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

Иттербий и твердотельные лазеры Иттербий и твердотельные лазеры

Что привлекает химиков на небольшом острове Ресарё?

Наука и жизнь
Инвестиции в позитив Инвестиции в позитив

Почему Максим Першин решил посвятить себя благотворительности?

Robb Report
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
«Жуткая обстановка для великого деяния» «Жуткая обстановка для великого деяния»

Участники Всероссийского Поместного собора наблюдали большевистский переворот

Дилетант
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Соперничество между детьми: что делать родителям Соперничество между детьми: что делать родителям

Детскую вражду нельзя пускать на самотек, но и подход нужно выбрать правильный

Psychologies
На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
Чудо-женщина Чудо-женщина

Под Новый год желание чуда обостряется

Cosmopolitan
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Анна Бернс: Молочник. Отрывок из книги Анна Бернс: Молочник. Отрывок из книги

Первая глава новой книги Анны Бернс «Молочник»

СНОБ
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
Невербалика: как определить, что собеседник врет Невербалика: как определить, что собеседник врет

Вербальная часть занимает в человеческой коммуникации всего лишь от 20 до 40%

Популярная механика
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
Soundwalk Collective, Патти Смит и российский оператор Анастасия Иванова о совместном проекте The Perfect Vision Soundwalk Collective, Патти Смит и российский оператор Анастасия Иванова о совместном проекте The Perfect Vision

Что такое «идеальное видение» и при чем здесь французский поэт Артюр Рембо

Vogue
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Заплатите за нематериальное. Чем грозит бизнесу новая атака на офшоры Заплатите за нематериальное. Чем грозит бизнесу новая атака на офшоры

Тренд по борьбе с выводом нематериальных активов в офшоры набирает обороты

Forbes
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

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

Как правильно рассчитать освещенность каждого помещения в доме?

CHIP
«Все выдумки не стоят естества…» «Все выдумки не стоят естества…»

На свете есть немало людей, уверенных, что небо над нами бороздят НЛО

Наука и жизнь
Мне нужны дети, а не квартира Мне нужны дети, а не квартира

Как формализм опеки порождает нечеловеческие страдания

Русский репортер
Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты Как кофеин влияет на мозг и тело: неожиданные факты

Исследования выявили ряд интересных фактов, связанных с кофеином

Psychologies
Как обманывают в соцсетях: 5 простых способов украсть ваши деньги Как обманывают в соцсетях: 5 простых способов украсть ваши деньги

Приемы, которыми пользуются мошенники в попытках «вытянуть» деньги у юзеров

Популярная механика
Защита Риббентропа Защита Риббентропа

1 октября 1946 года Международный военный трибунал в Нюрнберге вынес приговор

Дилетант
Новая глава в истории HP: как принтерный гигант будет менять свою бизнес-модель Новая глава в истории HP: как принтерный гигант будет менять свою бизнес-модель

Новому гендиректору HP Энрике Лоресу предстоит многое изменить в компании

Forbes
Боги, люди и поганки Боги, люди и поганки

Грибы занимают уникальное место не только в биосфере, но и в истории цивилизации

Вокруг света
Каршеринг в СССР: на чем ездили и сколько это стоило Каршеринг в СССР: на чем ездили и сколько это стоило

Как работал прокат автомобилей в стране, где развивался коммунизм?

РБК
«Жизнь с самим собой» — сериал о кризисе среднего возраста с Полом Раддом сразу в двух ролях «Жизнь с самим собой» — сериал о кризисе среднего возраста с Полом Раддом сразу в двух ролях

Комедийный сериал на Netflix, в котором играет Человек-муравей Пол Радд

Esquire
Что за цирк! Самые скандальные фрики «Дома-2» Что за цирк! Самые скандальные фрики «Дома-2»

«Дом-2» – уникальный проект во всех отношениях

Cosmopolitan
История француженки, которая приехала на велосипеде в тайгу и стала женой охотника-удэгейца История француженки, которая приехала на велосипеде в тайгу и стала женой охотника-удэгейца

Как француженка вышла замуж за удэгейца, родила двух детей и построила дом

СНОБ
Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания Диета по часам для похудения: меню, отзывы, принципы питания

Диетологи отмечают связь между временем трапезы и функционированием организма

Cosmopolitan
Открыть в приложении