастья для миллениалов

Forbes
Как журналисты Nature нашли в России гений и злодейство Как журналисты Nature нашли в России гений и злодейство

Отечественная молекулярная биология снова стала попадать на страницы прессы

СНОБ
От обезличенности к уюту: как будет выглядеть офис будущего От обезличенности к уюту: как будет выглядеть офис будущего

Анастасия Колчина размышляет о будущем работы и подходящем для нее пространстве

Forbes
Почему в ситуации выбора мы ищем обходные пути? Почему в ситуации выбора мы ищем обходные пути?

Почему мы часто не видим выбора вообще или совершаем его как-то странно

Psychologies
Насколько на самом деле опасны вейпы? Насколько на самом деле опасны вейпы?

Что происходит в отрасли и насколько оправданы опасения потребителей?

Forbes
Объявляется проверка! Объявляется проверка!

Как технологии выводят заботу о здоровье на новый уровень

Grazia
Под водой? Над водой? Под водой? Над водой?

Поговорим о мостах и тоннелях, служащих переправами между близкими частями суши

Популярная механика
В России создали новое средство для лечения заражения крови В России создали новое средство для лечения заражения крови

Резиденты МГУ разработали уникальное средство для борьбы с сепсисом

Популярная механика
Cosmo секс-драйв: «рогатый» любовник — GVibe Mini Royal Blue Cosmo секс-драйв: «рогатый» любовник — GVibe Mini Royal Blue

Ну и куда эту штуку засунуть?

Cosmopolitan
Как правильно сварить кофе в турке: пошаговая инструкция и секреты вкусного напитка Как правильно сварить кофе в турке: пошаговая инструкция и секреты вкусного напитка

Какую воду нужно использовать, что можно добавить в кофе и другие советы

Playboy
Шишка, гвоздь, порез: какие повреждения шин можно починить Шишка, гвоздь, порез: какие повреждения шин можно починить

Повредить шину иногда можно практически на пустом месте

РБК
Светлана Рожкова: «Клара Новикова видела во мне врага» Светлана Рожкова: «Клара Новикова видела во мне врага»

Юмористка Светлана Рожкова поделилась, кто ее самый любимый мужчина

StarHit
Всего хорошего! Всего хорошего!

Позитивное мышление — неофициальная религия XXI века

Добрые советы
Открыть в приложении