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

Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Подкачайся: как правильно приседать со штангой и гантелями Подкачайся: как правильно приседать со штангой и гантелями

Рассказываем, как эффективно и правильно приседать со штангой и гантелями

Cosmopolitan
Хозяйкины секреты: как избавиться от запаха в стиральной машине Хозяйкины секреты: как избавиться от запаха в стиральной машине

Что делать, если стиральная машина стала источать неприятный запах

Cosmopolitan
Спорт, питание, уход за лицом: в чем секрет молодости Дженнифер Лопес Спорт, питание, уход за лицом: в чем секрет молодости Дженнифер Лопес

Дженнифер Лопес в 50 лет выглядит также, как в 30 и 20

РБК
Самооценка: родом из детства Самооценка: родом из детства

Как формируется самооценка, и что помогает ей быть «здоровой»?

Домашний Очаг
Скупой рыцарь Скупой рыцарь

Твой спутник жадина? Рассказываем, что делать

Cosmopolitan
Транзит на потоке Транзит на потоке

Рост международных авиаперевозок открывает перед Россией новые возможности

РБК
«Мы с женой ссорились»: Михаил Галустян рассказал о проблемах в личной жизни «Мы с женой ссорились»: Михаил Галустян рассказал о проблемах в личной жизни

Михаил Галустян рассказал о своей семье, где растут двое дочерей

Cosmopolitan
Определена дата начала социального расслоения Определена дата начала социального расслоения

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

Популярная механика
7 мифов о старении 7 мифов о старении

Бизнес-тренер Игорь Дубинников развенчивает стереотипы о старении

Psychologies
Если долго по тропинке Если долго по тропинке

Трейл – это тропинка, а трейлраннинг – это бег по тропинкам и без

Популярная механика
Диана Арбенина: «Чтобы перезагрузиться, надо помолчать» Диана Арбенина: «Чтобы перезагрузиться, надо помолчать»

Диана Арбенина о том, как приготовить лучшую в мире кашу

Здоровье
Ян Гэ: «Главное, чему Россия меня научила, — это терпеть» Ян Гэ: «Главное, чему Россия меня научила, — это терпеть»

Ян Гэ — про русских и китайцев, соцсети и еду

РБК
На работу как на праздник На работу как на праздник

Актерам и телеведущим приходится осваивать три вида макияжа

OK!
Маска с пометкой «Био» Маска с пометкой «Био»

Как выбрать натуральную косметику, которая действительно эффективна?

Здоровье
Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги Жоэль Диккер: Исчезновение Стефани Мейлер. Отрывок из книги

Жоэль Диккер написал новую книгу «Исчезновение Стефани Мейлер»

СНОБ
А был ли мальчик? Почему женщины не любят хороших парней А был ли мальчик? Почему женщины не любят хороших парней

Почему нелюбовь женщин к хорошим парням — миф и кого женщины терпеть не могут

Cosmopolitan
Огромные глаза и рост 194 см: необычные участники «Топ-модели по-американски» Огромные глаза и рост 194 см: необычные участники «Топ-модели по-американски»

Самые необычные участницы и участники за время проведения шоу

Cosmopolitan
«Они совершили настоящую революцию»: за что присудили Нобеля по экономике «Они совершили настоящую революцию»: за что присудили Нобеля по экономике

Ученые-экономисты рассказали, в чем значение исследований лауреатов Нобеля

Forbes
Как двум лидерам ужиться в семье? Как двум лидерам ужиться в семье?

У бизнес-тренера Радислава Гандапаса есть рецепт, проверенный личным опытом

Psychologies
Дивный новый мир Дивный новый мир

Ресторанный критик Александр Сысоев рисует гастрономическую картину будущего

AD
Вытащи из продуктов всё полезное Вытащи из продуктов всё полезное

Как готовить овощи и фрукты, чтобы получать из них максимум полезных веществ?

Здоровье
Как понять, что нами манипулируют Как понять, что нами манипулируют

Как распознать манипуляцию и научиться ей противостоять

Psychologies
Помолодеть за 120 кадров: как футуристический боевик «Гемини» с Уиллом Смитом совершил прорыв в кинотехнологиях Помолодеть за 120 кадров: как футуристический боевик «Гемини» с Уиллом Смитом совершил прорыв в кинотехнологиях

10 октября в российских кинотеатрах выходит «Гемини»

Forbes
Бабушкины примочки Бабушкины примочки

Многие методы, которыми лечили простуду наши бабушки, можно использовать сейчас

Лиза
Мындекс против Ониндекса. Как один закон может отбросить страну на 20 лет назад Мындекс против Ониндекса. Как один закон может отбросить страну на 20 лет назад

Закон о значимых информационных ресурсах может иметь серьезные последствия

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

Поп-рок-группа «Градусы» прервала молчание

Grazia
«У нас практически безграничные возможности»: основатель сети DNS о бизнесе, Чичваркине, Галицком и «черной дыре» в Москве «У нас практически безграничные возможности»: основатель сети DNS о бизнесе, Чичваркине, Галицком и «черной дыре» в Москве

Интервью с Дмитрием Алексеевым — одним из основателей сети электроники DNS

Forbes
«Рана еще болит»: принц Гарри сделал душещипательное признание о принцессе Диане «Рана еще болит»: принц Гарри сделал душещипательное признание о принцессе Диане

Принц Гарри признался, что до сих пор переживает гибель мамы

Cosmopolitan
Экономим на струйной печати без СНПЧ: да, так тоже можно Экономим на струйной печати без СНПЧ: да, так тоже можно

Для современных моделей струйных принтеров не обязательно покупать картриджи

CHIP
Открыть в приложении