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

7 независимых музыкантов из России, которых вы могли не слышать. И зря 7 независимых музыкантов из России, которых вы могли не слышать. И зря

Наиболее интересные и яркие артисты из лайнапа Moscow Music Week

СНОБ
Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой

Рассказываем, как правильно разминаться перед тренировкой девушкам дома

Cosmopolitan
Археологи обнаружили два поселения эпохи бронзы в Нижегородской области Археологи обнаружили два поселения эпохи бронзы в Нижегородской области

Археологи раскопали два поселения эпохи бронзы

N+1
Обновление декорации. Кому и зачем нужен Совет по правам человека при президенте Обновление декорации. Кому и зачем нужен Совет по правам человека при президенте

Главой СПЧ стал телеведущий Валерий Фадеев

СНОБ
«Не в моем вкусе»: почему нам нравятся одни лица и не нравятся другие «Не в моем вкусе»: почему нам нравятся одни лица и не нравятся другие

Разбираемся в механизмах, которые делают людей привлекательными в наших глазах

Reminder
Как НБА может потерять 4$ млрд из-за неудачного твита о протестах в Гонконге Как НБА может потерять 4$ млрд из-за неудачного твита о протестах в Гонконге

Почему китайский рынок настолько важен для главной баскетбольной лиги мира

GQ
Фитнес. Персонализация Фитнес. Персонализация

Подберите вид фитнеса, исходя из своего психотипа

Худеем правильно
Электрическая мини печь для дома: рейтинг лучших моделей 2019-2020 Электрическая мини печь для дома: рейтинг лучших моделей 2019-2020

Небольшая мини печь - хорошая замена большой газовой духовке на компактной кухне

CHIP
«Нарисуйте себя там, где хотите быть»: как добились успеха гендиректор Gett и основатель «Нетологии» «Нарисуйте себя там, где хотите быть»: как добились успеха гендиректор Gett и основатель «Нетологии»

Советы бизнесменам от глав двух молодых высокотехнологичных компаний

Forbes
Определена дата начала социального расслоения Определена дата начала социального расслоения

В Древнем Риме богатые патриции управляли империей, а плебеи работали на фермах

Популярная механика
Быстрое строительство и захват земель: как миллиардеры помогают нашей планете Быстрое строительство и захват земель: как миллиардеры помогают нашей планете

О вкладе богатейших людей планеты в спасение окружающей среды

Forbes
Как превратить стресс в преимущество Как превратить стресс в преимущество

Стресс называют причиной проблем со здоровьем, но обойтись без него невозможно

Psychologies
Дома тепло: как эффективно обогреть помещение Дома тепло: как эффективно обогреть помещение

Переждать зиму будет проще, если в доме тепло

Популярная механика
На природу На природу

Горожанам необходимо как можно чаще выбираться на природу. Почему?

Здоровье
Новые старые грабли: будет ли в России банковский кризис? Новые старые грабли: будет ли в России банковский кризис?

Насколько уязвим российский банковский сектор к внешним и внутренним рискам

Forbes
Вторая попытка: 8 необычных мест для повторного свидания Вторая попытка: 8 необычных мест для повторного свидания

Как провести второе свидание на высшем уровне?

Cosmopolitan
Эта рыба может дышать на суше, но ее хотят истребить. Вот почему Эта рыба может дышать на суше, но ее хотят истребить. Вот почему

В США обнаружили змееголова, который преимущественно обитает в Азии.

National Geographic
Все в горы! Все в горы!

Семь причин выбрать итальянский курорт Валь-ди-Фьемме этой зимой

StarHit
Почему так важно проводить время с теми, кто счастлив Почему так важно проводить время с теми, кто счастлив

Мы хорошо считываем и перенимаем и настроение окружающих нас людей

Psychologies
Почему зарубежным трендам тяжело прижиться в России Почему зарубежным трендам тяжело прижиться в России

К сожалению, в России нет ни индустрии моды, ни умения одеваться

GQ
Гендиректор Uniqlo Россия — об отзывах, холоде и экоинициативах Гендиректор Uniqlo Россия — об отзывах, холоде и экоинициативах

Японский бренд Uniqlo наконец запустил интернет-магазин

РБК
Ошибки индукционных плит: ремонтируем своими руками Ошибки индукционных плит: ремонтируем своими руками

Советы мастера: что означает код ошибки и как отремонтировать неисправность

CHIP
От роя к социуму роботов От роя к социуму роботов

Естественный ход развития техники — создание систем роботов

Эксперт
Вагончик тронется? Зачем России и Путину нужны скоростные магистрали Вагончик тронется? Зачем России и Путину нужны скоростные магистрали

Нужны ли высокоскоростные железнодорожные магистрали нашей стране

Forbes
Сырная гонка и арбузные «лыжи»: 9 необычных фестивалей еды Сырная гонка и арбузные «лыжи»: 9 необычных фестивалей еды

Где и как проходят самые необычные и странные фестивали еды в мире

РБК
Сделаем красиво Сделаем красиво

Профессионалы в области красоты и здоровья рассказали о новинках рынка

Домашний Очаг
Крабы, сопки и мосты: как Владивосток из города «на задворках империи» превратился в туристическую Мекку Крабы, сопки и мосты: как Владивосток из города «на задворках империи» превратился в туристическую Мекку

Владивосток серьезно изменился и стал привлекать избалованных туристов

Forbes
Непростой телефон за 2 тысячи рублей — Nobby 230 Непростой телефон за 2 тысячи рублей — Nobby 230

Nobby 230 — самый обычный кнопочный телефон на Android

Популярная механика
Действующие лица Действующие лица

Подняв тему новых норм, GRAZIA задумалась об их непосредственных законодателях

Grazia
«О колонизации и изгнании со сцены еще не говорили». Каролин Нгуен о спектакле «Сайгон», хедлайнере фестиваля «Территория» «О колонизации и изгнании со сцены еще не говорили». Каролин Нгуен о спектакле «Сайгон», хедлайнере фестиваля «Территория»

XIV фестиваль-школа современного искусства «Территория»

СНОБ
Открыть в приложении