Космологии многое предстоит сделать в будущем, но серьезный фундамент уже создан

Знание – силаНаука

Современная космология – точная наука

Беседовал Игорь Харичев

Сегодня мы очень много знаем о Вселенной. Мы знаем, как она родилась, как развивалась в первые доли секунды, минуты, годы, сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет, почему она такая, какая есть, и как будет развиваться дальше. Нет-нет, еще рано подводить черту, еще не на все вопросы получен ответ. Космологии многое предстоит сделать в будущем. Но серьезный фундамент уже создан.

Мы говорим о существенном вкладе в фундамент современной космологии отечественных ученых. Наш собеседник Игорь Иванович Ткачев, астрофизик, космолог и специалист в области физики элементарных частиц, академик РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом экспериментальной физики Института ядерных исследований РАН.

«Знание – сила»: Игорь Иванович, космология тесно связана с физикой элементарных частиц. Наверное, если говорить о каких-то достижениях вообще космологии и о достижениях отечественных ученых, надо говорить и о космологии, и о физике элементарных частиц. Что реально можно предъявить как достижение отечественных ученых в этих двух сильно связанных сферах науки?

Игорь Ткачев: Я бы в этой паре выделил космологию. На удивление много российские ученые внесли в развитие космологии. Не знаю, с чем это связано. Возможно, с российскими просторами, когда во многих местах можно лечь на землю и вдосталь смотреть на полный небосвод в безлунную ночь.

Можно говорить об основополагающем вкладе наших ученых во всю космологию, включая современную, которая уже стала точной наукой. Александр Александрович Фридман (1888—1925), петербургский ученый, первым решил уравнение Эйнштейна, осознав, что его можно применить ко Вселенной в целом. Написал метрику, решил уравнение и показал, что Вселенная расширяется. Стационарного решения нет. Это фундаментальный вклад в космологию. Эйнштейн в это не поверил, долго с Фридманом переписывался, спорил, потому что для него такой результат был неприемлем: если Вселенная расширяется, значит, она расширяется изначально из сингулярности – из точки и из бесконечной плотности. Как так? Значит, был акт творения, а если акт творения, значит, должен быть творец, и это «не научно».

Эйнштейн считал, что Вселенная должна быть стационарна. Что она не меняется. (Хотя это тоже не решает проблемы: даже если она стационарна, откуда она взялась?) В общем, он хотел стационарной Вселенной, чтобы не было акта творения. И ввел космологическую постоянную в уравнение. Решил и нашел стационарное решение. Как потом выяснилось, решение неправильное. Если ввести космологическую постоянную, все равно будет Вселенная расширяться или сжиматься, в зависимости от того, на какой стадии находится. Если сжимается, потом будет отскок. Фридман помог ему понять, что решение было найдено неправильно. И он признал: это была самая большая ошибка его жизни – введение космологической постоянной. Позже выяснилось, что это как раз не ошибка. Космологическая постоянная есть, она подтверждена экспериментально в наблюдениях, и за это открытие дали Нобелевскую премию1.

1 В 2011 году Нобелевская премия по физике вручена космологам Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Риссу, собравшим доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением.

Александр Александрович Фридман

Космологическая постоянная работает как антигравитация, заставляя Вселенную расширяться с ускорением. Если гравитация замедляет движение разлетающихся тел, темная энергия действует обратным образом: тела все быстрее и быстрее будут удаляться. Но она проявляется на больших масштабах. Это энергия вакуума. И она играет сейчас, в общем, фундаментальную роль в нашем понимании, как появилась Вселенная, откуда взялось вещество в ней. Это как раз следствие того, что энергия вакуума может не быть равной нулю в современной физике элементарных частиц. Вакуум – сложное состояние, в котором нет реальных частиц, есть только виртуальные, которые рождаются и уничтожаются. Энергия вакуума – это энергия низшего состояния всех квантованных полей.

Энергия вакуума глазами художника

«ЗС»: Ускоренное расширение Вселенной означает, что сегодня в ее энергетическом балансе энергия вакуума доминирует над темной материей и обычным веществом.

И. Т.: Да, и мы вернемся к этому позже. Если говорить о вкладе российских и советских ученых в космологию в исторической последовательности, то следующий после Фридмана, первого столпа современной космологии, второй столп – это Георгий Антонович Гамов (1904—1968), отец теории горячей Вселенной. Исходно он был физик-ядерщик. И вот тут как раз проявляется связь физики элементарных частиц, астрофизики и космологии. Гамов создал теорию эволюции звезд, основанную на термоядерных реакциях. Вклад его тут огромен. Помимо прочего, он осознал, что основной энергетический механизм на Солнце – термоядерная реакция синтеза гелия из атомов водорода. Он рассчитал, зная светимость Солнца, сколько выделяется энергии, и соответственно сколько происходит таких реакций в единицу времени. Вычислил, сколько будет гелия наработано в Солнце за всю его историю. И увидел, что на Солнце гелия больше, чем то количество, которое там могло наработаться. И задался вопросом: откуда взялся в нашем светиле лишний гелий? И Гамов сделал правильный вывод, что когда-то Вселенная была горячей. Там и тогда и возник излишек, вне Солнца.

Георгий Антонович Гамов

Ну, а если она была горячая, то от этого должен был остаться какой-то след. То, что мы называем сейчас реликтовым излучением. Гамов посчитал его температуру и вычислил правильно. Сейчас космология шагнула далеко вперед, сейчас это прецизионная наука, очень строгая – с колоссальной точностью мы знаем и состав Вселенной, и ее историю, как раз изучая реликтовое излучение. А тогда все было на уровне гипотез и оценок. Гамов с учениками нашел, что в наше время температура этого излучения должна быть в районе от одного до десяти градусов выше абсолютного нуля. Удивительно точно для тех данных, которыми он располагал. В 1949 году Фред Хойл, который придерживался необоснованной концепции стационарной Вселенной, на радиошоу дал ироничное название теории горячей Вселенной Гамова: Big Bang, Большой Взрыв. Если быть точным, перевод с английского скорее Большой Хлопок, тут есть коннотация с «много шума из ничего». В 1950 году Гамов уточнил, что температура Вселенной сегодня скорее всего 3 градуса. Реликтовое излучение потом было обнаружено, с температурой 2,7 К, и за него дали Нобелевскую премию. Но увы, до того работы Гамова были забыты. Только в 1964 году сходные результаты, и их развитие, были вновь получены американскими физиками Робертом Дикке и Джимом Пиблсом, и советскими физиками Андреем Георгиевичем Дорошкевичем и Игорем Дмитриевичем Новиковым. Сложность принятия концепции подчеркивает тот факт, что их учитель, выдающийся советский физик Яков Борисович Зельдович (1914—1987), вплоть до экспериментального открытия реликтового излучения придерживался теории холодной вселенной.

«ЗС»: На самом деле экспериментально реликтовое излучение обнаруживали и до работ Гамова. Только не понимали, с чем имеют дело.

И. Т.: Да, первое косвенное обнаружение на тот момент непонятного микроволнового излучения имело место в 1941 году. Канадский астроном Эндрю Мак-Келлар изучал звездные спектры в Галактике и обнаружил спектральные линии поглощения света, которые им объяснялись, только если поглощающие молекулы возбуждаются излучением неизвестной природы с температурой примерно два с половиной градуса Кельвина. Но теории горячей Вселенной еще не было, началась Вторая мировая война, и все было забыто.

В 1955 году советский радиофизик Тигран Арамович Шмаонов, который был тогда аспирантом в Пулковской обсерватории, занимаясь проблемой калибровки радиотелескопов, обнаружил, что куда ни посмотри на небо, всюду есть излучение в 3 градуса. Это был неожиданный результат. Все мировое научное сообщество считало, что никакого такого излучения быть не должно. Гамов‑то ведь был забыт. Тигран Арамович долго мучился, обсуждал с теоретиками, но объяснения этому не было найдено. Но он верил в свои данные и статью с результатами этих калибровок все-таки опубликовал, считал, что за этим стоит настоящий эффект. По преданию, он даже видел 3 градуса, плюс-минус градус. Не знаю как было на самом деле, но в опубликованной его статье 4 плюс-минус 3. Так или иначе, он видел реликтовое излучение за 8 лет до его официального открытия.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Только через мой труд Только через мой труд

Что такое трудоголизм и как от него уберечься без вреда для карьеры?

Men Today
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Как проверить серебро на подлинность и отличить его от других металлов Как проверить серебро на подлинность и отличить его от других металлов

Как же выяснить наверняка, такие уж ценные бабушкины ложки?

РБК
Казус Донского Казус Донского

Как завещание Дмитрия Донского привело к междусобице на Руси

Дилетант
Тот еще подарочек Тот еще подарочек

Истории о самых неуместных или обидных презентах

Лиза
Уйти, чтобы остаться: родитель на дистанции Уйти, чтобы остаться: родитель на дистанции

Как мужчине поддерживать эмоциональную связь с ребенком на расстоянии?

Psychologies
Тесты, эзотерика, нейропомощники: каким стал рынок онлайн-знакомств Тесты, эзотерика, нейропомощники: каким стал рынок онлайн-знакомств

Разбираемся в рынке онлайн-знакомств с помощью экспертов

РБК
Принцесса-рыбка, гигантский робот и амфибия. Фильмы о дружбе между человеком и нечеловеком Принцесса-рыбка, гигантский робот и амфибия. Фильмы о дружбе между человеком и нечеловеком

Подборка трогательных фильмов об отношениях людей и нелюдей

СНОБ
Дважды великий князь Дважды великий князь

Дмитрий Шемяка — умелый полководец и дипломат, который оказался забыт

Дилетант
Исследователи узнали, как громкие звуки повреждают наш слух и можно ли от этого защититься Исследователи узнали, как громкие звуки повреждают наш слух и можно ли от этого защититься

Долгое время ученые не могли понять, как именно шум повреждает слух

ТехИнсайдер
Идеальный стейк для настоящего мужчины Идеальный стейк для настоящего мужчины

Умение готовить стейк легко освоить. Главное – знать несколько нюансов

Лиза
Люди из разных стран сочли низкие голоса более привлекательными Люди из разных стран сочли низкие голоса более привлекательными

Как люди воспринимают высоту голоса у других людей?

N+1
Взрывной характер Взрывной характер

«Оппенгеймер»: дебаты о коммунизме, квантовая физика и охота на ведьм

Дилетант
Едем дома Едем дома

Автомобилизация жилища и одомашнивание автомобиля

Автопилот
«Я не провоцировала Сашу на выплески эмоций»: Дарья Урсуляк рассказала, как снималась шпионская драма «ГДР» «Я не провоцировала Сашу на выплески эмоций»: Дарья Урсуляк рассказала, как снималась шпионская драма «ГДР»

Дарья Урсуляк — о «ГДР», эмоциях на съемках и истории Горбачева

VOICE
Лазанья Лазанья

Лазанья — паста с долгой историей, хотя часто ее даже не воспринимают как пасту

Bones
Можно ли найти любовь с помощью ChatGPT? Интервью с выпускником РГГУ Александром Жаданом, которому это удалось Можно ли найти любовь с помощью ChatGPT? Интервью с выпускником РГГУ Александром Жаданом, которому это удалось

Как Александру удалось приручить дейтинг-приложение за 120 часов разработки?

Правила жизни
Холст, масло, крик Холст, масло, крик

20 фактов про самую известную картину Эдварда Мунка

Weekend
«Кто медленно ходит — медленно думает»: так ли это? «Кто медленно ходит — медленно думает»: так ли это?

Между темпом ходьбы и тем, скоростью мозга есть прямая взаимосвязь

Psychologies
Человекообразные обезьяны подразнили сородичей Человекообразные обезьяны подразнили сородичей

Четыре вида человекообразных обезьян дразнят друг друга разными способами

N+1
Тактильные часы Готфрида Вильгельма Лейбница Тактильные часы Готфрида Вильгельма Лейбница

Текст и рисунки рукописи Лейбница относятся к часам оригинальной конструкции

Наука и жизнь
«Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!» «Встречая нас за кулисами, Раневская сокрушалась: «Как я сегодня плохо играла!»

«Я к вам больше не приду никогда. Потому что в вашем доме книги — пленницы»

Коллекция. Караван историй
Бытовые проблемы: почему таблетки для посудомоечной машины не растворяются и как это исправить Бытовые проблемы: почему таблетки для посудомоечной машины не растворяются и как это исправить

Как быть, если таблетка для посудомойки вдруг не полностью растворилась?

ТехИнсайдер
Когда и как нужно мыть машину? Когда и как нужно мыть машину?

Как лучше всего мыть машину?

4x4 Club
11 вещей, которые вы сделали последний раз в жизни — и даже не подозревали об этом 11 вещей, которые вы сделали последний раз в жизни — и даже не подозревали об этом

Каждый день мы совершаем обыкновенные вещи, но однажды — в последний раз

Psychologies
Процентом придется делиться Процентом придется делиться

Как заплатить налог с доходов по вкладам

Деньги
«Мой дорогой пока еще муж»: как признавались в любви Симона де Бовуар и Анна Франк «Мой дорогой пока еще муж»: как признавались в любви Симона де Бовуар и Анна Франк

Любовные письма женщин, которые избегали клише как в текстах, так и в отношениях

Forbes
Фантазии Молчанова Фантазии Молчанова

Какими могли быть советские автомобили

Автопилот
Быть боссом — опасно для здоровья! Вот почему деньги не стоят того Быть боссом — опасно для здоровья! Вот почему деньги не стоят того

Стресс на руководящей должности может сократить продолжительность жизни

ТехИнсайдер
Открыть в приложении