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

Судоходная Арктика Судоходная Арктика

Беспрецедентное по масштабам строительство судов ледового класса в России

Популярная механика
Ученый не от Бога. Как российский историк превратился в душегуба Ученый не от Бога. Как российский историк превратился в душегуба

Реконструировали события из жизни Сира, чтобы выяснить, что привело к трагедии

Русский репортер
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
Как бороться с эмоциональным выгоранием? Как бороться с эмоциональным выгоранием?

Каждый работяга жалуется на эмоциональное выгорание

GQ
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Как Россия стала одним из цифровых лидеров в мире Как Россия стала одним из цифровых лидеров в мире

GQ обсудил с топ-менеджером IT-компании КРОК будущее цифрового мира

GQ
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Ханна: Ханна:

Ханна рассказала про запуск своей линии одежды и бизнес в Майами

Cosmopolitan
10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
Какого рожна нам надо? Правильно ли социологи понимают россиян в их желании перемен Какого рожна нам надо? Правильно ли социологи понимают россиян в их желании перемен

До 60% россиян высказались за перемены, притом «решительные и полномасштабные»

СНОБ
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
Уход дорогого друга: что может потерять Россия после отставки Эво Моралеса Уход дорогого друга: что может потерять Россия после отставки Эво Моралеса

Кризис в Боливии имеет сугубо политические причины

Forbes
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Гонка супергероев Гонка супергероев

Мэтт Деймон и Кристиан Бейл не могут жить без приключений

GQ
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
Михаил Друян Михаил Друян

Светский антрепренер всея Руси — организатор праздников, репутаций и жизни

Tatler
От книжного колеса до букридера От книжного колеса до букридера

Иллюстрированная история устройств для чтения

Наука и жизнь
Как убрать ржавчину в домашних условиях Как убрать ржавчину в домашних условиях

Как избавиться от ржавчины при помощи подручных средств

Cosmopolitan
Великая степь Великая степь

Великая степь была всегда, сколько себя помнит человечество

Вокруг света
«Пророк от поколения миллениалов»: как предприниматель, мечтавший стать первым триллионером, превратился в изгоя «Пророк от поколения миллениалов»: как предприниматель, мечтавший стать первым триллионером, превратился в изгоя

Rfr Адам Нойманн потерял все — бизнес, репутацию и любовь подчиненных

Forbes
Берут – беги Берут – беги

Теневая экономика России настолько велика, что называть ее теневой даже неловко

Esquire
Моль, коммуналка и чувство стиля: как одевалась Майя Плисецкая Моль, коммуналка и чувство стиля: как одевалась Майя Плисецкая

Что общего у Оскара Уайльда, Петра Чайковского, Екатарины II и Майи Плисецкой

Forbes
Цивилизация Цивилизация

Они одними из первых освоили инженерию, завели армию, монархию и дипломатию

Вокруг света
Усы, лапы и хвост – вот мои инструменты! Усы, лапы и хвост – вот мои инструменты!

Как повседневное общение с питомцем приводит к исцелению тела и души

Psychologies
Букет в цветочном горшке Букет в цветочном горшке

Красивые комнатные растения с недолгим сроком жизни

Наука и жизнь
На немецко-немецкой границе На немецко-немецкой границе

Берлинская стена - символ разделения Германии - рухнет под натиском перемен

Вокруг света
Уроки Лагоса: как работа в Нигерии учит новому взгляду на жизнь и бизнес Уроки Лагоса: как работа в Нигерии учит новому взгляду на жизнь и бизнес

Как жизнь в Нигерии учит смотреть на привычные вещи с новой стороны

Forbes
Женское царство Женское царство

Почему люди ходят в баню, как проводят там время, что это — тусовка или ритуал

Seasons of life
Когда простота — уникальная технология: тест JAC S3 Когда простота — уникальная технология: тест JAC S3

Компактный китайский кроссовер менее чем за 800 тысяч рублей

Популярная механика
Советы да любовь Советы да любовь

Как разведчик сделал головокружительную карьеру и пожертвовал ей ради женщины

Esquire
Открыть в приложении