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

20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели 20 вещей, которые могут тебе пригодиться в постели

Объекты и явления, при помощи которых твой секс будет еще великолепнее

Maxim
Как записать видео с экрана айфона Как записать видео с экрана айфона

В любой момент может понадобиться записать видео с экрана айфона

CHIP
Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
Подлинный Казанова: импотент или великий любовник? Подлинный Казанова: импотент или великий любовник?

По поводу личности «великого любовника» историки спорят до сих пор

Cosmopolitan
На задворках двух империй На задворках двух империй

Как Пушкин и древнеримский поэт Овидий оказались практически в одном месте

Наука и жизнь
«Он меня не отпускает»: почему бывает так трудно выйти из отношений «Он меня не отпускает»: почему бывает так трудно выйти из отношений

Как уйти, если мужчина не отпускает вас после расставания

Psychologies
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
Правила жизни Эда Харриса Правила жизни Эда Харриса

Американский актер и кинорежиссер. Четырехкратный номинант на премию «Оскар

Esquire
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
Пьяный в машине: как лишиться прав, не садясь за руль Пьяный в машине: как лишиться прав, не садясь за руль

Почему выпившим не стоит подходить к своей машине

РБК
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Как правильно рассчитать освещенность квартиры? Как правильно рассчитать освещенность квартиры?

Как правильно рассчитать освещенность каждого помещения в доме?

CHIP
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Ирина Ефимова: «Я хочу работать в кругу больших профессионалов» Ирина Ефимова: «Я хочу работать в кругу больших профессионалов»

Рост среди российских предпринимателей и бизнес-вумен набирает обороты

Cosmopolitan
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Служители культа Служители культа

Как нравиться женщинам высшей категории сложности

Tatler
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
На случай ДТП и не только: как выбрать регистратор На случай ДТП и не только: как выбрать регистратор

Видеорегистратор из дорогой игрушки давно превратился в необходимое устройство

Популярная механика
«Женщина, на паровоз!» «Женщина, на паровоз!»

Женщины-машинисты электропоездов: история запретов и разрешений

Дилетант
Mercedes-Benz Х-Class. Поймите его правильно Mercedes-Benz Х-Class. Поймите его правильно

Легендарная марка отважилась представить собственный пикап

4x4 Club
Твой персональный код Твой персональный код

Какими бывают тесты ДНК

Популярная механика
Культ грубой силы. Почему становятся наемниками Культ грубой силы. Почему становятся наемниками

Разговор о психологии «людей культа грубой силы»

СНОБ
Пот, кровь, слёзы и крест Пот, кровь, слёзы и крест

В конце XI века десятки тысяч людей отправились освобождать Иерусалим

Дилетант
Что не так с новым фильмом «Ангелы Чарли»? Что не так с новым фильмом «Ангелы Чарли»?

Как оказалось, миру не нужны новые ангелы

GQ
Гитлер и Сталин как полководцы Гитлер и Сталин как полководцы

Расследование военного историка Алексея Исаева

Популярная механика
Что выкачивает из нас энергию: неочевидные причины хронической усталости Что выкачивает из нас энергию: неочевидные причины хронической усталости

Несколько причин постоянной усталости

Psychologies
Прорыв года: Катя Адушкина Прорыв года: Катя Адушкина

Про Катю Адушкину лучше слов говорят цифры

Glamour
С меня хватит С меня хватит

Андрей Подшибякин о ярости, пределе терпения и Джокере

GQ
«Специфически русское явление» «Специфически русское явление»

Средневековые юродивые и современные оппозиционеры

Огонёк
Как научиться принимать свой возраст: рассказывает психолог Как научиться принимать свой возраст: рассказывает психолог

С рождения нас преследуют навязанные нормы, с возрастом они становятся жестче

Cosmopolitan
Открыть в приложении