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

Почему изменяется климат? Почему изменяется климат?

Потепление климата стало заметно влиять на жизнедеятельность человека

Наука и жизнь
Как две парижанки создают новейшие драгоценные легенды Boucheron Как две парижанки создают новейшие драгоценные легенды Boucheron

Клэр Шуан и Элен Пули-Дюкен рассказывают о рутине и вдохновении

Vogue
К эндокринологу! 10 признаков того, что у тебя заболевание щитовидной железы К эндокринологу! 10 признаков того, что у тебя заболевание щитовидной железы

По статистике, заболеваниями щитовидной железы чаще страдают женщин

Cosmopolitan
Нота притяжения: как маркетологи обманывают нас с помощью запахов Нота притяжения: как маркетологи обманывают нас с помощью запахов

Как запахи действуют на нас?

Forbes
«Джокер»: человек, который смеется «Джокер»: человек, который смеется

Режиссер рассказывает историю одного безумия, заставляя сочувствовать герою

Psychologies
Обзор беспроводных наушников JBL TUNE 120TWS: почти как взрослые Обзор беспроводных наушников JBL TUNE 120TWS: почти как взрослые

JBL не стал игнорировать модные тренды и выпустил свои беспроводные наушники

CHIP
GTA San Andreas - 15 лет: вспоминаем самые крутые машины из игры GTA San Andreas - 15 лет: вспоминаем самые крутые машины из игры

Знаковые автомобили лучшей части игры Grand Theft Auto

РБК
«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
Как новая налоговая уловка превращает управляющих инвестфирм в миллиардеров Как новая налоговая уловка превращает управляющих инвестфирм в миллиардеров

Льготы, которые помогают легально уходить от налогов и становиться миллиардерами

Forbes
Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности

Водителю, который притер чужую машину и не заметил аварии, грозит лишение прав

РБК
Имперские амбиции Имперские амбиции

Креативного директора Gucci Алессандро Микеле все дороги вели в Рим

Vogue
Институт востоковедения Институт востоковедения

Glamour пытается найти баланс между мудростью веков и достижениями прогресса

Glamour
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
Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать

Что на самом деле представляет собой современный скандинавский стиль

Forbes
Самоуверенность vs самоуважение Самоуверенность vs самоуважение

Как отличить самоуверенность от самоуважения и к чему стоит стремиться

Psychologies
Третий путь атомной энергетики: токамака Т-15 Третий путь атомной энергетики: токамака Т-15

В Курчатовском институте завершается модернизация токамака Т-15

Популярная механика
Модные шапки, осень 2019: шапки бини Модные шапки, осень 2019: шапки бини

Как бини полюбились модной публике и почему стали особенно популярны сейчас

Esquire
Как создать загрузочную флешку с windows 7: простое руководство Как создать загрузочную флешку с windows 7: простое руководство

Мы расскажем, как сделать загрузочную установочную флешку с Windows 7

CHIP
Искать работу — не стыдно Искать работу — не стыдно

Российский человек панически боится признаться, что ищет работу

СНОБ
Принц Гарри публично расплакался, говоря о жене и маленьком сыне Принц Гарри публично расплакался, говоря о жене и маленьком сыне

Принц Гарри не смог сдержать эмоции во время торжественной речи

Cosmopolitan
Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно

Поиск баланса между семьей и карьерой лишает энергии и веры в себя

Psychologies
«Большой театр — это символ превосходства». Генеральный директор Audemars Piguet о том, зачем часовой бренд поддерживает искусство «Большой театр — это символ превосходства». Генеральный директор Audemars Piguet о том, зачем часовой бренд поддерживает искусство

Франсуа-Анри Беннамиас о том, на что тратят свои первые деньги миллениалы

Forbes
5 вещей, чтобы повторить стиль Кендалл Дженнер 5 вещей, чтобы повторить стиль Кендалл Дженнер

Все луки из фотосессии и мини-фильма Ciao Kendall!

Cosmopolitan
Айза Анохина, Ингрид Олеринская и Петр Илингин на ужине Golden Triangle Айза Анохина, Ингрид Олеринская и Петр Илингин на ужине Golden Triangle

Ужин, посвященный началу Московского Гастрономического Фестиваля

Cosmopolitan
Кейт Миддлтон в изумрудном наряде встретилась с близким другом принцессы Дианы Кейт Миддлтон в изумрудном наряде встретилась с близким другом принцессы Дианы

Герцоги Кембриджские провели насыщенный день во время пакистанского тура

Cosmopolitan
«Стоял пять часов». Водители жалуются на долгое ожидание ГИБДД «Стоял пять часов». Водители жалуются на долгое ожидание ГИБДД

Водители чаще жалуются на многочасовые ожидания ГИБДД для оформления аварий

РБК
Протесты в Барселоне. Что происходит в столице Каталонии и есть ли опасность для туристов Протесты в Барселоне. Что происходит в столице Каталонии и есть ли опасность для туристов

В Барселоне несколько дней продолжаются акции протеста

СНОБ
Обзор миникомпьютера Intel NUC7I5DNHE: великое в малом Обзор миникомпьютера Intel NUC7I5DNHE: великое в малом

Формат мини-ПК продолжает оставаться популярным для решения офисных задач

CHIP
5 кинопар, у которых есть чему поучиться 5 кинопар, у которых есть чему поучиться

У героев современных фильмов ценности уже не те, что в старых кинолентах

Лиза

Ольга Кормухина обратилась в суд с иском против Полины Гагариной

Cosmopolitan
Открыть в приложении