Некоторые вопросы об устройстве Вселенной уже имеют ответы

Наука и жизньНаука

Вселенная известная и неизвестная

Академик Валерий Рубаков

0:00 /
1379.03
Академик Валерий Анатольевич Рубаков. Фото Наталии Лесковой.

Физик-теоретик, ведущий отечественный специалист по квантовой теории поля и космологии, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН академик Валерий Анатольевич Рубаков говорит, что в последние годы его основным увлечением стала ранняя Вселенная. Как всё начиналось? Это чрезвычайно интригующий вопрос. Хотя и несколько провокационный. Потому что, если было начало, значит, до этого не было ничего. А такое вряд ли возможно. Выходит, что-то было. Но что? И что было потом? А можно ли понять, что будет дальше? Вопросов об устройстве Вселенной множество, но среди них есть и такие, ответы на которые физики уже знают.

Когда мы говорим «ранняя Вселенная», то подразумеваем состояние, которое очень сильно отличалось от нынешнего. Сегодня у нас есть звёзды, галактики, планеты, наша Земля. Между ними достаточно пусто, холодно, температура равняется примерно 2,7 К. А раньше Вселенная была горячей, вещество в ней было плотным и никаких галактик в помине не было. Вещество было распределено равномерно. Откуда мы это знаем?

Примерно полвека назад стало известно, что существует реликтовое излучение. Что это такое? Мы знаем, что горячие тела излучают. Лампочка накаливания излучает свет, горячий чайник на плите излучает в инфракрасном диапазоне. Так вот, во Вселенной была ситуация, когда вещество было очень горячим и оно точно так же испускало электромагнитное излучение, которое дошло до наших дней.

Как известно, при очень высоких температурах атомы разваливаются на электроны и протоны и образуется особая среда — плазма. Пока вещество было в плазменном состоянии, для этого электромагнитного излучения плазма была непрозрачной. А когда Вселенная расширилась и плазма остыла примерно до трёх тысяч градусов, из свободных электронов и протонов образовались атомы водорода. Их было мало, примерно 250 штук в кубическом сантиметре. Этот разреженный газ был прозрачен для электромагнитного излучения. Именно такое излучение до нас и дошло. Его называют реликтовым.

Правда, его температура в тысячу раз ниже, чем была тогда. Это произошло из-за того, что Вселенная расширяется, пространство растягивается, увеличивается длина волны, что соответствует более низким энергиям фотонов и соответственно более низким температурам.

Открытие реликтового излучения оказалось прорывом в космологии: стало ясно, что ранняя Вселенная была горячей и там царили температуры по крайней мере 10 млрд градусов. До этого предполагали, что она может быть плотной, но холодной. Теперь горячая стадия – экспериментальный факт, не оставляющий сомнений.

Эпоха термоядерных реакций

При таких температурах в веществе происходят термоядерные реакции, как в нашем Солнце. Это процессы, в результате которых образуются в основном ядра гелия. В ту эпоху термоядерных реакций, кроме гелия, возникли ядра таких элементов, как дейтерий и литий. Их образование можно предсказать на основании того, что мы знаем о расширении Вселенной и веществе в ней. Это управляется общей теорией относительности и ядерной физикой. Мы можем совершенно точно посчитать, сколько и каких элементов должно быть синтезировано при таких температурах. Можно сравнивать наблюдение и теорию. И тут есть полное согласие, в результате чего совершенно очевидно: была горячая Вселенная и были сверхвысокие температуры.

Но когда стали изучать реликтовое излучение, появилось множество вопросов, на которые невозможно ответить, если считать, что горячая стадия была самой первой. Мы знаем, что есть галактики, есть скопления галактик, и они представляют собой неоднородности вещества.

Неоднородности во Вселенной были и в очень ранние времена. Они проявляются в свойствах реликтового излучения. Его температура где-то больше, где-то меньше. Это потому, что где-то вещества образовалось больше, плотность его была выше и температура соответственно тоже выше. А где меньше — там ниже. Эти эффекты обнаружены только в 90-х годах прошлого века, то есть, можно сказать, недавно. Открытие и исследования реликтового излучения были отмечены несколькими Нобелевскими премиями, в том числе и в нынешнем году.

Оказывается, распределение температуры может многое сказать о том, как устроены неоднородности во Вселенной. Из их свойств мы знаем, что образование первичных неоднородностей произошло на очень ранней стадии, которая предшествовала стадии горячей Вселенной, а из них потом, сравнительно недавно возникли галактики, скопления галактик, мы с вами.

Путешествие во времени

Сейчас мы уверены в том, что горячая стадия не была самой первой. Почему? Будем рассуждать от противного. Мысленно перенесёмся на 14 млрд лет назад, когда произошёл Большой взрыв. С ним, кстати, тоже далеко не всё понятно. Что такое Большой взрыв в классическом понимании? Сингулярность. На уровне классической физики это бесконечная плотность энергии, бесконечный темп расширения, такая сингулярная ситуация, которая, наверное, как-то разрешается в квантовой физике. Там действуют совсем другие законы, но это какое-то пока ещё не описанное состояние пространства, времени, материи.

Как бы там ни было, давайте предположим, как считалось долгие годы, что горячая стадия была самая первая. За прошедшее с тех пор время свет пролетел известное расстояние — примерно 45 млрд световых лет. А к тому моменту, когда образовалось реликтовое излучение, этот размер был существенно меньше. Это масштаб примерно миллиона световых лет.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Безглютеновая диета: необходимость или дань моде Безглютеновая диета: необходимость или дань моде

Как кишечник влияет на моральное здоровье человека

СНОБ
Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале

Масон, заговорщик, бездарный полководец, «выезжавший» за счет чужих достижений?

Вокруг света
Уроки Лагоса: как работа в Нигерии учит новому взгляду на жизнь и бизнес Уроки Лагоса: как работа в Нигерии учит новому взгляду на жизнь и бизнес

Как жизнь в Нигерии учит смотреть на привычные вещи с новой стороны

Forbes
Борьба с «врагами народа» Борьба с «врагами народа»

От древнеримских проскрипций до наших дней

Наука и жизнь
Мои университеты. Как женщины продвигали высшее образование в России Мои университеты. Как женщины продвигали высшее образование в России

Борьба за допуск женщин к высшему образованию началась в XIX веке

Forbes
От книжного колеса до букридера От книжного колеса до букридера

Иллюстрированная история устройств для чтения

Наука и жизнь
Знаменитые «еретики» Знаменитые «еретики»

Обвинение в ереси позволяло любого неугодного отправлять на костёр

Дилетант
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Королевская семья и британская пресса: история взаимоотношений Королевская семья и британская пресса: история взаимоотношений

Королевская семья и британская пресса: история взаимоотношений

Esquire
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
От премьеров к миллиардерам: из чего вырос ресторан братьев Ротенбергов От премьеров к миллиардерам: из чего вырос ресторан братьев Ротенбергов

Семья миллиардеров Ротенбергов поначалу хотела сделать ресторан только для своих

Forbes
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Ирина Рейдер: «Считаю себя евангелистом шеринга» Ирина Рейдер: «Считаю себя евангелистом шеринга»

Каково быть женщиной-руководителем в традиционно «мужской» отрасли

РБК
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Пиджак как знак протеста Пиджак как знак протеста

Взлеты, падения и триумфальное возвращение формального мужского костюма

Esquire
Философский камень, или немного sapientia ex cupro Философский камень, или немного sapientia ex cupro

Идеи вечной жизни, молодости и излечения от всех болезней не умерли

Наука и жизнь
Успешные девушки поколения Z: история диджитал-художницы Кейт Иллюстрейт Успешные девушки поколения Z: история диджитал-художницы Кейт Иллюстрейт

Променять престижный офис на возможность реализовать себя

Cosmopolitan
Антифашисты в немецких мундирах Антифашисты в немецких мундирах

Заговор против Гитлера окончился двойной неудачей

Дилетант
Дело по душе: 7 историй о том, как превратить хобби в многомиллионный бизнес Дело по душе: 7 историй о том, как превратить хобби в многомиллионный бизнес

Говорят, лучшая работа — это высокооплачиваемое хобби.

Forbes
Писаная красота Писаная красота

Византийское «наследство» в виде письменности

Дилетант
Как быть, если из вашей супружеской жизни исчез секс? Как быть, если из вашей супружеской жизни исчез секс?

Насущная и понятная многим проблема – отсутствие половой жизни

GQ
Следи за собой Следи за собой

Статистика знает все обо всех, но ничего не скажет о конкретном человеке

Популярная механика
«Я куда более созвучна с Петербургом, чем с Москвой» «Я куда более созвучна с Петербургом, чем с Москвой»

Паулина Андреева объяснила, почему любит Питер больше, чем Москву

Grazia
Жизненная сила Жизненная сила

Теории о формах жизни - от живых камней до плазменных жителей космоса

Вокруг света
Даниил Берг — о проблемах российских дизайнеров, моде и комфорте Даниил Берг — о проблемах российских дизайнеров, моде и комфорте

Мы поговорили с создателем марки Daniilberg о его прошлом и планах на будущее

РБК
«Мне интересно со святыми» «Мне интересно со святыми»

Разговор с Леонидом Огородновым, автором методики «агиодрама»

Psychologies
«Делайте что хотите»: как и зачем основатель Qiwi оставил бизнес на 9 месяцев ради кругосветки «Делайте что хотите»: как и зачем основатель Qiwi оставил бизнес на 9 месяцев ради кругосветки

Гость этого выпуска — основатель и совладелец Qiwi Сергей Солонин

Forbes
«Еще один налог на предпринимателей»: как «суверенный интернет» изменит жизнь российского бизнеса «Еще один налог на предпринимателей»: как «суверенный интернет» изменит жизнь российского бизнеса

Как риск отключения от глобального интернета влияет на российский бизнес?

Forbes
Топ-10 причин, почему пары расстаются чаще всего (спойлер: не из-за измен) Топ-10 причин, почему пары расстаются чаще всего (спойлер: не из-за измен)

Все пары разные, но проблемы у них часто похожи

Playboy
Открыть в приложении