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

Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
«Слово «нет» для меня ничего не значит. Оно значит «не прямо сейчас». Правила жизни модели с витилиго «Слово «нет» для меня ничего не значит. Оно значит «не прямо сейчас». Правила жизни модели с витилиго

Винни Харлоу — первая модель с нарушением пигментации кожи — витилиго

Forbes
10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
Cвиньи и тракторы вместо йоги и медитации: как фермерство превратилось в любимое хобби финансистов Cвиньи и тракторы вместо йоги и медитации: как фермерство превратилось в любимое хобби финансистов

Многие финансисты с Уолл-стрит увлеклись лайфстайл-фермерством

Forbes
Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

Барражирующие боеприпасы «Ланцет», которые могут в корне изменить войны будущего

Популярная механика
Они живые? Звезды, которые перестарались с консилером и пудрой Они живые? Звезды, которые перестарались с консилером и пудрой

Если ты мечтаешь об идеальной зоне под глазами, посмотри на этих звезд

Cosmopolitan
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
Микаэль Ниеми: Сварить медведя Микаэль Ниеми: Сварить медведя

Фрагмент нового романа одного из лучших шведских писателей Микаэля Ниеми

СНОБ
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Суровые сказки севера Суровые сказки севера

Теплое море экзотических стран мы променяли на ветра Северной Норвегии

Лиза
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Елена Ксенофонтова: «Я ненормальная мама» Елена Ксенофонтова: «Я ненормальная мама»

Звезда сериала «Кухня» о долгожданной премьере, маминых сынках и своих детях

Лиза
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Метод Урганта Метод Урганта

Может ли у человека всегда быть хорошее настроение?

OK!
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Анна Роскошная: «Если в тебе нет внутреннего света, чистоты, сексуальной энергии, то внешняя красота меркнет». Анна Роскошная: «Если в тебе нет внутреннего света, чистоты, сексуальной энергии, то внешняя красота меркнет».

Актриса Анна Роскошная о своих секретах стройности и красоты

Худеем правильно
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 избавиться от катышков на одежде Как избавиться от катышков на одежде

Как почистить любимый свитер от катышков в домашних условиях?

Cosmopolitan
От чего умер Ленин? От чего умер Ленин?

На момент смерти Ленину было всего 53 года. На здоровье он никогда не жаловался

Дилетант
При живом-то муже... При живом-то муже...

Ты любящая и верная жена. Но периодически у тебя возникают неприличные фантазии?

Лиза
2000 год 2000 год

Отставка Бориса Ельцина, катастрофа подлодки «Курск», «Брат 2» и другие события

Esquire
Одна заячья cила Одна заячья cила

Шик и роскошь авиалайнера Big Bunny подняли империю Playboy на новый уровень

Playboy
Наполеон: в императоры из республиканца Наполеон: в императоры из республиканца

Диктатура Наполеона слишком изменила и страну, и народ

Дилетант
На выдумки хитры На выдумки хитры

Владельцам шеринг-проектов приходится вводить новые услуги

РБК
Карты, деньги, соленый огурец Карты, деньги, соленый огурец

Некоторые ученые уверены, что карты появились раньше письменности

Maxim
Непобежденный чемпион Деонтей Уайлдер снес кубинского «Кинг-Конга» идеальным нокаутом с одного удара (видео) Непобежденный чемпион Деонтей Уайлдер снес кубинского «Кинг-Конга» идеальным нокаутом с одного удара (видео)

Бронзовый Бомбардировщик в десятый раз защитил чемпионский титул WBC!

Maxim
Как укоротить рукава самостоятельно: несколько швейных лайфхаков Как укоротить рукава самостоятельно: несколько швейных лайфхаков

Укоротить рукава пальто и других изделий можно без специальных швейных навыков

Cosmopolitan
Стратегия «цап-царап», или что Бернард Шоу знал о сланцевой нефти Стратегия «цап-царап», или что Бернард Шоу знал о сланцевой нефти

Владимир Путин повторил мысль героя английской классической драматургии

Forbes
Андрей Якунин Андрей Якунин

Кто занят проектом строительства нового здания Музея Достоевского?

Собака.ru
Рю Мураками: Фатерлянд. Отрывок из романа Рю Мураками: Фатерлянд. Отрывок из романа

В книге Рю Мураками «Фатерлянд» экономика Японии рушится из-за падения доллара

СНОБ
Открыть в приложении