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
8 вещей, которые ни в коем случае нельзя смывать в раковину 8 вещей, которые ни в коем случае нельзя смывать в раковину

Эти несколько типов загрязнений — «страшный сон» каждого сантехника

Популярная механика
Кто представляет Россию на S.Pellegrino Young Chef в этом году Кто представляет Россию на S.Pellegrino Young Chef в этом году

Финал регионального этапа гастрономического конкурса пройдет уже 8 октября

GQ
ТЭФИ-2019. Церемония награждения — дело семейное ТЭФИ-2019. Церемония награждения — дело семейное

Уже давно в отечественном медиапространстве идет подспудная гражданская война

СНОБ
Страсти по колбасе Страсти по колбасе

Есть ли вред в колбасе и оправданны ли нападки на неё со стороны учёных

Здоровье
«Это не насморк». Глава РУСАДА Юрий Ганус о тяжелых последствиях новых допинговых обвинений в адрес России «Это не насморк». Глава РУСАДА Юрий Ганус о тяжелых последствиях новых допинговых обвинений в адрес России

Россию обвиняют в манипуляциях с базой данных антидопинговой лаборатории

Forbes
Малый бизнес и налоги: кто кого? Малый бизнес и налоги: кто кого?

В 2020 году налоговая нагрузка на малый бизнес увеличится на 4,9%

Forbes
Андрей Вагнер: Справедливый тариф за тепло — вопрос социально-политический Андрей Вагнер: Справедливый тариф за тепло — вопрос социально-политический

Интервью с генеральным директором компании «Т Плюс»

СНОБ
Роскошь, приносящая деньги: каким премиальным брендам удастся выжить Роскошь, приносящая деньги: каким премиальным брендам удастся выжить

Чтобы выжить в замедляющемся рынке, компаниям сегмента luxury нужны реформы

Forbes
Брак по секрету: 18 звездных пар, которые поженились и никому не сказали Брак по секрету: 18 звездных пар, которые поженились и никому не сказали

Далеко не все звезды устраивают из свадьбы пышное торжество

Cosmopolitan
На работу как на праздник На работу как на праздник

Актерам и телеведущим приходится осваивать три вида макияжа

OK!
Можно ли награждать за добрые дела и что такое добро? Опрос участников проекта «Сноб» Можно ли награждать за добрые дела и что такое добро? Опрос участников проекта «Сноб»

Как учить своего ребенка добру?

СНОБ
Идеальные ягодицы за 10 минут: как правильно приседать Идеальные ягодицы за 10 минут: как правильно приседать

Как накачать ягодицы и улучшить выносливость за короткое время

Cosmopolitan
Начать переустановку Начать переустановку

Эксперт: как научиться жить сегодняшним днем и стать осознанной

Cosmopolitan
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
Нам всем очень далеко до Юэна Макгрегора. Кажется, он идеален Нам всем очень далеко до Юэна Макгрегора. Кажется, он идеален

Что приобрел Юэн Макгрегор, лишившись фирменного безумного взгляда

GQ
Поп культура Поп культура

Новый хит московских клиник — инъекции для увеличения объема и омоложения ягодиц

Vogue
14 бизнесменов и менеджеров, которые создают российский киберспорт 14 бизнесменов и менеджеров, которые создают российский киберспорт

Предприниматели и менеджеры, от зависит развитие киберспорта в СНГ

Forbes
Жирное и сладкое в деле о холестерине Жирное и сладкое в деле о холестерине

Не виновато ли питание в том, что анализ на холестерин оказался повышенным

Здоровье
«Половина наших покупателей — миллениалы»: президент Cartier о шеринг-экономике и новом поколении потребителей люкса «Половина наших покупателей — миллениалы»: президент Cartier о шеринг-экономике и новом поколении потребителей люкса

Президент Cartier о том, как мир меняет каждого из нас

Forbes
Кожа, твид и кашемир в новой коллекции Uterqüe Кожа, твид и кашемир в новой коллекции Uterqüe

Жакеты, грубые казаки и косухи с бахромой для любительниц модных экспериментов

Vogue
Тьма на оба ваших глаза: сексуальные игры с повязкой Тьма на оба ваших глаза: сексуальные игры с повязкой

Что делать и что не делать с человеком, глаза которого скрыты под повязкой

Cosmopolitan
Поставить лайк в Heedbook. Как российский стартап может изменить общение клиентов с персоналом Поставить лайк в Heedbook. Как российский стартап может изменить общение клиентов с персоналом

«Сноб» продолжает рассказывать о перспективных стартапах фонда «Сколково»

СНОБ
Как красиво фотографировать на телефон Как красиво фотографировать на телефон

Учимся красиво фотографировать на телефон

CHIP
Как Siri помогает нам в повседневной жизни Как Siri помогает нам в повседневной жизни

Книга журналиста Брайана Мерчанта вошла в шорт-лист премии «Книги года»

СНОБ

Ольга Кормухина обратилась в суд с иском против Полины Гагариной

Cosmopolitan
Руководители отеля InterContinental Moscow — о мотивации и гольфе Руководители отеля InterContinental Moscow — о мотивации и гольфе

Владимир Поддубко и Мартин Зарыбницки стоят на страже туризма столицы

РБК
Калининград: и я там был... Калининград: и я там был...

Наш корреспондент о самом западном регионе России и его достопримечательностях

Лиза
Названы лучшие и худшие пенсионные системы в мире Названы лучшие и худшие пенсионные системы в мире

Как отвечают на рост продолжительности жизни пенсионные системы 37 стран мира

Forbes
Падение стены и объединение Германии: действующие лица Падение стены и объединение Германии: действующие лица

В Берлине в 1989 году удалось избежать, казалось бы, неизбежного кровопролития

Дилетант
Открыть в приложении