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

10 мыслей, чтобы вернуть себе равновесие 10 мыслей, чтобы вернуть себе равновесие

Что делать, если переживания становятся тяжелым испытанием

Psychologies
Нечем гордиться? Нечем гордиться?

Стесняешься отвечать на вопрос, кем ты работаешь, ведь профессия не престижная?

Лиза
Кровавая красота: косметика и косметологи, которые убивали людей Кровавая красота: косметика и косметологи, которые убивали людей

Реальные случаи из бьюти-практики, напоминающие сюжеты из фильмов ужасов

Cosmopolitan
Поцелованные солнцем: как выглядит модное окрашивание волос шатуш Поцелованные солнцем: как выглядит модное окрашивание волос шатуш

Как делать трендовое окрашивание волос шатуш

Cosmopolitan
Как успокоить нервы перед выступлением на публике: 4 метода Как успокоить нервы перед выступлением на публике: 4 метода

Проверенные методы, которые помогут успокоиться перед выступлением

Psychologies
7 блюд, которые эксперты советуют никогда не заказывать в ресторане 7 блюд, которые эксперты советуют никогда не заказывать в ресторане

Скажи «нет» этим блюдам и лучше закажи что-нибудь другое

Playboy
Всероссийская чума. Как остановить эпидемию уголовных преследований бизнесменов Всероссийская чума. Как остановить эпидемию уголовных преследований бизнесменов

Уголовное преследование бизнесменов перестало быть просто инструментом давления

Forbes
Брэд Питт умер, Леди Гага – гермафродит: самые нелепые слухи о звездах Брэд Питт умер, Леди Гага – гермафродит: самые нелепые слухи о звездах

В погоне за сенсациями журналисты выдумывают различные небылицы о знаменитостях

Cosmopolitan
Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения Восстановить силы за 10 минут: практики и упражнения

Как восстановить силы буквально за 10 минут

Psychologies
Максималисты. BMW X7 против Range Rover Максималисты. BMW X7 против Range Rover

Range Rover почти на равных конкурирует с новым BMW X7

РБК
Развратный препод: как организовать ролевую игру на студенческую тему Развратный препод: как организовать ролевую игру на студенческую тему

Тебе когда-нибудь снилось, что ты возвращаешься в университет?

Cosmopolitan
Екатерина Гордон: «В моей деятельности приоритет я отдаю победе» Екатерина Гордон: «В моей деятельности приоритет я отдаю победе»

Екатерина Гордон рассказала о собственной юридической компании

Cosmopolitan
За и против: почему нештрафуемый порог +20 км/ч нужно отменять За и против: почему нештрафуемый порог +20 км/ч нужно отменять

Почему нештрафуемые +20 км/ч нужно пересмотреть?

РБК
Подарок для Путина: зачем владелица бутика Christian Louboutin открывает магазин под брендом Team Putin Подарок для Путина: зачем владелица бутика Christian Louboutin открывает магазин под брендом Team Putin

Айсель открыла на месте бутика Christian Louboutin магазин Aizel x Team Putin

Forbes
Регина Бурд: «Со временем вырабатывается иммунитет на сладости» Регина Бурд: «Со временем вырабатывается иммунитет на сладости»

Регина Бурд рассказала о десертах, детях и планах на будущее

Cosmopolitan
«Его простота разрушала все барьеры»: каким человеком был Алексей Леонов «Его простота разрушала все барьеры»: каким человеком был Алексей Леонов

На 86-м году жизни умер советский космонавт Алексей Леонов

Forbes
Максим Виторган и его возлюбленная встретились с Ксенией Собчак и ее мужем Максим Виторган и его возлюбленная встретились с Ксенией Собчак и ее мужем

В Москве состоялся премьерный показ фильма «Текст»

Cosmopolitan
Почему в США напряжение в сетях 110 В, а в России 220 В? Почему в США напряжение в сетях 110 В, а в России 220 В?

Почему в США напряжение 100–127 В?

CHIP
Основатель WeWork покинет компанию с миллиардом долларов Основатель WeWork покинет компанию с миллиардом долларов

WeWork переходит под контроль SoftBank японского миллиардера Масаёси Сона

Forbes
Народное платье: как российских дизайнеров вдохновляет Север Народное платье: как российских дизайнеров вдохновляет Север

Дизайнеры, которые вдохновляются традиционными костюмами русского севера

Forbes
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
Дислексия Дислексия

Чего только не приходится выслушивать ребёнку, страдающему дислексией

Здоровье
Обзор iPhone 11 Pro: лучший смартфон Apple Обзор iPhone 11 Pro: лучший смартфон Apple

Тестируем новый iPhone 11 Pro: стоит ли аппарат своих денег и чем отличается

CHIP
Хищницы: кто из звезд уводил из семьи знаменитых мужчин Хищницы: кто из звезд уводил из семьи знаменитых мужчин

Как Паулина Андреева и другие селебрити получили статус разлучниц

Cosmopolitan
Огромные глаза и рост 194 см: необычные участники «Топ-модели по-американски» Огромные глаза и рост 194 см: необычные участники «Топ-модели по-американски»

Самые необычные участницы и участники за время проведения шоу

Cosmopolitan
Закуска за наш счет Закуска за наш счет

В чем привлекательность новой чудесной доктрины — «современной теории денег»

Эксперт
Что такое декантер Что такое декантер

Как сосуды для хранения вина из предметов быта превратились в атрибут роскоши

Esquire
Опознание врага. Кто и почему в России репрессирует невиновных Опознание врага. Кто и почему в России репрессирует невиновных

Подтверждение приговора Константину Котову и задержание очередных заложников

СНОБ
На приеме На приеме

Платные клиники принимают все больше пациентов с полисами ОМС

Forbes
Очень страшные дела Очень страшные дела

Откуда берутся страхи, как их побороть, да и нужно ли?

Grazia
Открыть в приложении