Что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

СНОБНаука

Мир вечный, но плоский: Нобелевская по физике глазами дилетанта и академика Старобинского

Половина Нобелевской премии досталась человеку, попытавшемуся понять сразу все на свете и изрядно в этом преуспевшему. Академик Алексей Старобинский специально для «Сноба» объяснил, что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

Алексей Алексенко

e8c59598b36dfd5f7a5e777534ba406edc5f836c2bf6b51ca9bcb0c977264657.jpg
Фото: Greg Rakozy/Unsplash

Первая половина Нобелевской премии по физике досталась Мишелю Майору и Дидье Кело, доказавшим, по существу, то, о чем некогда рассуждал Джордано Бруно со столь печальными для себя последствиями. Но для современных искателей поверхностного научно-популярного знания планеты — это все же мелковато. Нашим читателям хочется понять не какие-то там звездные системы — на это жизни не хватит, — а все мироздание разом. Такие знания позволяют худо-бедно рассуждать о Боге, смысле жизни и других волнующих предметах.

Однако, чтобы использовать такие знания по назначению, надо хоть немного в чем-то разбираться, и автор этих строк, признавая собственную беспомощность, обратился к академику Алексею Старобинскому, физику-теоретику, немало сделавшему для теоретической космологии, за объяснениями. Ему мы и дадим слово в этой заметке. Впрочем, нам придется вставить и собственные слова, заполняя тем самым гэп между дремучим невежеством — предполагаемым состоянием читателя научно-популярных заметок — и невежеством-плюс, олицетворяемым автором.

Алексей Старобинский:

Вклад Джеймса Пиблса определен как «теоретические открытия в физической космологии». Из этой формулировки сразу видно, что речь идет не о каком-то одном «гениальном скачке», а о совокупности работ, в сумме внесших важный вклад в установление современной картины строения Вселенной в настоящее время и ее эволюции в прошлом, а именно на стадии доминирования нерелятивистской материи (какой — это отдельный вопрос) и предшествовавшей ей стадии горячего Большого взрыва (стадии доминирования излучения и ультрарелятивистских частиц и античастиц в тепловом равновесии с большой и даже очень большой — в более далеком прошлом — температурой). Сразу подчеркну, что это еще далеко не полная история Вселенной — горячему Большому взрыву предшествовала холодная де-Ситтеровская (инфляционная) стадия, но за нее Нобелевские премии (в отличие от премии Кавли) еще не присуждались, поскольку она пока еще не считается окончательно и однозначно подтвержденной наблюдениями.

Мир общим планом

Автор-дилетант: Что такое вообще эта самая «картина строения Вселенной»? Наука физика занимается простыми вещами вроде двух шаров, летящих друг к другу из пустого пространства, чтобы столкнуться и навеки разлететься в никуда. Из подобных задачек нелегко собрать картину реальности, потому что на самом деле реальность сложна и хаотична. Вот прямо сейчас в поле моего зрения трехлитровая банка с наливкой из черноплодки, спящая кошка, серое осеннее небо и ржавеющая решетка для мангала — выведите-ка уравнение, которое все это опишет.

Физики тоже такого не могут, однако к ХХ веку они научились решать много разных задач вроде той, про шары. В какой-то момент им показалось, что, если не всматриваться в детали мироздания — в кошку или в банку с наливкой, — а взглянуть на Вселенную в целом, она может показаться довольно простой, как в одной из их задачек. Например, однородным пространством, равномерно заполненным материей (все же зависит от масштаба — чем дальше отойдешь, тем меньше видно детали и тем монотоннее картинка). Еще физики знали, что Вселенная расширяется, это было установлено астрономами.

И вот совсем простая задачка: посчитайте-ка энергию маленького шарика, который находится на поверхности расширяющейся сферы в пространстве, заполненном некой субстанцией. Это может в принципе сделать старательный первокурсник, даже не знающий теории Эйнштейна. Если он все правильно запишет, а потом немного преобразует формулу, у него может получиться штука, которая называется «первым уравнением Фридмана». Из него следует удивительный факт: если плотность нашей упрощенной среды, в которой живет воображаемый шарик, меньше некой критической плотности, то расширение, которое мы постулировали в начале, будет продолжаться бесконечно, а если плотность больше, расширение сменится сжатием. Повторяю, для этого вывода не нужен даже Эйнштейн, пытливый читатель может сам в этом убедиться.

Александр Фридман вывел свои уравнения еще в 1920-х, и он-то, в отличие от нас, общую теорию относительности знал очень хорошо. Это помогает, потому что некая конфигурация переменных из его уравнения оказывается ровно тем самым, что в теории Эйнштейна называется «кривизной пространства». Что это такое? В обычном пространстве, где правит школьная геометрия, параллельные прямые всегда параллельны, а сумма углов треугольника — ровно 180 градусов. Это значит, что «его кривизна равна нулю». Если кривизна больше нуля, параллельные прямые будут сходиться, как меридианы на глобусе, а сумма углов станет больше 180 градусов. Если же кривизна меньше нуля, параллельные расходятся, а треугольник до 180 градусов не дотягивает.

Ну так вот, из того же уравнения можно догадаться, что кривизна пространства нулевая только в том случае, если плотность равна критической. Если она больше, то пространство имеет положительную кривизну (и, возможно, оно даже замкнутое, то есть в нем конечное число «мест», как на круглой Земле). При этом, как мы помним, оно не может расширяться бесконечно, а когда-нибудь схлопнется в точку и прекратит свое существование. Если же плотность меньше... ну, вы понимаете. Остается узнать, в каком пространстве мы живем на самом деле, — какая там плотность материи, какая кривизна, — и общая картина прояснится.

Далее: чтобы в точности понять Вселенную, как она есть сейчас, неплохо бы разобраться, как она дошла до такого состояния. А для этого придется проследить ее развитие с самого начала — разобраться, как из горячего и плотного сгустка не пойми чего получились атомы и галактики. Кстати, о том, что началось все с Большого взрыва, первым, кажется, догадался Эдгар По еще в XIX столетии. В прозаической поэме «Эврика» он отметил, что это единственное возможное объяснение, почему ночное небо не заполнено сплошняком звездами, а выглядит черным. Это, считал По, оттого, что мир имел начало и произошел из первичной частицы, которая в какой-то момент взорвалась.

Примерно с таким багажом вступила космология в ХХ век: было понятно, что Вселенная расширяется, что она возникла из плотного и горячего сгустка, а потом остывала и что уравнения Эйнштейна и другие простые законы физики управляли всем этим действом от начала и до сегодняшнего дня. Этой историей занимались множество физиков, так что кому-то даже покажется немного нечестным, что из них лишь Джеймс Пиблс получил Нобелевку. Среди них были и физики из России: уже упомянутый Фридман, Георгий Гамов, Евгений Лившиц, Андрей Дорошкевич, Игорь Новиков, Яков Зельдович. Да хоть бы и тот же Старобинский, хоть и в немного другом аспекте большого вопроса «Как устроено все на свете?».

Впрочем, наша статья не обо «всем на свете», а именно о Пиблсе. О том, что именно сделал он сам, рассказывает академик Старобинский.

Фундамент

Алексей Старобинский:

Итак, каков же по моему мнению основной вклад Пиблса в современную стандартную космологическую модель, точнее, в ту ее часть, которая подтверждена многочисленными наблюдениями? Я бы отнес сюда четыре его статьи 1966–1970 гг. по трем важным разделам космологии. Сразу замечу, что эти статьи не только не исчерпывают всего его вклада в теоретическую космологию, но даже и отнюдь не самые цитируемые — но об этом ниже.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

20 продуктов, о высокой калорийности которых вы даже не догадывались 20 продуктов, о высокой калорийности которых вы даже не догадывались

Являются ли полезными и не жирными продукты, что лежат у вас в корзине?

Популярная механика
Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия» Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия»

Вадим Беляев смог продать ядро инвестиционного бизнеса банка Роману Авдееву

Forbes
«Будет непросто предложить нового президента»: предсказавший протесты экономист назвал два сценария для России до 2024 года «Будет непросто предложить нового президента»: предсказавший протесты экономист назвал два сценария для России до 2024 года

Михаил Дмитриев о новом глобальном кризисе, росте экономики и волне протестов

Forbes
Парус за спиной Парус за спиной

Лена Бронская делает сумки из парусной ткани

Seasons of life

Война с возрастными изменениями заведомо проиграна

Cosmopolitan
Королевское собрание Королевское собрание

Телеведущая и блогер Милана Королева показала свои сокровища

AD
Зачем мы отправляем друг другу откровенные фото Зачем мы отправляем друг другу откровенные фото

Что побуждает заниматься этим женщин и какие мотивы у мужчин?

Psychologies
Какой шуруповерт лучше для ледобура: 6 надежных моделей Какой шуруповерт лучше для ледобура: 6 надежных моделей

Облегчить бурение лунок позволит шуруповерт

CHIP
5 причин почему перегорают лампочки (и как с этим бороться) 5 причин почему перегорают лампочки (и как с этим бороться)

Почему светодиодные лампы перегорают раньше срока службы и как с этим бороться

CHIP
Идеальная разница между мужчиной и женщиной в возрасте: существует ли она? Идеальная разница между мужчиной и женщиной в возрасте: существует ли она?

Говорят, что возраст — это всего лишь число, но насколько это верно?

Playboy
$19 млн за двухчасовую пробежку: как британский миллиардер сделал возможным новый рекорд в марафоне $19 млн за двухчасовую пробежку: как британский миллиардер сделал возможным новый рекорд в марафоне

Кениец Элиуд Кипчоге — первый человек, пробежавший марафон быстрее двух часов

Forbes
Короткая стрижка старит? 10 звезд с пикси, которые выглядят молодо Короткая стрижка старит? 10 звезд с пикси, которые выглядят молодо

Не знаем, откуда взялся миф о том, что короткие стрижки старят женщин

Cosmopolitan
Замуж после сорока? Скажи «Да»! Замуж после сорока? Скажи «Да»!

Истории героинь, которые вышли замуж далеко не в юном возрасте

Лиза
Отбелить нельзя подождать Отбелить нельзя подождать

Стоит ли ради белоснежной улыбки делать отбеливание у стоматолога?

Здоровье
На пробу На пробу

Споры об информативности Манту в диагностике туберкулеза длятся много лет

Добрые советы
30 правил жизни счастливых пар 30 правил жизни счастливых пар

Счастливые и благополучные отношения не складываются сами по себе

Psychologies
«ТВ проигрывает YouTube и интернету по смыслу и форме»: что значит победа Насти Ивлеевой на ТЭФИ-2019 «ТВ проигрывает YouTube и интернету по смыслу и форме»: что значит победа Насти Ивлеевой на ТЭФИ-2019

В Москве прошла церемония вручения телевизионной премии ТЭФИ-2019

Forbes
5 полностью беспроводных наушников до 1500 рублей 5 полностью беспроводных наушников до 1500 рублей

Хотите крутые беспроводные наушники? Тогда зачем платить больше!

CHIP
Офисная дедовщина: почему с 20-летними так сложно работать Офисная дедовщина: почему с 20-летними так сложно работать

Что менеджерам «за 30» мешает увидеть потенциал 20-летних подчиненных

Forbes
Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья! Ольга Филевская, педагог, 50 лет: Мама, папа, я — походная семья!

Беременность, маленькие дети – не повод отказываться от любимого увлечения

Здоровье
Как выбрать электрорубанок: профессиональные советы от CHIP Как выбрать электрорубанок: профессиональные советы от CHIP

Как выбрать электрический рубанок для дома, недорогой и хороший по качеству

CHIP
«Ушить живот - лишь первый шаг»: как похудеть на 70 кило и удержать вес «Ушить живот - лишь первый шаг»: как похудеть на 70 кило и удержать вес

Наша героиня решилась на изменения после неудачи в личной жизни

Cosmopolitan
Максим Перельман: Глобальный нефтяной сектор выбирает российские технологии Максим Перельман: Глобальный нефтяной сектор выбирает российские технологии

Почему саудиты заинтересовались разработками инженеров нефтяного машиностроения

СНОБ
lexus UX. Премиальная миниатюра lexus UX. Премиальная миниатюра

Автопроизводители нашли способ бесконечно продавать один и тот же автомобиль

4x4 Club
Полёт мысли Полёт мысли

Советы по оформлению рабочего пространства

SALON-Interior
Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги

Жоэль Диккер написал новую книгу «Исчезновение Стефани Мейлер»

СНОБ
5 лучших игровых мышей, которые доступны в 2019 году 5 лучших игровых мышей, которые доступны в 2019 году

На рынке игровой компьютерной периферии есть годные модели, мы выбрали 5 лучших

CHIP
Вы в системе! Вы в системе!

Самые инновационные разработки, с которыми ваша жизнь станет беззаботной

Grazia
В Гоголь-центре прошли специальные праздничные В Гоголь-центре прошли специальные праздничные

Самому эпатажному и авантюрному персонажу Александра Цыпкина стукнуло 3 года

Cosmopolitan
Подарок для Путина: зачем владелица бутика Christian Louboutin открывает магазин под брендом Team Putin Подарок для Путина: зачем владелица бутика Christian Louboutin открывает магазин под брендом Team Putin

Айсель открыла на месте бутика Christian Louboutin магазин Aizel x Team Putin

Forbes
Открыть в приложении