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

Почитать в лабиринте Почитать в лабиринте

Книжные магазины в России пытаются сохранить бизнес и лояльность покупателей

Эксперт
Сага о чёрных точках Сага о чёрных точках

Чёрные точки на лице – одна из самых распространённых дерматологических проблем

Здоровье
Дадим траве бой: выбираем лучшую леску для триммера! Дадим траве бой: выбираем лучшую леску для триммера!

Качество покоса травы напрямую зависит от триммерной лески

CHIP
Нино Грациано — о ресторанах в Москве и на Сицилии и ужинах в четыре руки Нино Грациано — о ресторанах в Москве и на Сицилии и ужинах в четыре руки

Интервью с Нино Грациано — шеф-поваром московских ресторанов Semifreddo

РБК
Ферменты под крышкой Ферменты под крышкой

Домашние квашения, соленья и маринады поддержат иммунитет и сохранят бюджет

Худеем правильно
«Он еще слишком мал»: в каком возрасте стоит приучать детей к работе по дому «Он еще слишком мал»: в каком возрасте стоит приучать детей к работе по дому

Как правильно приобщить ребенка к домашнему хозяйству

Psychologies
Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем Приз за тело: как устроены фитнес-марафоны и почему они подходят не всем

Можно ли доверять инстаграм-аккаунтам фитнес-марафонов?

РБК
Про животных и людей. Почему мучение котенка нам важнее, чем издевательства над школьником Про животных и людей. Почему мучение котенка нам важнее, чем издевательства над школьником

Человека допустимо унижать, а унижающие нуждаются в понимании и сочувствии

СНОБ
Союзников — на аукцион. Что на самом деле происходит в отношениях США и Турции Союзников — на аукцион. Что на самом деле происходит в отношениях США и Турции

Трамп продает курдов Турции

СНОБ
«Кто, если не мы» «Кто, если не мы»

Алексей Немов о своем шоу «Легенды спорта» и проекте «Немов-центр»

OK!
Почему не стоит потакать всем своим прихотям Почему не стоит потакать всем своим прихотям

Многие из нас хотят «всего и сразу», но такой подход может навредить

Psychologies
Джим Керри и Робин Уильямс – главные экспериментаторы 1990-х Джим Керри и Робин Уильямс – главные экспериментаторы 1990-х

Актеры знают, как удивить окружающих без макияжа и кучи блесток

GQ
За двумя зайцами… За двумя зайцами…

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

Cosmopolitan
Экс-гендиректор «Магнита» Ольга Наумoва нашла новую работу Экс-гендиректор «Магнита» Ольга Наумoва нашла новую работу

Ольга Наумова, покинувшая пост гендиректора «Магнита», завершила поиски работы

Forbes
Каково это — быть жертвой патологической зависти Каково это — быть жертвой патологической зависти

О том, каково приходится жертвам чужой зависти

Psychologies
Животные испытывают те же типы привязанности, что и люди Животные испытывают те же типы привязанности, что и люди

Кошки тоже умеют привязываться к хозяевам — совсем как мы к ним

Psychologies
Креста на них нет Креста на них нет

Американский миссионер отправился на затерянный остров в Индийском океане

GQ
Худеем правильно: как избежать растяжек и других неприятных последствий диеты Худеем правильно: как избежать растяжек и других неприятных последствий диеты

На весах минус 10-15 кг, но ты все равно не довольна собой

Cosmopolitan
Человек № 1. Москва, спорткомплекс «Динамо». Последний юбилей Льва Яшина Человек № 1. Москва, спорткомплекс «Динамо». Последний юбилей Льва Яшина

22 октября 2019-го великому вратарю исполнилось бы 90 лет

Огонёк
На природу На природу

Горожанам необходимо как можно чаще выбираться на природу. Почему?

Здоровье
Как выбрать свою первую электрогитару Как выбрать свою первую электрогитару

MAXIM выведал у главного гитарного эксперта России все хитрости

Maxim
Роковая ошибка Сталина Роковая ошибка Сталина

Стратегия советского диктатора помогла Гитлеру прийти к власти

Дилетант
Роман Ягупов: Прошлое для новой войны. Как Турция перекодирует собственную историю Роман Ягупов: Прошлое для новой войны. Как Турция перекодирует собственную историю

Успехи Турции вряд ли были бы возможны без изменения взглядов на историю страны

СНОБ
Направо и прямо до утра: как давать инструкции во время куннилингуса Направо и прямо до утра: как давать инструкции во время куннилингуса

Оральный секс для девушки — это возможность лечь на спину и просто расслабиться

Cosmopolitan
Почему важно вовремя разъехаться с родителями Почему важно вовремя разъехаться с родителями

Что мы теряем, продолжая жить под родительской крышей

Psychologies
Суп по правилам Суп по правилам

Поздняя осень – время, когда мысль о тёплом супчике греет душу

Худеем правильно
Вы в системе! Вы в системе!

Самые инновационные разработки, с которыми ваша жизнь станет беззаботной

Grazia
Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году Есть ли жизнь в космосе и другие вопросы, за которые дали Нобелевскую премию по физике и химии в этом году

Кому дали Нобелевские премии по физике и химии в 2019 году

Esquire
Могут ли приложения для смартфона побороть вашу депрессию Могут ли приложения для смартфона побороть вашу депрессию

Выясняем, заменят ли технологии профессиональную терапию

Vogue
Геворк Вермишян: «5G — Это вызов, и мы его приняли» Геворк Вермишян: «5G — Это вызов, и мы его приняли»

Когда в России будет запущено пятое поколение мобильной связи?

РБК
Открыть в приложении