Мир вечный, но плоский: Нобелевская по физике глазами дилетанта и академика Старобинского

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

Бизнес уходит в цифру. Как новый закон поможет российским предпринимателям выжить в условиях пандемии Бизнес уходит в цифру. Как новый закон поможет российским предпринимателям выжить в условиях пандемии

Закон о блокчейнах будет инструментом для выживания малого и среднего бизнеса

СНОБ
Фитнес-терапия Фитнес-терапия

Усталость, апатия и хандра – дежурный набор ощущений хмурого ноября

Худеем правильно
Почему нам так нравится секс — и другие аспекты сексуального поведения человека Почему нам так нравится секс — и другие аспекты сексуального поведения человека

Почему люди занимаются сексом, когда им вздумается?

Esquire
Берем глубже: как выбрать погружной насос для колодца? Берем глубже: как выбрать погружной насос для колодца?

Какой насос для колодца лучше выбрать?

CHIP
Роберт Сапольски: что происходит с нашим мозгом во время пандемии Роберт Сапольски: что происходит с нашим мозгом во время пандемии

Стэнфордский профессор — о нарушенном балансе между разумом и эмоциями

Reminder
Экономическое чудо Дагестана: Росстат обнаружил у местных предпринимателей выручку в три раза выше, чем в Москве Экономическое чудо Дагестана: Росстат обнаружил у местных предпринимателей выручку в три раза выше, чем в Москве

Выручка ИП в Дагестане в 2018 г. — 19,6 млн рублей, а в Москве — 6,4 млн рублей

Forbes
Рождение сверхновой Рождение сверхновой

Три истории о том, как декретный отпуск помог найти себя

Здоровье
С чем носить шорты осенью-2019: 8 модных образов С чем носить шорты осенью-2019: 8 модных образов

Шорты в прохладную погоду носить можно, если правильно сочетать вещи

Cosmopolitan
Брюки палаццо: с чем носить тренд сезона 2019-2020 Брюки палаццо: с чем носить тренд сезона 2019-2020

Скинни-джинсы или прямые брюки уже не так популярны, как брюки палаццо

Cosmopolitan
Помнить свое зло. Как Германия работает с нацистским прошлым в своих музеях Помнить свое зло. Как Германия работает с нацистским прошлым в своих музеях

Российские учителя истории совершили образовательную поездку в Германию

СНОБ
Зябко? Зябко?

Почему осенью не то чтобы холодно, но как-то зябко

Здоровье
Тревожные проценты: почему бизнес не радуется снижению инфляции Тревожные проценты: почему бизнес не радуется снижению инфляции

Центробанк отрапортовал о серьезном замедлении инфляции

Forbes
ЦБ ослабляет особую защиту ЦБ ослабляет особую защиту

Неквалифицированные инвесторы сохранят возможность вложений в иностранные активы

РБК
Как выбрать тоник для волос и как им пользоваться Как выбрать тоник для волос и как им пользоваться

Рассказываем, какими бывают тоники и как их правильно использовать

Cosmopolitan
Кластеров много не бывает Кластеров много не бывает

В России постепенно формируются инновационные кластеры

Эксперт
Как сейчас выглядят Катрин Денев, Софи Лорен и другие красотки XX века Как сейчас выглядят Катрин Денев, Софи Лорен и другие красотки XX века

В ХХ веке их фотографии не сходили с обложек глянцевых журналов

Cosmopolitan
Кожа, твид и кашемир в новой коллекции Uterqüe Кожа, твид и кашемир в новой коллекции Uterqüe

Жакеты, грубые казаки и косухи с бахромой для любительниц модных экспериментов

Vogue
Сильная женщина, слабый мужчина Сильная женщина, слабый мужчина

Насколько жизнеспособны союзы слабых мужчин и сильных женщин?

Домашний Очаг
Регулировщик на орбите: как стартап из Калифорнии предотвращает космические ДТП Регулировщик на орбите: как стартап из Калифорнии предотвращает космические ДТП

Компания LeoLabs монетизирует разработки стэнфордских ученых

Forbes
Фика: как научиться пить кофе по-шведски Фика: как научиться пить кофе по-шведски

Обычай пить кофе с друзьями и коллегами помог шведам стать продуктивными

РБК
Неучтенное время. Как жить, если у тебя слишком много дел Неучтенное время. Как жить, если у тебя слишком много дел

Больше 40% людей в России испытывают стресс, связанный с работой

СНОБ
Как в кино из детства: 9 нарядов из фильмов девяностых, которые сегодня в моде Как в кино из детства: 9 нарядов из фильмов девяностых, которые сегодня в моде

Многие из культовых образов фильмов девяностых сегодня на самом пике моды

Cosmopolitan
Крабы, сопки и мосты: как Владивосток из города «на задворках империи» превратился в туристическую Мекку Крабы, сопки и мосты: как Владивосток из города «на задворках империи» превратился в туристическую Мекку

Владивосток серьезно изменился и стал привлекать избалованных туристов

Forbes
Как сейчас живут первые участники «Дома-2»: Беркова, Меньщиков, Солнце и другие Как сейчас живут первые участники «Дома-2»: Беркова, Меньщиков, Солнце и другие

Куда пропали и чем сейчас занимаются самые первые участники «Дома-2»

Cosmopolitan
Неловкий момент: Джастин Бибер женился на глазах бывшей возлюбленной Неловкий момент: Джастин Бибер женился на глазах бывшей возлюбленной

25-летний Джастин Бибер сыграл свадьбу с 22-летней Хейли Бибер

Cosmopolitan
Теорема Стекольщика Теорема Стекольщика

Фильм Марка Франкетти открыл заново историю падения Cosa Nostra

Русский репортер
Как ни в чем не бывало Как ни в чем не бывало

Стоит ли мириться и давать отношениям второй шанс?

Лиза
Выйти из ступора: советы японского нейробиолога Выйти из ступора: советы японского нейробиолога

Как собраться с мыслями, когда перед вами стоит много задач, а в голове туман

Psychologies
ТЭФИ-2019. Церемония награждения — дело семейное ТЭФИ-2019. Церемония награждения — дело семейное

Уже давно в отечественном медиапространстве идет подспудная гражданская война

СНОБ
«Люди искренне верили, что голосуют за Терминатора»: Арнольд Шварцнеггер о работе губернатором, переписке с Трампом и отношениях с Джеймсом Кэмероном «Люди искренне верили, что голосуют за Терминатора»: Арнольд Шварцнеггер о работе губернатором, переписке с Трампом и отношениях с Джеймсом Кэмероном

Большое интервью с Арнольдом Шварцнеггером

Forbes
Открыть в приложении