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

Тихоходкам набили татуировки электронным пучком Тихоходкам набили татуировки электронным пучком

Китайские материаловеды нанесли татуировки живым тихоходкам

N+1
9 cамых нелепых видов оружия в боевиках 9 cамых нелепых видов оружия в боевиках

Иногда режиссерам наскучивают банальные пистолеты и ножи

Maxim
Больше, чем орган слуха: насколько важны наши уши Больше, чем орган слуха: насколько важны наши уши

Как работают наши уши и какое влияние они оказали на развитие мировой культуры

Правила жизни
Сколько в пересчёте на современные деньги заработали, потратили и проиграли персонажи старых книг Сколько в пересчёте на современные деньги заработали, потратили и проиграли персонажи старых книг

Расставаться с деньгами легко и приятно, если они вымышленные

Maxim
Новое открытие в нейробиологии: ученые разобрались, как на самом деле работает память Новое открытие в нейробиологии: ученые разобрались, как на самом деле работает память

Какой процесс играет ключевую роль в том, как хранятся воспоминания?

Inc.
Girl Power! Girl Power!

Тренер Мария Соколова о простых и действенных способах создать фигуру мечты

OK!
Периоды детского развития: младенчество Периоды детского развития: младенчество

Что происходит с ребенком в период от рождения до года

Psychologies
12 качеств по-настоящему классных людей 12 качеств по-настоящему классных людей

Многие из нас хотели бы стать «круче», но как это сделать?

Psychologies
Записки нейрохирурга. Где обитает дар речи и почему билингвизм полезен для мозга Записки нейрохирурга. Где обитает дар речи и почему билингвизм полезен для мозга

Что нужно делать, чтобы поддерживать мозг в здоровом и активном состоянии

Forbes
С упорством трактора С упорством трактора

Металлургия занимает одно из главных мест в российской экономике

РБК
Как стартапы ищут бизнес-ангелов и зачем инвесторы рискуют своими деньгами. Отвечаем на базовые вопросы про инвестиции Как стартапы ищут бизнес-ангелов и зачем инвесторы рискуют своими деньгами. Отвечаем на базовые вопросы про инвестиции

Разбираемся в мифах, которые окружают стартап-культуру

Inc.
Создан прибор, контролирующий диабет 2 типа Создан прибор, контролирующий диабет 2 типа

Каким образом «пульт дистанционного управления» помогает контролировать диабет

Популярная механика
Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо» Как бренды борются сегодня за аудиторию и зачем им «человеческое лицо»

Сторителлинг стал главным оружием брендов в борьбе за лояльную аудиторию

РБК
Пробы на жалкую роль Пробы на жалкую роль

Игорь Гулин о дневнике Юрия Нагибина как литературном проекте

Weekend
Кто еще живет на глубине Кто еще живет на глубине

Удивительные существа подводного мира Тихого океана

Популярная механика
Брать и давать Брать и давать

Как правильно говорить с мужчиной о деньгах и подарках

Лиза
«Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков «Отдала им деньги, и только потом дошло». 4 новых схемы автоподставщиков

Как мошенники разводят водителей на деньги

РБК
B-12: вертолет-гигант, который не летал B-12: вертолет-гигант, который не летал

Как сложилась судьба винтокрылого гиганта В-12

Популярная механика
Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек» Светлана Чупшева: «Создателем трендов может быть любой человек»

Светлана Чупшева возглавляет Агентство стратегических инициатив с 2017 года

РБК
Ребенок пережил психическую травму. Как его поддержать? Ребенок пережил психическую травму. Как его поддержать?

Как помочь ребенку, пережившему травматичный опыт?

Psychologies
Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании

Коацерватные капли оказались устойчивы к чередование сухих и влажных условий

N+1
Мой хороший Мой хороший

Как разглядеть в толпе обыкновенного хорошего парня?

Cosmopolitan
Сроки нерестовой миграции чавычи связали с единственным генетическим участком Сроки нерестовой миграции чавычи связали с единственным генетическим участком

Весеннюю и осеннюю чавычу все-таки нельзя называть разными видами

N+1
Заповедники: «Умный дом» для природы Заповедники: «Умный дом» для природы

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

Наука и жизнь
Бить или не бить? Бить или не бить?

Как не доводить дело до потасовки и что предпринять, если она неизбежна?

GQ
Как гордыня, эго и самоуверенность мешают добиваться успеха Как гордыня, эго и самоуверенность мешают добиваться успеха

Отрывок из книги Райана Холидея «Эго — это враг»

Inc.
Ученые построили модель оползней, вызывающих цунами Ученые построили модель оползней, вызывающих цунами

Ученые смоделировали оползневые цунами

Популярная механика
Почему кружится голова? Мнение психотерапевта Почему кружится голова? Мнение психотерапевта

Знакомо ли вам чувство, когда голова идет кругом и земля уплывает из-под ног?

Psychologies
Тратить все твои деньги вместе Тратить все твои деньги вместе

Научиться говорить с партнером о финансах, чтобы поддержать отношения

Psychologies
Запрет на въезд в Японию и еще 9 малоизвестных фактов о Роберте Дауни – младшем Запрет на въезд в Японию и еще 9 малоизвестных фактов о Роберте Дауни – младшем

Будущий Железный Человек уже в пятилетнем возрасте познакомился с миром кино

Cosmopolitan
Открыть в приложении