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

Думал ли президент о такой диверсификации? Думал ли президент о такой диверсификации?

«Ростех» собирается отдать рынок «умных» счетчиков китайской корпорации

Эксперт
Француз за 2 миллиона. Три мнения о Peugeot 5008 Француз за 2 миллиона. Три мнения о Peugeot 5008

Необычный семиместный кроссовер из Франции

РБК
Зубная паста – каждому своя Зубная паста – каждому своя

Стоматологи не рекомендуют покупать одну пасту для всех членов семьи

Здоровье
5 мифов о еде: диеты, алкоголь и соль 5 мифов о еде: диеты, алкоголь и соль

То, что нам рассказывают о еде, не всегда оказывается правдой

Популярная механика
Самая смешливая актриса: удивительные моменты из жизни Эми Шумер Самая смешливая актриса: удивительные моменты из жизни Эми Шумер

К комедиантке и актрисе Эми Шумер можно относиться по-разному

Cosmopolitan
Топ-7: телевизоры до 10 000 рублей Топ-7: телевизоры до 10 000 рублей

Не обязательно отдавать за ТВ круглую сумму

CHIP
Закуска за наш счет Закуска за наш счет

В чем привлекательность новой чудесной доктрины — «современной теории денег»

Эксперт
Названы страны мира с лучшей репутацией. Россия оказалась между Нигерией и Пакистаном Названы страны мира с лучшей репутацией. Россия оказалась между Нигерией и Пакистаном

Первое место у Швеции, последнее – у Ирака. Россия – пятая с конца

Forbes
Дизайнер Дима Логинов — о российских производителях, фейках и трендах Дизайнер Дима Логинов — о российских производителях, фейках и трендах

Дима Логинов — дизайнер, хорошо известный и в России, и за ее пределами

РБК
Зачем современному мужчине вообще нужны украшения? Зачем современному мужчине вообще нужны украшения?

Место шрамов заслуженно занимают украшения

GQ
Как одеться в стиле «Матрицы» Как одеться в стиле «Матрицы»

Рассказываем, как повторить образ Нео

GQ
«Говорить о неэффективности следствия не приходится»: суд оставил Калви и Дельпаля под домашним арестом «Говорить о неэффективности следствия не приходится»: суд оставил Калви и Дельпаля под домашним арестом

Басманный суд не выпустил из-под домашнего ареста фигурантов дела Baring Vostok

Forbes
Быт или не быт – вот в чем вопрос Быт или не быт – вот в чем вопрос

Многие женщины придают слишком большое значение чистоте и порядку в доме

StarHit
Максималисты. BMW X7 против Range Rover Максималисты. BMW X7 против Range Rover

Range Rover почти на равных конкурирует с новым BMW X7

РБК
«Жизнь с самим собой» — сериал о кризисе среднего возраста с Полом Раддом сразу в двух ролях «Жизнь с самим собой» — сериал о кризисе среднего возраста с Полом Раддом сразу в двух ролях

Комедийный сериал на Netflix, в котором играет Человек-муравей Пол Радд

Esquire
Негативный эффект позитивного мышления Негативный эффект позитивного мышления

Почему не получится заменить «хорошими» мыслями «плохие»

Psychologies
От войны до войны От войны до войны

В каких условиях была выстроена советская медицина

Дилетант
Сати Казанова: Сати Казанова:

13 октября у певицы состоится концерт в рамках проекта Sati Ethnica

Cosmopolitan
Жизнь после «одноруких бандитов». Чем сегодня занимается бывший игорный король Борис Белоцерковский Жизнь после «одноруких бандитов». Чем сегодня занимается бывший игорный король Борис Белоцерковский

Игорный бизнес сделал Бориса Белоцерковского мультимиллионером

Forbes
Анализы «на дому» Анализы «на дому»

Сегодня анализы можно сдать, купив экспресс-тест в ближайшей аптеке

Здоровье
Арт-рынок по ту сторону экрана: зачем Дэмиену Херсту нужен Instagram Арт-рынок по ту сторону экрана: зачем Дэмиену Херсту нужен Instagram

В галерее pop\off\art открывается выставка Володи Потапова

Forbes
Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни Как правильно выбрать джинсы мужчине: идеальный гид на все случаи жизни

Как выбрать мужские джинсы, подходящие именно тебе?

Playboy
Хна для волос: как правильно выбрать Хна для волос: как правильно выбрать

Рассказываем, как правильно выбрать хну для волос

Cosmopolitan
Опровергнута причина исчезновения неандертальцев Опровергнута причина исчезновения неандертальцев

Новые исследования свидетельствуют о том, что неандертальцы умели добывать огонь

Популярная механика
Миллиардер с Гималаев, повелитель Fortnite и три вдовы: кто впервые попал в рейтинг Forbes 400 Миллиардер с Гималаев, повелитель Fortnite и три вдовы: кто впервые попал в рейтинг Forbes 400

19 новичков рейтинга 400 богатейших американцев по версии Forbes

Forbes
Зачем идти на выставку Уильяма Блейка в Лондоне? Зачем идти на выставку Уильяма Блейка в Лондоне?

Художник, ради которого стоит заложить несколько часов на посещение Tate Britain

GQ
Правило 46: Больше грязи – больше связи Правило 46: Больше грязи – больше связи

Наш гуру Алексей Ситников настаивает, что «чистый» и «экологичный» — разные вещи

Tatler
Фтор: разрушающий или созидающий? Фтор: разрушающий или созидающий?

Написать эту заметку меня побудило желание рассказать об удивительном элементе

Наука и жизнь
Аттракцион для смелых. Австрийские горки для автомобиля за 10 млн Аттракцион для смелых. Австрийские горки для автомобиля за 10 млн

На что на самом деле способен ваш автомобиль

Forbes
Премия «Сделано в России». Номинация «Большая страна» Премия «Сделано в России». Номинация «Большая страна»

Российские меценаты, инвестирующие в развитие конкретных регионов

СНОБ
Открыть в приложении