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

Рыцарский орден госпитальеров свел леса вокруг польской деревни в позднем Средневековье Рыцарский орден госпитальеров свел леса вокруг польской деревни в позднем Средневековье

На это понадобилось всего пару сотен лет

N+1
Как черная дыра пожирает солнцеподобную звезду: видео Как черная дыра пожирает солнцеподобную звезду: видео

Что мешает наблюдать за тем, как черная дыра поглощает звезду?

National Geographic
Настоящая «Неортодоксальная»: отрывок из автобиографии Деборы Фельдман, сбежавшей из хасидской общины в Нью-Йорке Настоящая «Неортодоксальная»: отрывок из автобиографии Деборы Фельдман, сбежавшей из хасидской общины в Нью-Йорке

Отрывок из книги Деборы Фельдман, в которой описывается жизнь в общине хасидов

Forbes
Как справляться с эмоциями, когда хочется накричать Как справляться с эмоциями, когда хочется накричать

Одно из самых сложных испытаний родительства – научиться управлять гневом

Домашний Очаг
Как быстро возбудить девушку: 12 способов (гид, который стоит держать под рукой) Как быстро возбудить девушку: 12 способов (гид, который стоит держать под рукой)

Не знаете, как быстро возбудить девушку до предела? Вы по адресу!

Playboy
Автонекомплект Автонекомплект

К чему привело увлечение промышленной сборкой иностранных автомобилей

Эксперт
«Все придут к плавающим ставкам» «Все придут к плавающим ставкам»

Алексей Теплоухов — о том, почему компании переходят на плавающие ставки

Эксперт
На Всемирном экономическом форуме назвали 6 навыков, которые стоит развивать, чтобы вас не заменил ИИ На Всемирном экономическом форуме назвали 6 навыков, которые стоит развивать, чтобы вас не заменил ИИ

Эти 6 навыков не сможет воспроизвести ИИ

Inc.
Фильмы Эрика Ромера, которые нельзя не знать Фильмы Эрика Ромера, которые нельзя не знать

Французская «новая волна» — это не только Годар и Трюффо, но и Эрик Ромер

СНОБ
Шалите, бегайте, играйте Шалите, бегайте, играйте

Иван Сорокин меняет российскую систему образования и воспитания детей

Эксперт
Ради чего стоит ехать в Башкирию Ради чего стоит ехать в Башкирию

Республике Башкирия есть что показать

СНОБ
Жидовствующие: ересь-призрак Жидовствующие: ересь-призрак

Мрачный закат независимости Новгорода

Weekend
Правила жизни Сигурни Уивер Правила жизни Сигурни Уивер

Правила жизни актрисы Сигурни Уивер

Esquire
Мой хороший Мой хороший

Как разглядеть в толпе обыкновенного хорошего парня?

Cosmopolitan
Голый землекоп: грызун, с необычной социальной структурой Голый землекоп: грызун, с необычной социальной структурой

В колониях голых землекопов есть только одна самка, которая приносит потомство

National Geographic
Знак «Шипы», штрафы и другое: о чем нужно помнить перед сменой резины Знак «Шипы», штрафы и другое: о чем нужно помнить перед сменой резины

Как когда проверить шины перед их заменой?

РБК
Занятия музыкой улучшили память и внимательность детей Занятия музыкой улучшили память и внимательность детей

Нейробиологи доказали,что музыкально натренированный мозг более активен

N+1
Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз Йогурт как биооружие: нужно ли лечить дисбактериоз

Существует ли диагноз «дисбактериоз» и от чего нас лечат

Популярная механика
5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств 5 советов, которые помогут не выгореть в приложениях для знакомств

Почему мы не можем остановиться на ком-то одном и продолжаем искать?

Psychologies
9 курьезных историй, приключившихся с очень пьяными людьми 9 курьезных историй, приключившихся с очень пьяными людьми

Алкоголь, что ты делаешь, прекрати!

Maxim
Самые жестокие и необычные наказания в истории человечества Самые жестокие и необычные наказания в истории человечества

Отрывок из книги Стивена Пинкера «Лучшее в нас»

СНОБ
Реальные динозавры. Часть 1 Реальные динозавры. Часть 1

В изучении динозавров наступила новая эпоха

National Geographic
Энтомологи заподозрили среди южноамериканских тараканов королеву и рабочих Энтомологи заподозрили среди южноамериканских тараканов королеву и рабочих

Открытие поможет понять, как возникла социальность у термитов

N+1
Физики поставили рекорд по измерению самого короткого промежутка времени Физики поставили рекорд по измерению самого короткого промежутка времени

Интервал между эмиссией двух электронов из молекулы водорода

N+1
Толстые лори применили яд против сородичей Толстые лори применили яд против сородичей

Оказывается, толстые лори используют яд не только против насекомых и хищников

N+1
Гражданин неба Гражданин неба

Что чувствовали ученики Аристотеля?

Seasons of life
Демидовы и Сан-Донато Демидовы и Сан-Донато

Известные российские промышленники Демидовы вышли из крестьян

Дилетант
Купание в Море Ясности: на Луне оказалось больше воды, чем думали Купание в Море Ясности: на Луне оказалось больше воды, чем думали

Означает ли вода на Луне, что лунные города стали ближе к реальности?

Forbes
Как правильно разморозить холодильник: инструкции и лайфхаки для хозяек Как правильно разморозить холодильник: инструкции и лайфхаки для хозяек

Чтобы холодильник прослужил дольше, его нужно правильно размораживать

Cosmopolitan
Я причиню тебе счастье! Я причиню тебе счастье!

Порой насилие скрывается под разными масками – например, искренней заботы

Лиза
Открыть в приложении