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
Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания

Диетологи отмечают связь между временем трапезы и функционированием организма

Cosmopolitan
Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно

Поиск баланса между семьей и карьерой лишает энергии и веры в себя

Psychologies
Петроградный Меркурий Петроградный Меркурий

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

Собака.ru
Забавные, но эффективные способы борьбы с тревогой Забавные, но эффективные способы борьбы с тревогой

Можно ли самому справиться с тревожным расстройством?

Psychologies
7 диагнозов, в которых чаще всего ошибается доктор 7 диагнозов, в которых чаще всего ошибается доктор

Даже самый квалифицированный доктор может ошибиться в диагнозе

Популярная механика
Как сейчас живут первые участники «Дома-2»: Беркова, Меньщиков, Солнце и другие Как сейчас живут первые участники «Дома-2»: Беркова, Меньщиков, Солнце и другие

Куда пропали и чем сейчас занимаются самые первые участники «Дома-2»

Cosmopolitan
Дмитрий Балакин: Культурный код. Почему рынок инвестиций в России до сих пор не сформирован Дмитрий Балакин: Культурный код. Почему рынок инвестиций в России до сих пор не сформирован

По статистике, 40% жителей нашей страны вообще не имеют сбережений

СНОБ
Как укрепить бренд и завоевать пассажира Как укрепить бренд и завоевать пассажира

Конкуренция требует от перевозчиков новых идей по повышению узнаваемости бренда

РБК
Как на иголках Как на иголках

Использование ботокса в косметологии до сих пор вызывает массу вопросов

Добрые советы
Богатые и знаменитые, которые меняют мир к лучшему Богатые и знаменитые, которые меняют мир к лучшему

Во что вкладывают деньги миллиардеры, звезды спорта и шоу-бизнеса?

Forbes
Понять и простить: извинения звезд, за которые нам стыдно Понять и простить: извинения звезд, за которые нам стыдно

Неприятные ситуации бывают у каждого, главное – уметь достойно из них выходить

Cosmopolitan
Суд впервые развернул сделку по продаже государством частного банка Суд впервые развернул сделку по продаже государством частного банка

Суд признал недействительной продажу банка из группы «Лайф»

Forbes
Почему вам все время хочется есть? Почему вам все время хочется есть?

Можно убеждать окружающих, что вы «на массе», но лучше разобраться, что не так

GQ
Кадр на миллион: стоит ли сегодня инвестировать в фотографию Кадр на миллион: стоит ли сегодня инвестировать в фотографию

Где покупать фотографию, как ее хранить и на какую прибыль рассчитывать

РБК
7 эксклюзивных рецептов шотов, которые зайдут на любой тусовке 7 эксклюзивных рецептов шотов, которые зайдут на любой тусовке

Сейчас мы прокачаем твой скилл бармена

Playboy
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
Себе доверять научились, а банкам — еще нет. Социология и финансы Себе доверять научились, а банкам — еще нет. Социология и финансы

Как излишняя вера в себя мешает молодым россиянам разумно относиться к деньгам

СНОБ
Алёна Хмельницкая: «Моя диета - это мой образ жизни» Алёна Хмельницкая: «Моя диета - это мой образ жизни»

Алёна рассказала, почему не стала балериной, в чём сила и красота русских актрис

Здоровье
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
Владелец отеля «Гельвеция» Юнис Теймурханлы: Наш народ не может забыть 1917-й, поэтому в России почти нет династического бизнеса Владелец отеля «Гельвеция» Юнис Теймурханлы: Наш народ не может забыть 1917-й, поэтому в России почти нет династического бизнеса

Юнис Теймурханлы — о привычках его гостей и различиями между японцами и русскими

СНОБ
В форме: как набрать массу в домашних условиях В форме: как набрать массу в домашних условиях

Эффективные способы набора веса или мышечной массы в домашних условиях

Cosmopolitan
Последнее китайское предупреждение Последнее китайское предупреждение

Как миллионы жителей Гонконга спасают демократию при помощи зонтиков

GQ
Как бороться с гиперпигментацией Как бороться с гиперпигментацией

Как избавиться от пигментных пятен

Psychologies
Внимание на пятки Внимание на пятки

Как ухаживать за ногами, чтобы не стесняться носить босоножки летом?

Здоровье
«Говорящие» карты: путь к бессознательному «Говорящие» карты: путь к бессознательному

Метафорические ассоциативные карты дают возможность использовать скрытые знания

Psychologies
Фэшн из май профешн Фэшн из май профешн

Эти жительницы русского Лондона говорят на модном языке без акцента

Tatler
Тренировка с фитнес-лентой Тренировка с фитнес-лентой

Берите на заметку комплекс домашних упражнений от Анастасии Чирченко

Домашний Очаг
Объединение Германии Объединение Германии

Власти ФРГ и ГДР позаботились о том, чтобы получить одобрение объединения

Дилетант
Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии» Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии»

Коммерческий директор Renault о подписке на автомобили и других трендах рынка

РБК
Открыть в приложении