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

Физики измерили асимметрию антикварков внутри протона Физики измерили асимметрию антикварков внутри протона

Асимметрия в распределении верхних и нижних антикварков внутри протона

N+1
«‎Москва — очень технологичный город, но никто не знает об этом, кроме ее жителей». ‎Интервью с российскими стартаперами из Кремниевой долины «‎Москва — очень технологичный город, но никто не знает об этом, кроме ее жителей». ‎Интервью с российскими стартаперами из Кремниевой долины

Разработчики из Cube Dev о российском IT-рынке и жизни в Кремниевой долине‎

СНОБ
История волшебного помощника История волшебного помощника

Как связаны между собой волшебная яблоня, Серый Волк, Гэндальф и роботы

Arzamas
Индийские тихоходки засияли синим ради защиты от ультрафиолета Индийские тихоходки засияли синим ради защиты от ультрафиолета

Представители вида демонстрируют уникальные способности к выживанию

N+1
Бумажный антистресс: шесть книг, которые согреют и успокоят Бумажный антистресс: шесть книг, которые согреют и успокоят

Книги, которые помогут дотянуть до весеннего солнца и ободряющего голубого неба

Seasons of life
Плакса, вакса, гуталин: как правильно ухаживать за обувью Плакса, вакса, гуталин: как правильно ухаживать за обувью

«Дайте девушке правильные туфли − и она сможет покорить мир!»

Cosmopolitan
В чем секрет цветных пауков-птицеедов? В чем секрет цветных пауков-птицеедов?

Исследователи пристально изучили цветастых пауков

National Geographic
Как поддержать иммунитет Как поддержать иммунитет

Как преподаватели йоги поддерживают свой иммунитет осенью

Yoga Journal
5 книг писателей-фантастов, которые предсказали наше будущее 5 книг писателей-фантастов, которые предсказали наше будущее

Этим авторам удалось с точностью описать изобретения наших дней

Популярная механика
1665 год, зверства в Африке: как появились научные статьи 1665 год, зверства в Африке: как появились научные статьи

Как появились первые научные публикации

Популярная механика
Лендок Лендок

Ринат Умяров — гений нетворкинга

Собака.ru
Большие маленькие деньги Большие маленькие деньги

Татьяна Алешичева о быте и нравах Верхнего Ист-Сайда в сериале Дэвида Келли

Weekend
Как закалялся стайл: история первых модных журналов для мужчин в Советском союзе Как закалялся стайл: история первых модных журналов для мужчин в Советском союзе

Эволюция отечественного мужского глянца

Esquire
7 признаков легких отношений 7 признаков легких отношений

Отношения — это работа. Нужно искать компромисс, само собой ничего не получится

Psychologies
Вошел в роль Вошел в роль

Александр Паль снялся в фильме «Глубже!» — истории о судьбе порноактеров

GQ
Открыт новый вид птерозавра, которого поначалу принимали за рыбу Открыт новый вид птерозавра, которого поначалу принимали за рыбу

Это животное было размером с индейку и обладало длинным беззубым клювом

National Geographic
Вышел Star Wars Squadrons – ностальгический симулятор космических боев во вселенной «Звездных войн» Вышел Star Wars Squadrons – ностальгический симулятор космических боев во вселенной «Звездных войн»

Star Wars Squadrons словно провалился в 2020 год из 1993 (это комплимент)

GQ
Из чего состоит креативность: 7 качеств для неординарного мышления Из чего состоит креативность: 7 качеств для неординарного мышления

Как развить творческий потенциал?

Reminder
«Древнее динозавров». Что угрожает редким черепахам, пережившим катастрофу мезозоя «Древнее динозавров». Что угрожает редким черепахам, пережившим катастрофу мезозоя

Увидят ли эти пресмыкающиеся хотя бы ближайшее будущее?

National Geographic
10 последствий вымирания пчел 10 последствий вымирания пчел

Что станет с миром, если пчелы окончательно исчезнут?

Популярная механика
Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз Черная дыра сделала теорию Эйнштейна надежнее в 500 раз

Появилось очередное доказательство теории относительности Эйнштейна

Популярная механика
Бар Рафаэли, модель Бар Рафаэли, модель

Известная израильская модель, за внешностью которой скрываются повороты судьбы

Худеем правильно
Если нет искры Если нет искры

Стоит ли выходить замуж за хорошего, но не любимого мужчину?

Лиза
Валторнист Григорий Волков: На сцене мы вспоминаем, зачем потратили детство на бесконечные занятия музыкой Валторнист Григорий Волков: На сцене мы вспоминаем, зачем потратили детство на бесконечные занятия музыкой

Интервью с создателем оркестра Simple Music Ensemble Григорием Волковым

СНОБ
20 правил хороших отношений 20 правил хороших отношений

Достаточно ли крепкие у вас отношения? Подходите вы друг другу или нет?

Psychologies
Плохого не посоветуют Плохого не посоветуют

Как вложить деньги в недвижимость, чтобы их хотя бы не потерять

Tatler
Отрывок из книги Сергея Николаевича «Алла Демидова. P.S. Портрет актрисы» Отрывок из книги Сергея Николаевича «Алла Демидова. P.S. Портрет актрисы»

Отрывок из книги Сергея Николаевича об актрисе Алле Демидове

СНОБ
Александр Паль: «Я могу быть очень несговорчивым» Александр Паль: «Я могу быть очень несговорчивым»

Александр Паль – о том, как он пытался спрятаться от народной любви

Cosmopolitan
По новым правилам По новым правилам

42-й Московский международный кинофестиваль всё же состоялся

OK!
«Все великие художники воруют»: почему большинство российских IT-компаний нельзя назвать инновационными «Все великие художники воруют»: почему большинство российских IT-компаний нельзя назвать инновационными

Крупнейшие российские IT-компании не являются инноваторами

Forbes
Открыть в приложении