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

Окислительное присоединение на палладии прошло по радикальному механизму Окислительное присоединение на палладии прошло по радикальному механизму

Представление о реакции окислительного присоединения на палладии было неполным

N+1
Как защитить себя: зачем нужны личные границы и как их построить Как защитить себя: зачем нужны личные границы и как их построить

Что такое здоровые границы и как соблюдать эмоциональную дистанцию

РБК
Краткая жизнь немецкого Vogue: почему не удалось построить империю глянца в Германии Краткая жизнь немецкого Vogue: почему не удалось построить империю глянца в Германии

Почему немецкая версия Vogue стала самым дорогостоящим провалом Конде Наст?

Forbes
Почему Энцо Феррари ездил на «Пежо» Почему Энцо Феррари ездил на «Пежо»

Энцо Феррари ездил на автомобилях «Пежо». Так, стоп, а это вообще законно?

Maxim
Как путешествия меняют нас: 5 не заметных глазу трансформаций Как путешествия меняют нас: 5 не заметных глазу трансформаций

Как путешествия влияют на наше ментальное и физическое здоровье?

ТехИнсайдер
Секреты воров-домушников: чем отличаются дверные замки Секреты воров-домушников: чем отличаются дверные замки

Эта статья поможет сделать ваш дом безопаснее

Популярная механика
Как устроены опоры ЛЭП Как устроены опоры ЛЭП

Что может быть обыденнее линий электропередач?

Популярная механика
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
Медная река Медная река

Как работает брутальный бизнес Игоря Алтушкина

Forbes
8 экранизаций Стивена Кинга, которые отличались от книг, и это пошло им на пользу 8 экранизаций Стивена Кинга, которые отличались от книг, и это пошло им на пользу

Тот случай, когда книга не обязательно лучше

Maxim
Тратить все твои деньги вместе Тратить все твои деньги вместе

Научиться говорить с партнером о финансах, чтобы поддержать отношения

Psychologies
Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых Ученые воспроизвели покрытие, защищающее от бликов глаза насекомых

Как экономично и экологично производить безопасные биоразлагаемые нанопокрытия

Популярная механика
Как работа в опенспейсе меняет чиновников Как работа в опенспейсе меняет чиновников

Чиновникам категорически не рекомендуется работать в кабинетах

СНОБ
Психологический детокс: 7 шагов к душевному равновесию Психологический детокс: 7 шагов к душевному равновесию

Как именно можно провести «психологический детокс»

Psychologies
Как платформа The RealReal изменила рынок ресейла Как платформа The RealReal изменила рынок ресейла

Вспоминаем историю The RealReal и рассказываем, чем они отличаются от других

GQ
Эдипов комплекс: виноват ли он в наших сексуальных проблемах? Эдипов комплекс: виноват ли он в наших сексуальных проблемах?

Кому может навредить установка о подавлении запретных эротических импульсов

Psychologies
Фабрика «утюгов»: берегись ужасного тренда в Instagram Фабрика «утюгов»: берегись ужасного тренда в Instagram

Новый тренд на острый подбородок и скульптурные скулы может быть опасен

Cosmopolitan
Следствие на крови Следствие на крови

Каким пыткам подвергался сын Петра I

Дилетант
Дети алкоголиков: как избавиться от комплекса неполноценности? Дети алкоголиков: как избавиться от комплекса неполноценности?

Дети алкоголиков не умеют по-настоящему ценить себя

Psychologies
Hummer: только самые интересные факты о крутом военном джипе Hummer: только самые интересные факты о крутом военном джипе

Раньше Хаммер играл настоящими мышцами без грамма пластика

Популярная механика
«Оглашать не будем» «Оглашать не будем»

Об опознании тела Гитлера и расследовании обстоятельств его смерти

Дилетант
5 эпохальных фотографий в истории освоения космоса 5 эпохальных фотографий в истории освоения космоса

Лучше один раз увидеть, чем сто раз проанализировать данные радиотелескопов

Maxim
15 фактов о «Криминальном чтиве» 15 фактов о «Криминальном чтиве»

Изучаем «Криминальное чтиво» изнутри

Maxim
Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

Уйдут ли заповедники в прошлое или, наоборот, станут более востребованными?

Наука и жизнь
«Работать на Брайана непросто». Бывшие сотрудники Coinbase рассказали о стиле лидерства Брайана Армстронга «Работать на Брайана непросто». Бывшие сотрудники Coinbase рассказали о стиле лидерства Брайана Армстронга

Как Брайан Армстронг общается с подчиненными и является ли он опытным лидером?

Inc.
DirectX: что это такое и откуда качать? DirectX: что это такое и откуда качать?

Если вы устанавливаете игру, а она требует еще и DirectX - это нормально

CHIP
«Мы прячем свои солнечные стороны» «Мы прячем свои солнечные стороны»

Стоит ли погружаться в бессознательное? Какие тайны оно скрывает?

Psychologies
Престо, модерато, адажио Престо, модерато, адажио

Фантастическая повесть Игоря Вереснева

Наука и жизнь
Новая угроза: ждет ли человечество массовое вымирание Новая угроза: ждет ли человечество массовое вымирание

Каждые несколько десятков миллионов лет неизвестная сила уничтожает все живое

Популярная механика
Тимур Сорокин: «Всем кажется, что я бандит» Тимур Сорокин: «Всем кажется, что я бандит»

Блогер Тимур Сорокин рассказал о романах, заработках, хейтерах и лейбле

ЖАРА Magazine
Открыть в приложении