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

5 вопросов о сердце и стрессе 5 вопросов о сердце и стрессе

Можно ли предотвратить влияние стресса на организм? Отвечает эксперт

Здоровье
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
Плюс-минус одинаковые люди Плюс-минус одинаковые люди

Как Елена Погребижская поняла, что ПНИ — это она

Русский репортер
Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать

Что на самом деле представляет собой современный скандинавский стиль

Forbes
Какую одежду из шерсти покупать, чтобы не навредить природе Какую одежду из шерсти покупать, чтобы не навредить природе

5 советов для тех, кто не готов поступиться принципами разумного потребления

Vogue
Союзников — на аукцион. Что на самом деле происходит в отношениях США и Турции Союзников — на аукцион. Что на самом деле происходит в отношениях США и Турции

Трамп продает курдов Турции

СНОБ
Юлия Михалкова: «Вокруг много привлекательных и умных мужчин. Но все не мое» Юлия Михалкова: «Вокруг много привлекательных и умных мужчин. Но все не мое»

Юлия Михалкова рассказала, кто занял ее сердце и на что она не потратит деньги

StarHit
Пируэт Грефа: что еще может спасти российскую экономику Пируэт Грефа: что еще может спасти российскую экономику

За 20 лет путинского правления Россия увеличила поток нефтедолларов до $200 млрд

Forbes
Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья! Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья!

Беременность, маленькие дети – не повод отказываться от любимого увлечения

Здоровье
Человек слова Человек слова

Искал «укрылище» и выручал деньгами: друзья вспоминают Сергея Доренко

StarHit
Ключ от клетки: как открытие нобелевских лауреатов используют в борьбе с раком и анемией Ключ от клетки: как открытие нобелевских лауреатов используют в борьбе с раком и анемией

Ученые выяснили, как живая клетка чувствует присутствие в среде кислорода

Forbes
Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других

Ученые сделали вывод, что объем памяти мозга человека составляет 1 петабайт

Популярная механика
Пигмалион и Галатея Пигмалион и Галатея

Идеальный брак балерины Большого театра и скульптора

OK!
Петроградный Меркурий Петроградный Меркурий

Привет, петербургские! Это ваша инструкция по выживанию на 2020 год

Собака.ru
Бартендер из Греции — о том, каким должен быть правильный бар Бартендер из Греции — о том, каким должен быть правильный бар

Никос Бакоулис о патриотизме и о том, почему коктейль — это не главное в баре

РБК
…или действие? …или действие?

Где взять вдохновение и как его не потерять?

Cosmopolitan
Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем

Можно ли доверять инстаграм-аккаунтам фитнес-марафонов?

РБК
«Рана еще болит»: принц Гарри сделал душещипательное признание о принцессе Диане «Рана еще болит»: принц Гарри сделал душещипательное признание о принцессе Диане

Принц Гарри признался, что до сих пор переживает гибель мамы

Cosmopolitan
Нобелевская премия по литературе-2019: за что получили награду Ольга Токарчук и Петер Хандке Нобелевская премия по литературе-2019: за что получили награду Ольга Токарчук и Петер Хандке

Почему победили Ольга Токарчук и Петер Хандке — и почему это хорошие новости

Esquire
Кто стоит за созданием актуального контента в fashion-индустрии Кто стоит за созданием актуального контента в fashion-индустрии

Создатели контента в списке главных участников модного рынка

Cosmopolitan
Офисный надзор Офисный надзор

Как организовать рабочее пространство, чтобы меньше уставать за день

StarHit
Осенний листопад… Осенний листопад…

Аллергия на осень бывает не только метафоричной, но и самой настоящей

Здоровье
Секунда — огромный мучительный год Секунда — огромный мучительный год

Где корни психофобии и все ли в порядке с вами самими

Glamour
Как единственная российская игра попала в Apple Arcade Как единственная российская игра попала в Apple Arcade

Spaceland – шедевр в стиле XCOM для мобильных устройств

GQ
Эхо детства: по дороге к себе Эхо детства: по дороге к себе

В детстве находится источник творчества, который мы можем вернуть в свою жизнь

Psychologies
12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях 12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях

Истории, от которых захватывает дух

Playboy
Тест Motorola One Action: смартфон и 4K экшн-камера в одном устройстве Тест Motorola One Action: смартфон и 4K экшн-камера в одном устройстве

Мы протестировали новый смартфон Motorola One Vision и делимся впечатлениями

CHIP
Креста на них нет Креста на них нет

Американский миссионер отправился на затерянный остров в Индийском океане

GQ
Как из слона сделать муху? Как из слона сделать муху?

Избавиться от напряжения в теле и очистить ум от ненужных мыслей

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

Не обязательно отдавать за ТВ круглую сумму

CHIP
Открыть в приложении