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 спаниэль спас карьеру будущего президента США Ричарда Никсона Как спаниэль спас карьеру будущего президента США Ричарда Никсона

«Речь про Чекерса» стала самым проникновенным обращением к нации в прямом эфире

Maxim
Обзор смартфона Xiaomi Mi 9T Pro: больше, чем просто средний класс Обзор смартфона Xiaomi Mi 9T Pro: больше, чем просто средний класс

Новинка от Xiaomi – Mi 9T Pro с выдвижной фронтальной камерой

CHIP
Император — враг аристократов Император — враг аристократов

Император Домициан решительно боролся с коррупцией и непотизмом

Дилетант
Не голодай: щадящая диета для похудения Не голодай: щадящая диета для похудения

Выбирайте постепенный и безопасный способ снижения веса

Cosmopolitan
Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия? Модем, маршрутизатор, роутер: что это такое и в чем отличия?

Многие пользователи не понимают, что такое модем, роутер и маршрутизатор

CHIP
За двумя зайцами… За двумя зайцами…

Хочешь, чтобы на счете всегда было достаточно средств, а в кошельке – купюр?

Cosmopolitan
Грибы — ни овощи, ни мясо Грибы — ни овощи, ни мясо

Грибы, что мы собираем в лесу, это не совсем грибы, а лишь плодовые тела грибов

Здоровье
Сбежала от маньяка и спасла его жертв: история спустя 35 лет Сбежала от маньяка и спасла его жертв: история спустя 35 лет

Во время казни убийцы Бобби Джо Лонга Лиза Мак-Вей Ноланд сидела на первом ряду

Cosmopolitan
Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40 Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40

Три миллиона рублей — сумма, которая открывает двери почти во все классы

РБК
Внимание на пятки Внимание на пятки

Как ухаживать за ногами, чтобы не стесняться носить босоножки летом?

Здоровье
«Времена» и нравы «Времена» и нравы

Лилит Адибекян удалось выманить большие бренды из центра

Vogue
Сделаем красиво Сделаем красиво

Профессионалы в области красоты и здоровья рассказали о новинках рынка

Домашний Очаг
ООН в эфире. Как создавался криптофонд для помощи детям ООН в эфире. Как создавался криптофонд для помощи детям

Сотрудница Deloitte отправила резюме в ООН и вскоре возглавила детский фонд

Forbes
Мы очень советуем вам купить вельветовые брюки Мы очень советуем вам купить вельветовые брюки

Почему стоит купить вельветовые брюки и как правильно их носить?

GQ
Выйти из тени Выйти из тени

В тени гигантов набирает силу новый экзотический цветок – космонавтика Индии

Популярная механика
Фитнес вдвоем: занятия фитнесом для беременных Фитнес вдвоем: занятия фитнесом для беременных

Планируем занятие фитнесом для беременных

Cosmopolitan
Как Вирджил Абло сделал высокую моду массовой Как Вирджил Абло сделал высокую моду массовой

Дизайнер-глобалист Вирджил Абло снял моду с высокого пьедестала

GQ
Эдита Пьеха Эдита Пьеха

Певица номер один Ленинграда 1960–1980-х и советская эстрадная фэшн-икона

Собака.ru
Путь от получеловека к человеку Путь от получеловека к человеку

Как Гузель Яхина переосмысляет в литературе травмы страны

Русский репортер
DANTES: «Я понял, что сцена меня не отпускает, и нужно вернуться» DANTES: «Я понял, что сцена меня не отпускает, и нужно вернуться»

В интервью Cosmo DANTES рассказал о новом этапе в карьере

Cosmopolitan
Черный ящик Черный ящик

Дом, который почти пятьдесят лет назад построил архитектор Генрих Зермеус

AD
Карты, деньги, соленый огурец Карты, деньги, соленый огурец

Некоторые ученые уверены, что карты появились раньше письменности

Maxim
Иллюзия Кио Иллюзия Кио

Принцесса Голливуда Райли Кио ведет себя как обычная девчонка

Vogue
Почему вам необходимо одеться в духе «Франкенштейна» Мэри Шелли Почему вам необходимо одеться в духе «Франкенштейна» Мэри Шелли

Как готическая история Франкенштейна вдохновляет дизайнеров

Vogue
Научи его делать тебе хорошо: инструкция для мужчин от секс-коуча Научи его делать тебе хорошо: инструкция для мужчин от секс-коуча

Коуч Максим Исаев написал подробную и откровенную секс-инструкцию для... мужчин

Cosmopolitan
Петроградный Меркурий Петроградный Меркурий

Привет, петербургские! Это ваша инструкция по выживанию на 2020 год

Собака.ru
Миллиардер с Гималаев, повелитель Fortnite и три вдовы: кто впервые попал в рейтинг Forbes 400 Миллиардер с Гималаев, повелитель Fortnite и три вдовы: кто впервые попал в рейтинг Forbes 400

19 новичков рейтинга 400 богатейших американцев по версии Forbes

Forbes
Мы уже выбрали лучшие прически 2019 года Мы уже выбрали лучшие прически 2019 года

И вы не ждите первого января, чтобы начать новую жизнь

GQ
Компонентные солнцезащитки попадают в кровь Компонентные солнцезащитки попадают в кровь

Компоненты солнцезащитных кремов могут всасываться в кровь

Здоровье
Здравствуйте, я ваш папа! Здравствуйте, я ваш папа!

Стас Михайлов и Иосиф Пригожин о том, как они заменили родных отцов

StarHit
Открыть в приложении