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

Проблемы голубых кровей Проблемы голубых кровей

Сотни тысяч мечехвостов истекают кровью ради человечества

Популярная механика
Правила жизни Эда Харриса Правила жизни Эда Харриса

Американский актер и кинорежиссер. Четырехкратный номинант на премию «Оскар

Esquire
Где лечиться? Где лечиться?

В какую поликлинику идти – государственную или частную

Домашний Очаг
Гостинцы под ёлку Гостинцы под ёлку

Эти книги станут отличным сюрпризом тому, кто…

Psychologies
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
Кто кому Вуди: разбираемся в сексуальных скандалах с режиссером Вуди Алленом Кто кому Вуди: разбираемся в сексуальных скандалах с режиссером Вуди Алленом

Знаменитый режиссер Вуди Аллен уже не первый год подвергается нападкам прессы

Cosmopolitan
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Раздел истории Раздел истории

Отказ от частной собственности в пользу шеринга меняет многовековые устои

РБК
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Космические струны, кротовые норы и черные дыры: что ученые знают о путешествиях во времени и телепортации Космические струны, кротовые норы и черные дыры: что ученые знают о путешествиях во времени и телепортации

Как путешествия во времени и телепортация выглядят с точки зрения науки?

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
Гороскоп любовных неудач: как знаки зодиака переживают расставание? Гороскоп любовных неудач: как знаки зодиака переживают расставание?

Хочешь узнать, как именно переживешь любовную неудачу ты?

Cosmopolitan
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Базовый уход за телом: самомассаж в домашних условиях Базовый уход за телом: самомассаж в домашних условиях

Зачем тратить много денег на курс массажа, если можно сделать его дома самой

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
Искусство как приём Искусство как приём

Интерьер, выстроенный вокруг предметов искусств, сам стал произведением

SALON-Interior
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Заплатка красоты Заплатка красоты

Главный тренд предновогоднего ухода – патчи для кожи вокруг глаз

Здоровье
Замечательный сосед Замечательный сосед

Жители мадагаскарского острова решили наладить дружеские отношения с животными

Вокруг света
Алиса в стране откатов Алиса в стране откатов

Как именно работает эзотерическая экономика откатов и офшоров?

Esquire
Миль во всём мире Миль во всём мире

История одной вертолётной семьи

Дилетант
Учительский абьюз: как защитить ребенка Учительский абьюз: как защитить ребенка

Абьюз со стороны учителей — проблема, о которой не принято много говорить

Psychologies
Сколько можно спать? Сколько можно спать?

Еще несколько сотен лет назад европейцы спали дважды за сутки

Популярная механика
Это не игрушки Это не игрушки

Киберспортсмены обогнали по заработкам звезд кино, музыкантов и футболистов

Tatler
«Мать украла мою личность»: ложь длиною в жизнь «Мать украла мою личность»: ложь длиною в жизнь

Экстон Бец-Гамильтон делится шокирующими открытиями

Psychologies
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
Помидоры по подписке: как издатель игры «Веселый фермер» теперь зарабатывает на открытии реальных ферм Помидоры по подписке: как издатель игры «Веселый фермер» теперь зарабатывает на открытии реальных ферм

Спелую и вкусную продукцию можно есть только там, где она производится

Forbes
Кухня мечты Кухня мечты

Кухня — научная фабрика, кухня — стильный аксессуар или кухня — семейный клуб?

SALON-Interior
Нечего надеть: как отсутствие подходящих скафандров на полгода отсрочило «женский» выход в космос Нечего надеть: как отсутствие подходящих скафандров на полгода отсрочило «женский» выход в космос

Эмансипация давно преодолела пределы земного тяготения

Forbes
«Не просто устала»: распознать и преодолеть послеродовую депрессию «Не просто устала»: распознать и преодолеть послеродовую депрессию

В Москве 36-летняя женщина выпала из окна дома с двумя детьми

Psychologies
Открыть в приложении