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
Топ-7: телевизоры до 10 000 рублей Топ-7: телевизоры до 10 000 рублей

Не обязательно отдавать за ТВ круглую сумму

CHIP
Сила зеркальных нейронов: как мы меняем свою осанку, глядя на других Сила зеркальных нейронов: как мы меняем свою осанку, глядя на других

Зеркальные нейроны нашего мозга позволяют нам копировать движения

Psychologies
«Кто хочет стать миллионером»: как самая популярная телевикторина в истории исполняла мечты, калечила судьбы и доводила людей до безумия «Кто хочет стать миллионером»: как самая популярная телевикторина в истории исполняла мечты, калечила судьбы и доводила людей до безумия

Как передача для интеллектуалов перевернула сознание россиян

Esquire
Похудеть за 14 дней: бессолевая диета для похудения — меню, результаты Похудеть за 14 дней: бессолевая диета для похудения — меню, результаты

Попробуйте бессолевую диету, чтобы похудеть без голодовок

Cosmopolitan
Глеб Городянкин, создатель музея «Конь в пальто»: Мы развенчиваем миф о нищем крестьянстве Глеб Городянкин, создатель музея «Конь в пальто»: Мы развенчиваем миф о нищем крестьянстве

В Ярославской области — фестиваль самостоятельных путешествий «Музейный ретрит»

СНОБ
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
За милых дам! За милых дам!

Катя Гордон поделилась, как предсказала развод Кержаковых и мирила Грачевских

StarHit
Airbnb для парикмахерских: как создать на наращивании волос бизнес на $100 млн Airbnb для парикмахерских: как создать на наращивании волос бизнес на $100 млн

Афроамериканец Диишан Имира начинал с того, что возил в США из Китая кроссовки

Forbes
Наталья Бочкарева тогда и сейчас: что изменилось во внешности «Даши Букиной» Наталья Бочкарева тогда и сейчас: что изменилось во внешности «Даши Букиной»

За Натальей Бочкаревой закрепилась самая яркая ее роль

Cosmopolitan
Секунда — огромный мучительный год Секунда — огромный мучительный год

Где корни психофобии и все ли в порядке с вами самими

Glamour
Вечная молодость. Три мнения о Volvo XC40 Вечная молодость. Три мнения о Volvo XC40

Volvo XC40 сегодня подходит под определение гаджета на колесах

РБК
Что смотреть на лондонской ярмарке Frieze и за ее пределами Что смотреть на лондонской ярмарке Frieze и за ее пределами

Главные стенды в Риджентс-парке и выставки по всему городу

Vogue
Продукты, вредные для эмали! Продукты, вредные для эмали!

Зубная эмаль обеспечивает защиту зубов, но многие продукты вредны для неё

Здоровье
Какие наши годы: основные этапы детского развития Какие наши годы: основные этапы детского развития

Детский психолог Татьяна Бедник комментирует основные этапы роста и развития

Psychologies
«Праздничные» дни «Праздничные» дни

Боль во время месячных многие воспринимают как неизбежное и вынужденное явление

Здоровье
5 достойных смартфонов отечественных производителей 5 достойных смартфонов отечественных производителей

Кроме китайских телефонов существуют неплохие российские бюджетники на Android

CHIP
Любовь к козам, понятная без слов Любовь к козам, понятная без слов

Трогательный фильм, посвященный появлению кашемировой нити на свет

Vogue
В августе 1974-го: Восхождение на Эльбрус В августе 1974-го: Восхождение на Эльбрус

Восхождение УАЗа на Эльбрус

4x4 Club
#профессия: режиссер дубляжа — о том, как озвучивают голливудских звезд #профессия: режиссер дубляжа — о том, как озвучивают голливудских звезд

Актер и режиссер дубляжа Евгений Хазов раскрывает секреты своей профессии

РБК
Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве

Их боксерские клубы – самые популярные в Москве

GQ
Выйти из ступора: советы японского нейробиолога Выйти из ступора: советы японского нейробиолога

Как собраться с мыслями, когда перед вами стоит много задач, а в голове туман

Psychologies
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
Выбираем электроотвертку: мини-шуруповерт для работ по дому Выбираем электроотвертку: мини-шуруповерт для работ по дому

Зачем нужна электроотвертка и на какие особенности обратить внимание при выборе?

CHIP
Ясный взор: как защитить глаза и видеть мир четко Ясный взор: как защитить глаза и видеть мир четко

Как устроен человеческий глаз и почему важно регулярно посещать офтальмолога

Популярная механика
Нашествие призраков: почему стало нормой исчезновение сотрудников сразу после приема на работу Нашествие призраков: почему стало нормой исчезновение сотрудников сразу после приема на работу

Компании все чаще сталкиваются с гостингом соискателей

Forbes
Понизить градус. Правда ли, что в России стали меньше пить Понизить градус. Правда ли, что в России стали меньше пить

Общее количество употребляемого алкоголя на душу населения в России снизилось

Forbes
Это элементарно Это элементарно

Ученые пытаются вывести формулу любви и доказать, что чувства — сплошная химия

Добрые советы
Все мужчины Кети Топурии: от Игоря Верника до Льва Деньгова Все мужчины Кети Топурии: от Игоря Верника до Льва Деньгова

Кети Топурия – одна из самых загадочных девушек в отечественном шоу-бизнесе

Cosmopolitan
Prada, Brunello Cucinelli и Loro Piana: что носят в Кремниевой долине Prada, Brunello Cucinelli и Loro Piana: что носят в Кремниевой долине

О моде Кремниевой долины как об отдельном явлении активно говорят не первый год

GQ
Открыть в приложении