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

Андрей Могучий: «У нас в стране театр — это индустрия, которая реально хорошо работает» Андрей Могучий: «У нас в стране театр — это индустрия, которая реально хорошо работает»

Художественный руководитель БДТ — об ощущении наступления новой эпохи

Эксперт
«Реформировать всю систему». Как изменят транспортный налог «Реформировать всю систему». Как изменят транспортный налог

В Счетной палате недовольны способом расчета транспортного налога

РБК
PRO Сушка PRO Сушка

Сохранить полезные свойства овощей и фруктов можно, засушив их

Худеем правильно
Забавные, но эффективные способы борьбы с тревогой Забавные, но эффективные способы борьбы с тревогой

Можно ли самому справиться с тревожным расстройством?

Psychologies
«Не знаю, люблю ли я мужа»: три вопроса, чтобы это понять «Не знаю, люблю ли я мужа»: три вопроса, чтобы это понять

Простой, но действенный способ понять, любите ли вы своего мужа

Psychologies
В тройном объеме В тройном объеме

Мама Сергея Лазарева рассказала о внучке

StarHit
Какие наши годы: основные этапы детского развития Какие наши годы: основные этапы детского развития

Детский психолог Татьяна Бедник комментирует основные этапы роста и развития

Psychologies
Какой шуруповерт лучше для ледобура: 6 надежных моделей Какой шуруповерт лучше для ледобура: 6 надежных моделей

Облегчить бурение лунок позволит шуруповерт

CHIP
Без каких кожаных вещей вам не обойтись? Без каких кожаных вещей вам не обойтись?

На примере Николаса Кейджа собираем гардероб на эту осень

GQ
Банда краеведов Банда краеведов

Чем живет современное краеведение?

Seasons of life
Злобный ЗОЖ: почему страху и чувству вины не место в оздоровлении Злобный ЗОЖ: почему страху и чувству вины не место в оздоровлении

ЗОЖ ассоциируется с позитивной картиной, но негатива в нем больше, чем кажется

Psychologies
Как определить размер бюстгальтера и чашечки: удобная и понятная таблица Как определить размер бюстгальтера и чашечки: удобная и понятная таблица

Как определить размер бюстгальтера и чашечки по удобной таблице и форме груди

Cosmopolitan
Не выпускаете смартфон из рук? Это может привести к депрессии Не выпускаете смартфон из рук? Это может привести к депрессии

Зависимость от смартфона напрямую предсказывает последующие симптомы депрессии

Psychologies
Счастлива с очередной попытки: мужчины самой богатой актрисы Скарлетт Йоханссон Счастлива с очередной попытки: мужчины самой богатой актрисы Скарлетт Йоханссон

Скарлетт Йоханссон возглавила список самых высокооплачиваемых актрис

Cosmopolitan
Защита Силуанова: бизнесу гарантируют стабильные правила игры и компенсируют санкции Защита Силуанова: бизнесу гарантируют стабильные правила игры и компенсируют санкции

Для крупных инвесторов написали отдельный закон, гарантирующий им стабильность

Forbes
Принять как данные Принять как данные

Почему извлечь пользу из big data получается не у всех?

РБК
«Шапочная война» и другие способы испытать родительские границы «Шапочная война» и другие способы испытать родительские границы

Как лучше понимать наших детей и бережнее их воспитывать?

Домашний Очаг
Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии» Коммерческий директор Renault: «Половина клиентов выбирает топ-версии»

Коммерческий директор Renault о подписке на автомобили и других трендах рынка

РБК
Софт под давлением Софт под давлением

Темп роста экспорта программного обеспечения из РФ за последний год сократился

Эксперт
Кто в пальто? Кто в пальто?

В том, что мир сегодня не такой, как вчера, уже никто не сомневается

Grazia
Перед большим полётом Перед большим полётом

Совсем недавно орнитолог Григорий Ерёмкин пригласил меня в гости к журавлям

Наука и жизнь
Alyona Alyona — о гнетущей славе, бодипозитиве, Грете Тунберг и новом альбоме Alyona Alyona — о гнетущей славе, бодипозитиве, Грете Тунберг и новом альбоме

Алена Савраненко - звезда украинского рэпа

Esquire
Коронный номер Коронный номер

Действительно ли похвала поднимает детям самооценку

Лиза
Что смотреть на лондонской ярмарке Frieze и за ее пределами Что смотреть на лондонской ярмарке Frieze и за ее пределами

Главные стенды в Риджентс-парке и выставки по всему городу

Vogue
Клуб, который общается с Путиным: из-за кого разгорелся главный корпоративный конфликт года Клуб, который общается с Путиным: из-за кого разгорелся главный корпоративный конфликт года

Разобрались, как устроен бизнес Зыкова и Бакулина и причем тут «Клуб лидеров»

Forbes
Групповое давление Групповое давление

Крупнейшие предприятия исчерпали возможности органического роста внутри страны

Эксперт
Мощные вещи Мощные вещи

Какова движущая сила Четвертой промышленной революции?

РБК
Держать фасон Держать фасон

Эдит Куснирович — одна из ключевых фигур в компании Bosco di Ciliegi

OK!
Чулпан Хаматову приняли за эскортницу во время ее ужина с богатым мужчиной Чулпан Хаматову приняли за эскортницу во время ее ужина с богатым мужчиной

Чулпан Хаматова является одной из самых востребованных российских актрис

Cosmopolitan
Петербуржцы, объединяйтесь! Петербуржцы, объединяйтесь!

Администраторы городских сообществ рассказали, как они делают Петербург лучше

Собака.ru
Открыть в приложении