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

Кейт Уинслет Кейт Уинслет

«Чтобы выглядеть сексуально, необязательно быть похожей на шланг от пылесоса»

Здоровье
Искусство не быть Гретой: как России извлечь пользу из Парижского соглашения по климату Искусство не быть Гретой: как России извлечь пользу из Парижского соглашения по климату

Присоединение России к Парижскому соглашению может стать фактором модернизации

Forbes
Не лечат, а калечат: какие диеты опасны для здоровья Не лечат, а калечат: какие диеты опасны для здоровья

Садясь на диету, большинство из нас руководствуется советами отнюдь не мудрецов

Популярная механика
Почему мы верим в странные конспирологические теории Почему мы верим в странные конспирологические теории

Встречаясь с чем-то незнакомым, мы начинаем оглядываться в поисках объяснений

Psychologies
Как разговаривать с тем, кто стремится во всем вас переплюнуть, и не сойти с ума Как разговаривать с тем, кто стремится во всем вас переплюнуть, и не сойти с ума

Несколько советов, которые, возможно, облегчат ваше общение с хвастуном

Psychologies
Вспомнить всё Вспомнить всё

Как предотвратить старение мозга и сохранить работоспособность до преклонных лет

Лиза
Йоханнес Хьюбл о том, почему классику не победить Йоханнес Хьюбл о том, почему классику не победить

Йоханнес Хьюбл – один из самых элегантных мужчин нашего времени

GQ
“Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе “Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе

Была определена скорость звука в гелиосферной мантии и давление в ней

Популярная механика
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
Что стало с участницами программы «Женская лига» на ТНТ Что стало с участницами программы «Женская лига» на ТНТ

Чем сейчас занимаются актрисы шоу «Женская лига» и где еще их можно увидеть

Cosmopolitan
Розамунд Пайк, актриса Розамунд Пайк, актриса

Розамунд Пайк называют самой умной блондинкой Голливуда

Худеем правильно
«Я добрый человек, поэтому я за смертную казнь». Как в соцсетях обсуждают отмену моратория на смертную казнь после убийства девочки в Саратове «Я добрый человек, поэтому я за смертную казнь». Как в соцсетях обсуждают отмену моратория на смертную казнь после убийства девочки в Саратове

Дискуссия о необходимости отмены в России моратория на смертную казнь

СНОБ
В моде интеллект: пять стартапов, меняющих fashion-индустрию В моде интеллект: пять стартапов, меняющих fashion-индустрию

Какие стартапы работают в направлении fashion-индустрии уже сегодня

Forbes
«Москва — имперский город, раздавленный вертикалью власти». Владимир Сорокин о новом спектакле, иррациональности России и жизни в Берлине «Москва — имперский город, раздавленный вертикалью власти». Владимир Сорокин о новом спектакле, иррациональности России и жизни в Берлине

В московском театре «Практика» покажут спектакль «Занос» по тексту Сорокина

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
10 самых красивых пляжей на юге Франции 10 самых красивых пляжей на юге Франции

Где можно позагорать в уединении во Франции

GQ
7 смертных грехов глазами психофизиолога 7 смертных грехов глазами психофизиолога

Откуда берутся слабости, и всегда ли нужно с ними бороться?

Здоровье
Ты стал другим Ты стал другим

У современных мужчин катастрофически падает уровень тестостерона

Tatler
Тест планшета Apple iPad Air 2019 LTE: для тех, кто хочет премиум Тест планшета Apple iPad Air 2019 LTE: для тех, кто хочет премиум

Новый планшет iPad Air 3 256 GB LTE

CHIP
На природу На природу

Горожанам необходимо как можно чаще выбираться на природу. Почему?

Здоровье
Что украшения расскажут о нас и нашем собеседнике? Что украшения расскажут о нас и нашем собеседнике?

Как с помощью броши или кольца «прочитать» их владельца?

Psychologies
Удлинители и тройники: как найти и починить неисправность? Удлинители и тройники: как найти и починить неисправность?

Обидно, когда дорогой удлинитель вдруг перестает работать

CHIP
Как пробежать марафон, если вы не любите бегать Как пробежать марафон, если вы не любите бегать

Марафонская дистанция – цель и мечта миллионов людей

GQ
Коронный номер Коронный номер

Действительно ли похвала поднимает детям самооценку

Лиза
Смотрим в будущее Смотрим в будущее

Завершилась Неделя моды в Милане. Все самое интересное – в обзоре Grazia

Grazia
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
Ольга Бузова: «После развода секс был только с одним мужчиной» Ольга Бузова: «После развода секс был только с одним мужчиной»

Задали певице каверзные вопросы и вывели ее на чистую воду

StarHit
Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия? Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия?

Многие пользователи не понимают, что такое модем, роутер и маршрутизатор

CHIP
Полезный лайфхак: как подшить джинсы Полезный лайфхак: как подшить джинсы

Как совершить апгрейд при помощи базовых швейных инструментов

Cosmopolitan
«Удерживаю вес 9 лет, потому что худела медленно» «Удерживаю вес 9 лет, потому что худела медленно»

Для нашей героини лишние 10 кг были причиной дискомфорта

Худеем правильно
Открыть в приложении