Отрывок из сборника статей об астрофизике от Валерия Рубакова

N+1Культура

«Астрофизика. Троицкий вариант»

Книга «Астрофизика. Троицкий вариант» (издательство «АСТ») — это сборник статей, ранее опубликованных в научно-популярном издании «Троицкий вариант — наука». Специально для этой книги астрофизик, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн и физик-теоретик, академик РАН Валерий Рубаков, снабдили материалы послесловиями и комментариями, а также написали несколько новых статей. Обходясь без сложных формул и поясняя терминологию, ученые рассказывают обо всем, что сегодня занимает людей, которые изучают и интересуются космосом: открытие бозона Хиггса, становление «прецизионной космологии», экзопланеты, космологическая инфляция и многое другое. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным изучению расширения Вселенной и теории инфляционной стадии ее эволюции, а также темной материи, которая играет в этом процессе важную роль.

Немного истории

 

То, что в нашей Вселенной «что-то не так», стало ясно космологам уже к началу 1990-х годов. Для пояснения полезно напомнить о законе расширения Вселенной. Удаленные друг от друга галактики разбегаются, причем, чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Количественно темп расширения характеризуется параметром Хаббла. К началу 1990-х значение параметра Хаббла в современной Вселенной было довольно хорошо измерено: темп расширения Вселенной сегодня таков, что галактики, удаленные от Земли на расстояние 1 млрд световых лет, убегают от нас со скоростью 24 тыс. км/с.

Отметим, что параметр Хаббла зависит от времени: в далеком прошлом Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем сейчас, и, соответственно, параметр Хаббла был гораздо больше.

В современной теории гравитации — общей теории относительности — параметр Хаббла однозначно связан с двумя другими характеристиками Вселенной: во-первых, с суммарной плотностью энергии всех форм материи, вакуума и т.д, во-вторых, с кривизной трехмерного пространства. Наше трехмерное пространство, вообще говоря, не обязано быть евклидовым; его геометрия может, например, быть аналогична геометрии сферы; сумма углов треугольника может не равняться 180°. В таком случае «упругость» пространства с точки зрения расширения Вселенной играет ту же роль, что и плотность энергии.

К началу 1990-х годов с неплохой точностью была оценена и плотность энергии «нормальной» материи в современной Вселенной. «Нормальная» она в том смысле, что испытывает такие же гравитационные взаимодействия, что и обычное вещество. Дело, впрочем, осложнилось тем, что большая часть «нормальной» материи — это так называемая темная материя. Темная материя, по-видимому, состоит из новых, не открытых пока в земных экспериментах элементарных частиц, чрезвычайно слабо взаимодействующих с веществом (слабее нейтрино!), но на равных испытывающих гравитационное взаимодействие. Именно по эффекту гравитационного притяжения она и была обнаружена. Более того, измерения гравитационных сил в скоплениях галактик позволили определить массу темной материи в них, а в конечном итоге — в целом во Вселенной. таким образом и была найдена полная плотность энергии «нормальной» материи (для нее справедлива знаменитая формула Е = mс2).

И что же оказалось? Выяснилось, что «нормальной» материи явно не хватает для объяснения измеренного темпа расширения Вселенной. Причем сильно не хватает: «недостача» составляла около 2/3 (по современным оценкам — около 70%). Возможных объяснений этому факту было два: либо трехмерное пространство искривлено, и недостающий вклад в параметр Хаббла связан с его «упругостью», либо во Вселенной присутствует новая форма энергии, которую впоследствии и стали называть «темной энергией».

С теоретической точки зрения обе эти возможности — и неевклидовость пространства, и темная энергия — выглядели крайне неправдоподобными.

Начнем с кривизны трехмерного пространства. В процессе расширения Вселенной пространство разглаживается, его кривизна уменьшается. Если кривизна отличается от нуля сейчас, то в прошлом она была больше, чем сегодня. Однако плотность энергии (массы) материи убывает при расширении Вселенной еще быстрее. Это означает, что в прошлом относительный вклад кривизны в параметр Хаббла был очень мал, а главным — с большим запасом — был вклад материи. Для того чтобы сегодня расширение Вселенной на 70% обеспечивалось кривизной, необходимо «подогнать» значение радиуса кривизны пространства в прошлом с фантастической точностью — через секунду после Большого взрыва он должен был быть равен миллиарду радиусов наблюдаемой тогда части Вселенной, не больше и не меньше! Без такой подгонки кривизна сегодня была бы либо на много порядков больше, либо на много порядков меньше, чем необходимо для объяснения наблюдений.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

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
“Заткнул ребёнку рот носком”: кто такие “яжеотцы”? “Заткнул ребёнку рот носком”: кто такие “яжеотцы”?

Наша колумнистка Екатерина Попова рассказывает, из чего сделаны “яжеотцы”

Cosmopolitan
Романтизация психических заболеваний: почему нам хочется быть безумными? Романтизация психических заболеваний: почему нам хочется быть безумными?

Как вплетены ментальные расстройства в образы великих творцов и их героев?

Psychologies
8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили! 8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили!

Развенчиваем самые популярные мифы об уходе за волосами

Cosmopolitan
Правила жизни Андрея Миронова Правила жизни Андрея Миронова

Актер умер 16 августа 1987 года в возрасте 46 лет в Риге, Латвия.

Правила жизни
Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери» Нина Шацкая: «Я очень долго стучалась в закрытые двери»

Нина Шацкая — о своем опыте участия в конкурсах, пении и музыкальной карьере

Караван историй
Оптическая спектроскопия помогла детально изучить мемристор Оптическая спектроскопия помогла детально изучить мемристор

Такой метод хорош тем, что является неразрушающим

N+1
Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам Стареющие шимпанзе предпочли крепкую дружбу новым знакомствам

Чем старше становятся шимпанзе, тем уже становится круг их друзей

N+1
С зубром лицом к лицу С зубром лицом к лицу

Единственный из видов диких быков Европы, уцелевший до наших дней

Наука и жизнь
«Время живых машин. Биологическая революция в технологиях» «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях»

Отрывок из книги Сьюзан Хокфилд о том, как биология и инженерия изменят мир

N+1
Неизвестный Зорге Неизвестный Зорге

Искусство на разведслужбе

Огонёк
«Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски «Реквиему по мечте» — 20 лет. Вспоминаем самый прямолинейный и человечный фильм Даррена Аронофски

«Реквием по мечте» — мрачное предупреждение поколению нежных мечтателей

Esquire
7 самых необычных вещей, найденных на дне озер (некоторые из них пугают) 7 самых необычных вещей, найденных на дне озер (некоторые из них пугают)

От таких находок захватывает дух!

Playboy
Рецензия: «Суд над чикагской семеркой» Аарона Соркина как инъекция идеализма Рецензия: «Суд над чикагской семеркой» Аарона Соркина как инъекция идеализма

«Суд над чикагской семеркой» — самые цивилизованные предвыборные дебаты

Esquire
Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников Простые карточные фокусы: 9 трюков для начинающих волшебников

Подборка самых легких для освоения карточных трюков

Playboy
Как реагировать на критику Как реагировать на критику

Правила, которые помогут отбиться от необоснованной критики

Reminder
Тест-драйв Renault Arkana Тест-драйв Renault Arkana

Стоит ли Renault Arkana?

СНОБ
10 сложных и прекрасных микроорганизмов 10 сложных и прекрасных микроорганизмов

В природе существуют микроорганизмы, похожие, на героев фантастических романов

Популярная механика
Клетку проткнули электрическим нанофонтаном Клетку проткнули электрическим нанофонтаном

Ученые предложили доставлять молекулы в клетки с помощью нанофонтанного зонда

N+1
Волки привязались к дрессировщикам Волки привязались к дрессировщикам

Если волка оставить у незнакомца, он начнет рваться к человеку, которого знает

N+1
Тренировки, правильное питание, медитации и красота: что нужно мозгу Тренировки, правильное питание, медитации и красота: что нужно мозгу

Как на мозг влияют практики медитации, а также фастфуд, печенье и круассаны

РБК
Новые правила старого бизнеса Новые правила старого бизнеса

Высокотехнологичные решения в традиционных сферах бизнеса

GQ
Земфира Земфира

Земфира и её громкие высказывания

ЖАРА Magazine
«Эйнштейн застоялся на постаменте» «Эйнштейн застоялся на постаменте»

Член-корреспондент РАН Юрий Ковалев — о попытках увидеть другой край Вселенной

Огонёк
На одной ноте На одной ноте

Что помогло Майклу Джексону 5 раз получить премию «Грэмми»

Вокруг света
Судьбы участниц шоу «Топ-модель по-русски»: семейные драмы и громкий успех Судьбы участниц шоу «Топ-модель по-русски»: семейные драмы и громкий успех

Вспоминаем самых ярких участниц реалити-шоу «Топ-модель по-русски»

Cosmopolitan
Что будет, если вы случайно уничтожите бесценный артефакт в музее Что будет, если вы случайно уничтожите бесценный артефакт в музее

Что ждет неуклюжих любителей искусства и вандалов в музеях?

Популярная механика
Почему у тебя сохнет ночью во рту? 5 основных причин и способы решения проблемы Почему у тебя сохнет ночью во рту? 5 основных причин и способы решения проблемы

Опять внутри Сахара?

Playboy
Ученые узнали, что влияет на качество дружеской поддержки Ученые узнали, что влияет на качество дружеской поддержки

Как оказалось, «лучших друзей» мы выбираем неслучайно

Популярная механика
Урок литературы длиною в жизнь Урок литературы длиною в жизнь

Разговор учительницы и ученика, которые впервые встретились в середине 50-х

Seasons of life
Открыть в приложении