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

Кто делает науку в эпохи перемен Кто делает науку в эпохи перемен

Исторические кризисы могут стимулировать развитие науки и университетов

Эксперт
Звезда родилась Звезда родилась

Как 17-летней Билли Айлиш удалось стать звездой поколения Z

Grazia
С чего начинают миллиардеры? Первый бизнес богатейших людей планеты С чего начинают миллиардеры? Первый бизнес богатейших людей планеты

Ранние страницы биографий богатейших людей США

Forbes
Консультант сериала «Триггер» Сергей Насибян: Психотерапевт должен быть аморален Консультант сериала «Триггер» Сергей Насибян: Психотерапевт должен быть аморален

Методика психолога Сергея Насибяна

СНОБ
В линейке BMW появилось компактное 4-дверное купе В линейке BMW появилось компактное 4-дверное купе

Первый в истории бренда BMW 2 Series Gran Coupe

Популярная механика
Что за цирк! Самые скандальные фрики «Дома-2» Что за цирк! Самые скандальные фрики «Дома-2»

«Дом-2» – уникальный проект во всех отношениях

Cosmopolitan
Перед большим полётом Перед большим полётом

Совсем недавно орнитолог Григорий Ерёмкин пригласил меня в гости к журавлям

Наука и жизнь
Репа, крабы, черный трюфель: что готовят в московских ресторанах осенью Репа, крабы, черный трюфель: что готовят в московских ресторанах осенью

Где подают вкуснейшие завтраки и какие новые места появились на карте столицы?

РБК
Мужчины не плачут: почему так важно научить мальчиков выражать свои чувства Мужчины не плачут: почему так важно научить мальчиков выражать свои чувства

Как помочь мальчикам пережить любовные драмы, печали и трудности

Psychologies
Куда пропали «Мальчишник», «Фактор-2» и другие группы из нулевых Куда пропали «Мальчишник», «Фактор-2» и другие группы из нулевых

Куда исчез первый состав «Фристайла» и как быстро забываются кумиры из 90-х

Cosmopolitan
Потерянный номер и конфликт на дороге: 7 ситуаций, когда лишат прав Потерянный номер и конфликт на дороге: 7 ситуаций, когда лишат прав

Ситуации, в которых водитель может случайно лишиться водительского удостоверения

РБК
Еще больше изоляции Еще больше изоляции

«Метаклэй» переключается на разработку новых инновационных продуктов

Эксперт
Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон

В 2019 году «Барселона» станет лидером по выручке среди спортивных команд

Forbes
Стильный ход Стильный ход

Смелые решения в интерьере одной петербургской квартиры

SALON-Interior
Встретимся у фонтана? Встретимся у фонтана?

Бразилия «выпускает» не только сериалы, но и моделей, причем какого уровня!

Cosmopolitan
Когда и почему гороскопы не сбываются? Когда и почему гороскопы не сбываются?

Астролог Вера Хубелашвили рассказывает, когда и почему гороскоп может не сбыться

Cosmopolitan
Как заработать миллионы на стыде и уязвимости: феномен Брене Браун Как заработать миллионы на стыде и уязвимости: феномен Брене Браун

В октябре у нас выходит переизданная книга американского социолога Брене Браун

Forbes
Виртуальные психологи создали бизнес на сотни миллионов долларов. Можно ли им доверять? Виртуальные психологи создали бизнес на сотни миллионов долларов. Можно ли им доверять?

Есть ли будущее у психотерапевтических услуг онлайн?

Forbes
Как Вирджил Абло сделал высокую моду массовой Как Вирджил Абло сделал высокую моду массовой

Дизайнер-глобалист Вирджил Абло снял моду с высокого пьедестала

GQ
Анализы «на дому» Анализы «на дому»

Сегодня анализы можно сдать, купив экспресс-тест в ближайшей аптеке

Здоровье
Аппетит под контролем Аппетит под контролем

Как поддерживать баланс «гормона сытости и голода»?

Худеем правильно
Волнение. Фрагмент пьесы Волнение. Фрагмент пьесы

Отрывок пьесы «Волнение» Ивана Вырыпаева

СНОБ
Самые запоминающиеся фото об экологических проблемах мира 2019 года Самые запоминающиеся фото об экологических проблемах мира 2019 года

Лучшие работы фотоконкурса Environmental Photographer — 2019

Forbes
Минный пол Минный пол

20 вещей, которых мы боимся в женщинах

Maxim
Aнджелина Джоли: «Я всегда делаю то, во что верю» Aнджелина Джоли: «Я всегда делаю то, во что верю»

Анджелина Джоли о детях, обостренном чувстве справедливости и крыльях за спиной

Cosmopolitan
Какие российские бренды носят западные знаменитости Какие российские бренды носят западные знаменитости

Как российские бренды сотрудничают со знаменитостями и влияет ли это на продажи

РБК
Банковская пятилетка: консолидация, «Базель III» и уход в розницу Банковская пятилетка: консолидация, «Базель III» и уход в розницу

Последние годы кардинально изменили ландшафт банковского сектора

РБК
5 стильных запретов, которые стоит нарушить 5 стильных запретов, которые стоит нарушить

Джаред Лето и Мик Джаггер разрушают стереотипы о брутальности и маскулинности

GQ
Красота-2019: почему миллениалов больше не интересует внешний лоск Красота-2019: почему миллениалов больше не интересует внешний лоск

Разбираемся, как изменилась бьюти-индустрия благодаря поколению Y

Forbes
Не Собчак единой: кто из звезд устраивал дикое шоу из своей свадьбы Не Собчак единой: кто из звезд устраивал дикое шоу из своей свадьбы

Любим наших знаменитостей за их странные и порой даже дикие свадебные ритуалы

Cosmopolitan
Открыть в приложении