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

«Как я спасся с 81 этажа Центра международной торговли». Прямая речь американца, выжившего в теракте 11 сентября «Как я спасся с 81 этажа Центра международной торговли». Прямая речь американца, выжившего в теракте 11 сентября

Утром 11 сентября Майкл был клиентщиком, через 2 часа его жизнь перевернулась

Esquire
Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать Аварии не было, но прав лишили. Почему после конфликта нельзя уезжать

Автомобилистку лишили прав за то, что она сбила зеркало у проезжающей машины

РБК
Пройти по черте Пройти по черте

Отрывок из книги Мишель Обамы «Моя история», посвященный ее отношениям с модой

Vogue
По отцовской линии По отцовской линии

Дети Бориса Немцова о том, как изменилась их жизнь после тяжелой потери

StarHit
Названы 50 лучших баров мира. Среди них — бар из Санкт-Петербурга Названы 50 лучших баров мира. Среди них — бар из Санкт-Петербурга

Список лучших баров мира World's 50 Best Bars

Forbes
Жертва фокуса: как погибла компания Thomas Cook Жертва фокуса: как погибла компания Thomas Cook

Один из старейших в мире туроператоров оказался не готов к переменам

Forbes
Экспериментируем на волосах: тонирование волос после мелирования Экспериментируем на волосах: тонирование волос после мелирования

Как покрасить мелированные волосы, чтобы получить красивый оттенок

Cosmopolitan
«Кто, если не мы» «Кто, если не мы»

Алексей Немов о своем шоу «Легенды спорта» и проекте «Немов-центр»

OK!
Откуда берутся гигантские волны-одиночки, способные переламывать целые суда Откуда берутся гигантские волны-одиночки, способные переламывать целые суда

Как появляются громадные волны-убийцы высотой с гору?

Популярная механика
Удаленный доступ: как онлайн-школа Skyeng меняет систему образования в России Удаленный доступ: как онлайн-школа Skyeng меняет систему образования в России

«Сноб» продолжает рассказывать о перспективных стартапах фонда «Сколково»

СНОБ
Что такое декантер Что такое декантер

Как сосуды для хранения вина из предметов быта превратились в атрибут роскоши

Esquire
Русский муж Бардо, Денев и Фонды: судьба Роже Вадима, режиссёра и ловеласа Русский муж Бардо, Денев и Фонды: судьба Роже Вадима, режиссёра и ловеласа

Если бы ты встретила его на улице, то вряд ли обратила бы внимание

Cosmopolitan
«Мы свидетели нового дополненного мира» «Мы свидетели нового дополненного мира»

Подборка высказываний футурологов и предпринимателей об Индустрии 4.0

РБК
Как правильно готовить кофе с коньяком: классные рецепты, польза и вред Как правильно готовить кофе с коньяком: классные рецепты, польза и вред

Все, что нужно знать о бодрящем и согревающем напитке — кофе с коньяком

Playboy
Новым возлюбленным Кети Топурии оказался дипломат с драматичной личной жизнью Новым возлюбленным Кети Топурии оказался дипломат с драматичной личной жизнью

33-летняя Кети Топурия перестала скрывать любимого мужчину

Cosmopolitan
Время назад! Время назад!

Почему с возрастом ход времени будто ускоряется

Здоровье
Где можно копать с металлоискателем в России: разбираемся в законах и ищем места для копа Где можно копать с металлоискателем в России: разбираемся в законах и ищем места для копа

В России поиск ценных предметов в земле или воде ограничен законом

CHIP
Учительница классная моя Учительница классная моя

Искренние поздравления всем педагогам нашей страны

StarHit
«Градусы»: «Свою лучшую песню мы еще не написали» «Градусы»: «Свою лучшую песню мы еще не написали»

Поп-рок-группа «Градусы» прервала молчание

Grazia
Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году

Кому дали Нобелевские премии по физике и химии в 2019 году

Esquire
Геворк Вермишян: «5G — Это вызов, и мы его приняли» Геворк Вермишян: «5G — Это вызов, и мы его приняли»

Когда в России будет запущено пятое поколение мобильной связи?

РБК
Интервью: фотограф Дэвид Лашапель — о календаре Lavazza 2019 Интервью: фотограф Дэвид Лашапель — о календаре Lavazza 2019

Дэвид Лашапель о красоте и провокации в искусстве, о связи с русской культурой

Esquire
Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King Когда Канье Уэст выпустит Jesus is King

Канье Уэст успел провести серию live-концертов, но нового альбома до сих пор нет

Esquire
Как выбрать обогреватель: боремся с холодами Как выбрать обогреватель: боремся с холодами

Какой обогреватель выбрать, чтобы эффективнее бороться с холодами

Популярная механика
Как выйти за иностранца и не пожалеть: рассказывает русская жена Как выйти за иностранца и не пожалеть: рассказывает русская жена

О чем стоит подумать девушке, решившей выйти замуж за иностранца

Cosmopolitan
Ручной труд в тренде Ручной труд в тренде

Могут ли мейкеры создать новую экономику

Русский репортер
Все золото Питера Все золото Питера

Где в Северной столице получаются самые красивые снимки на фоне осенней листвы?

Лиза
Спорное кино Спорное кино

Индустрия фильмов для взрослых давно определяет развитие технологий

GQ
Фтор: разрушающий или созидающий? Фтор: разрушающий или созидающий?

Написать эту заметку меня побудило желание рассказать об удивительном элементе

Наука и жизнь
Как любить его ребенка от первого брака и надо ли? Рассказывает психолог Как любить его ребенка от первого брака и надо ли? Рассказывает психолог

Как строить отношения с чужим ребенком и нужно ли пытаться его полюбить?

Cosmopolitan
Открыть в приложении