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

Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет» Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет»

Юлия Бордовских — о новой профессии, отношении к возрасту и идеалах красоты

Здоровье
Евгения Некрасова: Сестромам. Отрывок из книги Евгения Некрасова: Сестромам. Отрывок из книги

Первый рассказ из книги «Сестромам. О тех, кто будет маяться» Евгении Некрасовой

СНОБ
Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия» Недостача на $330 млн: как банк плохих долгов остался без денег от продажи инвестбизнеса «Открытия»

Вадим Беляев смог продать ядро инвестиционного бизнеса банка Роману Авдееву

Forbes
Скрытое пограничное расстройство личности — что это такое? Скрытое пограничное расстройство личности — что это такое?

Чем вызваны неожиданные приступы паники?

Psychologies
Осенний листопад… Осенний листопад…

Аллергия на осень бывает не только метафоричной, но и самой настоящей

Здоровье
Семь мифов о сэре Уинстоне Черчилле: V значит Victory Семь мифов о сэре Уинстоне Черчилле: V значит Victory

Правда и мифы об Уинстоне Черчилле

Вокруг света
Как повысить уровень жизни: техника маленьких шагов Как повысить уровень жизни: техника маленьких шагов

Что мы можем сделать, чтобы перейти на новую ступень в финансовой сфере

Psychologies
«Убер» на своих двоих: как рекламщик из Москвы придумал глобальный бизнес на $30 млн «Убер» на своих двоих: как рекламщик из Москвы придумал глобальный бизнес на $30 млн

Как «Достависта» вырос из скромного столичного стартапа в глобальный сервис

Forbes
Сага о чёрных точках Сага о чёрных точках

Чёрные точки на лице – одна из самых распространённых дерматологических проблем

Здоровье
Как мать троих детей стала одним из главных строителей складов и почему среди ее партнеров сын Золотова Как мать троих детей стала одним из главных строителей складов и почему среди ее партнеров сын Золотова

При чем здесь квантовые технологии и Росгвардия?

Forbes
Илон Маск на Кубани: как краснодарское агентство организовало первое в России выступление основателя Tesla Илон Маск на Кубани: как краснодарское агентство организовало первое в России выступление основателя Tesla

Как агентству Ruport удалось устроить бесплатное выступление Илона Маска

Forbes
Руки вверх! Тест-драйв новой Volvo S60 Руки вверх! Тест-драйв новой Volvo S60

Кажется, шведы будут лучшими там до тех пор, пока самим не надоест

РБК
Здравствуйте, я ваш папа! Здравствуйте, я ваш папа!

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

StarHit
Бутинизация патриотизма. Почему героизация Марии Бутиной опасна для общества и власти Бутинизация патриотизма. Почему героизация Марии Бутиной опасна для общества и власти

Российский МИД обязан был защищать Марию Бутину

СНОБ
Возвращение политики: Глеб Павловский об итогах протестного лета Возвращение политики: Глеб Павловский об итогах протестного лета

События лета 2019 года ознаменовали вступление России в новую фазу

Forbes
Погоня, деньги, PIN-коды: три мнения о Lexus UX Погоня, деньги, PIN-коды: три мнения о Lexus UX

Самый маленький кроссовер в истории Lexus

РБК
У каждого опроса свой резон. Почему россиян хотят убедить, что их герой Штирлиц У каждого опроса свой резон. Почему россиян хотят убедить, что их герой Штирлиц

Штирлиц кажется лучшим кандидатом в президенты среди киногероев

СНОБ
Ешь молись люби Ешь молись люби

С Сати Казановой мы встретились в небольшом индийском кафе

OK!
Сострадание как путь к счастью Сострадание как путь к счастью

Путь к личному благополучию лежит через сострадание к другим

Psychologies
Покрас Лампас feat. Лена Шейдлина: «Людям сегодня нужны идеи, и мы можем их дать» Покрас Лампас feat. Лена Шейдлина: «Людям сегодня нужны идеи, и мы можем их дать»

Художники нового типа совершили медиареволюцию в современном искусстве

Собака.ru
Забудьте о низких налогах: какие идеи нового лауреата Нобеля по экономике сработают в России Забудьте о низких налогах: какие идеи нового лауреата Нобеля по экономике сработают в России

Что имел в виду прославленный экономист и почему к его идеям стоит прислушаться?

Forbes
Все золото Питера Все золото Питера

Где в Северной столице получаются самые красивые снимки на фоне осенней листвы?

Лиза
Обзор видеорегистратора Neoline G-TECH X74: видеть всё Обзор видеорегистратора Neoline G-TECH X74: видеть всё

Тестируем одно из устройств среднего ценового диапазона с магнитным креплением

CHIP
Венчурное чудо: чему России стоит поучиться у Израиля Венчурное чудо: чему России стоит поучиться у Израиля

Израиль — уникальный кейс с точки зрения венчурного бизнеса

Forbes
Как потомственный целитель создал крупнейшую в России стоматологическую сеть Как потомственный целитель создал крупнейшую в России стоматологическую сеть

Тамаз Мчедлидзе пробует управлять ресурсами человеческого здоровья

Forbes
15 мыслей Пьера Кардена 15 мыслей Пьера Кардена

Легендарный дизайнер — о посвященном ему фильме «Дом Кардена»

GQ
Наемники из Израиля: кто стоит за самыми загадочными хакерами, взламывающими Apple и Microsoft за деньги Наемники из Израиля: кто стоит за самыми загадочными хакерами, взламывающими Apple и Microsoft за деньги

В Израиле много хакеров, которые зарабатывают взломами

Forbes
Как на иголках Как на иголках

Использование ботокса в косметологии до сих пор вызывает массу вопросов

Добрые советы
Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой Разогрей мышцы: как сделать разминку перед тренировкой

Рассказываем, как правильно разминаться перед тренировкой девушкам дома

Cosmopolitan
Свёкла — суперфуд Свёкла — суперфуд

Овощ неприхотлив, долго хранится и стоит копейки

Здоровье
Открыть в приложении