Некоторые вопросы об устройстве Вселенной уже имеют ответы

Наука и жизньНаука

Вселенная известная и неизвестная

Академик Валерий Рубаков

0:00 /
1379.03
Академик Валерий Анатольевич Рубаков. Фото Наталии Лесковой.

Физик-теоретик, ведущий отечественный специалист по квантовой теории поля и космологии, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН академик Валерий Анатольевич Рубаков говорит, что в последние годы его основным увлечением стала ранняя Вселенная. Как всё начиналось? Это чрезвычайно интригующий вопрос. Хотя и несколько провокационный. Потому что, если было начало, значит, до этого не было ничего. А такое вряд ли возможно. Выходит, что-то было. Но что? И что было потом? А можно ли понять, что будет дальше? Вопросов об устройстве Вселенной множество, но среди них есть и такие, ответы на которые физики уже знают.

Когда мы говорим «ранняя Вселенная», то подразумеваем состояние, которое очень сильно отличалось от нынешнего. Сегодня у нас есть звёзды, галактики, планеты, наша Земля. Между ними достаточно пусто, холодно, температура равняется примерно 2,7 К. А раньше Вселенная была горячей, вещество в ней было плотным и никаких галактик в помине не было. Вещество было распределено равномерно. Откуда мы это знаем?

Примерно полвека назад стало известно, что существует реликтовое излучение. Что это такое? Мы знаем, что горячие тела излучают. Лампочка накаливания излучает свет, горячий чайник на плите излучает в инфракрасном диапазоне. Так вот, во Вселенной была ситуация, когда вещество было очень горячим и оно точно так же испускало электромагнитное излучение, которое дошло до наших дней.

Как известно, при очень высоких температурах атомы разваливаются на электроны и протоны и образуется особая среда — плазма. Пока вещество было в плазменном состоянии, для этого электромагнитного излучения плазма была непрозрачной. А когда Вселенная расширилась и плазма остыла примерно до трёх тысяч градусов, из свободных электронов и протонов образовались атомы водорода. Их было мало, примерно 250 штук в кубическом сантиметре. Этот разреженный газ был прозрачен для электромагнитного излучения. Именно такое излучение до нас и дошло. Его называют реликтовым.

Правда, его температура в тысячу раз ниже, чем была тогда. Это произошло из-за того, что Вселенная расширяется, пространство растягивается, увеличивается длина волны, что соответствует более низким энергиям фотонов и соответственно более низким температурам.

Открытие реликтового излучения оказалось прорывом в космологии: стало ясно, что ранняя Вселенная была горячей и там царили температуры по крайней мере 10 млрд градусов. До этого предполагали, что она может быть плотной, но холодной. Теперь горячая стадия – экспериментальный факт, не оставляющий сомнений.

Эпоха термоядерных реакций

При таких температурах в веществе происходят термоядерные реакции, как в нашем Солнце. Это процессы, в результате которых образуются в основном ядра гелия. В ту эпоху термоядерных реакций, кроме гелия, возникли ядра таких элементов, как дейтерий и литий. Их образование можно предсказать на основании того, что мы знаем о расширении Вселенной и веществе в ней. Это управляется общей теорией относительности и ядерной физикой. Мы можем совершенно точно посчитать, сколько и каких элементов должно быть синтезировано при таких температурах. Можно сравнивать наблюдение и теорию. И тут есть полное согласие, в результате чего совершенно очевидно: была горячая Вселенная и были сверхвысокие температуры.

Но когда стали изучать реликтовое излучение, появилось множество вопросов, на которые невозможно ответить, если считать, что горячая стадия была самой первой. Мы знаем, что есть галактики, есть скопления галактик, и они представляют собой неоднородности вещества.

Неоднородности во Вселенной были и в очень ранние времена. Они проявляются в свойствах реликтового излучения. Его температура где-то больше, где-то меньше. Это потому, что где-то вещества образовалось больше, плотность его была выше и температура соответственно тоже выше. А где меньше — там ниже. Эти эффекты обнаружены только в 90-х годах прошлого века, то есть, можно сказать, недавно. Открытие и исследования реликтового излучения были отмечены несколькими Нобелевскими премиями, в том числе и в нынешнем году.

Оказывается, распределение температуры может многое сказать о том, как устроены неоднородности во Вселенной. Из их свойств мы знаем, что образование первичных неоднородностей произошло на очень ранней стадии, которая предшествовала стадии горячей Вселенной, а из них потом, сравнительно недавно возникли галактики, скопления галактик, мы с вами.

Путешествие во времени

Сейчас мы уверены в том, что горячая стадия не была самой первой. Почему? Будем рассуждать от противного. Мысленно перенесёмся на 14 млрд лет назад, когда произошёл Большой взрыв. С ним, кстати, тоже далеко не всё понятно. Что такое Большой взрыв в классическом понимании? Сингулярность. На уровне классической физики это бесконечная плотность энергии, бесконечный темп расширения, такая сингулярная ситуация, которая, наверное, как-то разрешается в квантовой физике. Там действуют совсем другие законы, но это какое-то пока ещё не описанное состояние пространства, времени, материи.

Как бы там ни было, давайте предположим, как считалось долгие годы, что горячая стадия была самая первая. За прошедшее с тех пор время свет пролетел известное расстояние — примерно 45 млрд световых лет. А к тому моменту, когда образовалось реликтовое излучение, этот размер был существенно меньше. Это масштаб примерно миллиона световых лет.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Ответишь за свой рэп Ответишь за свой рэп

Как тексты хип-хоп-артистов используют против них в уголовных процессах

Playboy
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Чем лучше закусывать водку и чего стоит избегать: список, который нужен каждому Чем лучше закусывать водку и чего стоит избегать: список, который нужен каждому

Давай узнаем, чем правильно закусывать водку, чтобы было хорошо и приятно

Playboy
То ли волк, то ли собака То ли волк, то ли собака

Откуда появляются волкособаки?

Наука и жизнь
Откуда берутся гигантские волны-одиночки, способные переламывать целые суда Откуда берутся гигантские волны-одиночки, способные переламывать целые суда

Как появляются громадные волны-убийцы высотой с гору?

Популярная механика
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
«Внутри России поводов для гордости уже не сыщешь». Самые яркие высказывания Владимира Буковского «Внутри России поводов для гордости уже не сыщешь». Самые яркие высказывания Владимира Буковского

В Великобритании умер советский диссидент и писатель Владимир Буковский

СНОБ
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Как поддержать желание учиться: два способа, доступных каждому родителю Как поддержать желание учиться: два способа, доступных каждому родителю

«Сложная программа» — одновременно и мечта, и кошмар многих родителей

Psychologies
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Новая искренность власти: как Кремль предупреждает общество о закручивании гаек Новая искренность власти: как Кремль предупреждает общество о закручивании гаек

Почему «московское дело» не может развалиться

Forbes
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни

Как выбрать мужские джинсы, подходящие именно тебе?

Playboy
Философский камень, или немного sapientia ex cupro Философский камень, или немного sapientia ex cupro

Идеи вечной жизни, молодости и излечения от всех болезней не умерли

Наука и жизнь
Помощник президента Татарстана — об архитектурной биеннале Помощник президента Татарстана — об архитектурной биеннале

Почему архитектурный смотр в Татарстане важен для республики и для архитекторов

РБК
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
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
Возмездие через годы Возмездие через годы

Самая успешная операция по ликвидации нацистов за всю историю «Моссада»

Дилетант
Женщины без возраста: что помогает нам сохранять молодость Женщины без возраста: что помогает нам сохранять молодость

Поколение тридцати-сорокалетних женщин стареть категорически не намерено

Psychologies
Новые миры Новые миры

Юбилей высадки на Луну – повод задуматься, куда и зачем мы можем полететь еще

Популярная механика
«Дружба, скрепленная кровью» «Дружба, скрепленная кровью»

К концу 1939 года Гитлер и Сталин демонстрировали друг другу тёплые чувства

Дилетант
Наполеон: в императоры из республиканца Наполеон: в императоры из республиканца

Диктатура Наполеона слишком изменила и страну, и народ

Дилетант
Компактный термоядерный реактор: фантастика и бюрократия американских ученых Компактный термоядерный реактор: фантастика и бюрократия американских ученых

Создание эффективного термоядерного реактора остается недостижимой задачей

Популярная механика
Советы да любовь Советы да любовь

Как разведчик сделал головокружительную карьеру и пожертвовал ей ради женщины

Esquire
130 км/ч, права по-новому и штрафы от города: водителей ждут перемены 130 км/ч, права по-новому и штрафы от города: водителей ждут перемены

О важных изменениях в области дорожного движения

РБК
Интерьер для счастья Интерьер для счастья

Моя встреча с человеком, который уверен: красивые квартиры делают нас другими

StarHit
Ускользнувшая красота: 5 масштабных, но не самых удачных архитектурных проектов Москвы Ускользнувшая красота: 5 масштабных, но не самых удачных архитектурных проектов Москвы

Московские проекты, которые могли бы изменить город, но великими не оказались

Forbes
Первый после смерти: как Майкл Джексон заработал $2,4 млрд за 10 лет после кончины Первый после смерти: как Майкл Джексон заработал $2,4 млрд за 10 лет после кончины

После своей смерти Майкл Джексон, по оценке Forbes, заработал $2,4 млрд

Forbes
Борьба с «врагами народа» Борьба с «врагами народа»

От древнеримских проскрипций до наших дней

Наука и жизнь
Открыть в приложении