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

Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Дэвид Лорен — о фильме «Very Ralph», своем отце и развитии компании Дэвид Лорен — о фильме «Very Ralph», своем отце и развитии компании

В 2018 году бренду Ralph Lauren исполнилось 50 лет

РБК
Будущее пятого поколения Будущее пятого поколения

Время 4G на исходе. 5G серьезно изменит нашу жизнь

Популярная механика
Шкатулка с самоцветами: как правильно носить камни Шкатулка с самоцветами: как правильно носить камни

«Лучшие друзья девушек — это бриллианты», — пела Мэрилин Монро

Cosmopolitan
Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других

Ученые сделали вывод, что объем памяти мозга человека составляет 1 петабайт

Популярная механика
Начни покупки с нуля: 5 правил шопинга на совесть Начни покупки с нуля: 5 правил шопинга на совесть

Как не переплачивать, в чем себе не отказывая

Cosmopolitan
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Он не хочет создавать с вами семью. О чем это может говорить? Он не хочет создавать с вами семью. О чем это может говорить?

Почему партнер не торопится делать следующий шаг и не предлагает жить вместе?

Psychologies
На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
Василий Даниловский: Василий Даниловский:

Василий Даниловский - основатель и идейный вдохновитель Roofevents

Cosmopolitan
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Романтические аферисты: кто попадает на их крючок Романтические аферисты: кто попадает на их крючок

О тактике романтических аферистов и о том, кто чаще всего становится их жертвами

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
В России поймали вихри Абрикосова нанопроводом В России поймали вихри Абрикосова нанопроводом

Что такое абрикосовские вихри и как их обнаружить?

Популярная механика
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
Время вирусов: как не заболеть этой зимой? Время вирусов: как не заболеть этой зимой?

Что на самом деле можно сделать, чтобы защитить себя от вирусов

Домашний Очаг
От книжного колеса до букридера От книжного колеса до букридера

Иллюстрированная история устройств для чтения

Наука и жизнь
«Чтобы найти время на себя, перестаньте его тратить впустую» «Чтобы найти время на себя, перестаньте его тратить впустую»

Как Анне удается съедать почти в два раза больше еды и не полнеть

Худеем правильно
Месть хазарам Месть хазарам

Многим нравится именовать себя потомками строителей могучих империй

Дилетант
Похищенная из колыбели: чудовищное убийство Нимы Картер Похищенная из колыбели: чудовищное убийство Нимы Картер

Жуткая история об исчезновении ребенка из колыбели

Cosmopolitan
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Скромный веган: что стало со вторым основателем WeWork после краха компании Скромный веган: что стало со вторым основателем WeWork после краха компании

Почему Мигель Маккелви остался на своем посту после краха краха WeWork?

Forbes
Охота на Лисовую Охота на Лисовую

Мария Лисовая олицетворяет красоту землян в блокбастере «Вратарь Галактики»

Maxim
Выпьем за любовь Выпьем за любовь

Просмотр российских новогодних фильмов может обернуться приступом депрессии

GQ
Блог изобилия Блог изобилия

Кем надо быть, чтобы делать горы денег на блоге

Maxim
Кухня мечты Кухня мечты

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

SALON-Interior
Дом солнца Дом солнца

Место силы: Доминиканская Республика

Psychologies
Обратная сторона славы Натальи Ветлицкой: годы затворничества и неудачи в любви Обратная сторона славы Натальи Ветлицкой: годы затворничества и неудачи в любви

Главный секс-символ 90-х Наталья Ветлицкая объявила о решении возродить карьеру

Cosmopolitan
Счастлив вместе Счастлив вместе

Ральф Лорен рассказывает о том, как его модная империя строилась на любви

Vogue
Молодая лоза: как новое поколение виноделов ломает стереотипы о производстве вина в России Молодая лоза: как новое поколение виноделов ломает стереотипы о производстве вина в России

Как небольшие российские винодельни вырабатывают свой авторский стиль

Forbes
Открыть в приложении