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

У позвоночных нашлось семь поводов поесть фекалий У позвоночных нашлось семь поводов поесть фекалий

Пищевую копрофагию у позвоночных животных можно разделить на семь категорий

N+1
«Шахматы»: игра превыше всего «Шахматы»: игра превыше всего

На сцене театра МДМ — премьера «Шахмат»

Эксперт
«История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие» «История Земли в 25 камнях: Геологические тайны и люди, их разгадавшие»

Кто разрешил спор о природе лавы

N+1
Дети преподавателей о своей жизни Дети преподавателей о своей жизни

Дети рассказывают, какими качествами должен обладать хороший педагог

СНОБ
Лидерство в коллективе: как завоевать авторитет и доверие в группе? Лидерство в коллективе: как завоевать авторитет и доверие в группе?

Какие лидерские качества стоит развивать, чтобы завоевать доверие в группе

Psychologies
«Вместо того, чтобы учиться на ошибках, мы упорно в них вязнем» «Вместо того, чтобы учиться на ошибках, мы упорно в них вязнем»

Польский взгляд на польский исторический самообман

Огонёк
Как заставить айфон орать, когда его снимают с зарядки Как заставить айфон орать, когда его снимают с зарядки

Вся мощь приложения «Команды» на службе глупости

Maxim
Нобелевка по физике досталась трем ученым, изучающим черные дыры. Как Нобелевский комитет едва не проворонил одно из важнейших открытий? Нобелевка по физике досталась трем ученым, изучающим черные дыры. Как Нобелевский комитет едва не проворонил одно из важнейших открытий?

Почему Нобелевский комитет старается сделать работу над ошибками

Esquire
Сверхпроводимость добралась до комнатной температуры Сверхпроводимость добралась до комнатной температуры

Фаза высокого давления на основе сероводорода и метана оказалась сверхпроводящей

N+1
Александр Поломодов: Как инвестировать в цифровой маркетинг и работать с данными Александр Поломодов: Как инвестировать в цифровой маркетинг и работать с данными

Какую роль играет руководитель в сфере маркетинга

СНОБ
В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности В осцилляциях странного B-мезона нашли нарушение CP-инвариантности

Что может объяснить асимметрию между материей и антиматерией во вселенной?

N+1
Поэт, байкер и еще 8 любопытных фактов из жизни Киану Ривза Поэт, байкер и еще 8 любопытных фактов из жизни Киану Ривза

Сегодня практически не найти киноманов, которые не знают, кто такой Киану Ривз

Cosmopolitan
Занятия балетом и еще 9 фактов из жизни Жана-Клода Ван Дамма Занятия балетом и еще 9 фактов из жизни Жана-Клода Ван Дамма

Путь Жан-Клода Ван Дамма к славе был труден и тернист

Cosmopolitan
Вопрос «Я толстая?» и еще 32 случая, когда лучше соврать Вопрос «Я толстая?» и еще 32 случая, когда лучше соврать

Помнишь, в детстве тебя учили, что врать плохо? Тебе лгали!

Maxim
Раздельный сбор мусора и психотерапия: что между ними общего? Раздельный сбор мусора и психотерапия: что между ними общего?

Неожиданные параллели между экологичным отношением к природе и своей психике

Psychologies
Неочевидная Япония: лисья деревня с ручными кицунэ, Великие будды и горячие источники Хоккайдо Неочевидная Япония: лисья деревня с ручными кицунэ, Великие будды и горячие источники Хоккайдо

Япония хранит в себе много удивительных явлений и мест

Forbes
#пронауку: перейдет ли человечество на искусственное мясо #пронауку: перейдет ли человечество на искусственное мясо

Разбираемся, что такое растительное мясо и для чего оно нужно

РБК
12 способов отказать женщине, не произнося слово «нет» 12 способов отказать женщине, не произнося слово «нет»

О премудростях вежливого отказа читай тайком, чтобы она не подглядела

Maxim
На однопиксельной Земле не удалось обнаружить деревья На однопиксельной Земле не удалось обнаружить деревья

Надежные признаки многоклеточной жизни видены только на масштабе регионов

N+1
Как пандемия повлияла на цифровизацию индустрии культуры и искусства Как пандемия повлияла на цифровизацию индустрии культуры и искусства

О переходе музеев в онлайн-формат

СНОБ
Порода — не диагноз Порода — не диагноз

Как живет единственный в России приют для бойцовых собак

Огонёк
Жизнь и смерть актера, пирата и просто хорошего каратиста Талгата Нигматулина Жизнь и смерть актера, пирата и просто хорошего каратиста Талгата Нигматулина

История о советском актере Талгате Нигматулине, который не хотел быть как все

Maxim
Зря подешевели Зря подешевели

Почему резкое снижение ставок не привело к росту кредитования малого бизнеса

Эксперт
Входит в стоимость Входит в стоимость

Действительно ли маска за 1000 рублей эффективнее, чем маска за 100?

Glamour
Бетон без цемента снизит вероятность засора канализации Бетон без цемента снизит вероятность засора канализации

Вместо него использовали смесь золы, шлака, нанопеска и извести

N+1
От помидора до человека: чем опасна и на что способна ГМО От помидора до человека: чем опасна и на что способна ГМО

Что наука думает о генетически модифицированных организмах

Популярная механика
Что такое счастье и как его достичь. Руководство психолога Юрия Вагина Что такое счастье и как его достичь. Руководство психолога Юрия Вагина

Какую концепцию счастья нам предлагают сегодня?

РБК
5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры 5 теорий о том, что происходит внутри черной дыры

Спагеттификация, информационный парадокс, параллельные вселенные и другие версии

Maxim
Магнитный бит перевернули за рекордное время Магнитный бит перевернули за рекордное время

В будущем магнитные носители информации будут быстрее и энергоэффективнее

N+1
Погоня великих литовских князей Погоня великих литовских князей

В червлёном поле серебряный всадник на серебряном коне — герб «Погоня»

Дилетант
Открыть в приложении