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

Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке

Первооткрыватель Австралии и Новой Зеландии, оружие и обед туземцев

Вокруг света
Гармония хаоса Гармония хаоса

Обустрой в квартире пространство для творчества так, чтобы не страдали близкие

Лиза
На задворках двух империй На задворках двух империй

Как Пушкин и древнеримский поэт Овидий оказались практически в одном месте

Наука и жизнь
На все руки мастер: выбираем мультитул На все руки мастер: выбираем мультитул

Как выбрать мультитул и почему не стоит покупать китайские аналоги

CHIP
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Киндер, окстись! Киндер, окстись!

Маленькая шведская девочка Грета Тунберг все-таки не получила Нобелевскую премию

Maxim
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
Главная школа стартапера: миллиардер Дэвид Даффилд об опыте, который нужен успешному предпринимателю Главная школа стартапера: миллиардер Дэвид Даффилд об опыте, который нужен успешному предпринимателю

Чему может научить предпринимателя большая компания?

Forbes
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Русские ереси Русские ереси

На Руси также были те, кого церковь не желала считать истинно верующими

Дилетант
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
Влюбиться по собственному желанию: способны ли мы управлять чувствами? Влюбиться по собственному желанию: способны ли мы управлять чувствами?

Любовь — романтическое чувство, неподвластное разуму. Так ли это?

Psychologies
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Как войти в свет без денег и связей Как войти в свет без денег и связей

Добрая фея Алексей Ситников научит Золушку быть лучшим другом джетсеттерам

Tatler
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Между коррупцией и неэффективностью: как найти золотую середину в системе госзакупок Между коррупцией и неэффективностью: как найти золотую середину в системе госзакупок

Не все проблемы можно решить «ужесточением» или «упрощением»

Forbes
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
«Это было волнительно!» «Это было волнительно!»

Наши читатели поделились личным опытом пользования шеринг-услугами

РБК
Рождение и гибель мегаполисов Рождение и гибель мегаполисов

Почему Вавилон пришел в упадок?

Вокруг света
Метод Хо’опонопоно: меняя мир, начни с себя Метод Хо’опонопоно: меняя мир, начни с себя

Каждый из нас — часть большого мира, а большой мир живет в каждом из нас

Psychologies
Подлинный Пестель Подлинный Пестель

Раритетный портрет Павла Ивановича Пестеля

Дилетант
Геймер — не диагноз! Геймер — не диагноз!

Если подросток увлечен компьютерными играми, это не повод тащить его к психиатру

Psychologies
Хаски-шоу Хаски-шоу

Хаски о том, как «петь свою музыку» и не плясать под чужую дудку

Esquire
Песня Катюши Песня Катюши

Кэт Грэм о вдохновении девяностыми, серьезном кино и русских корнях

Vogue
Владимир Познер о Боге, Москве и автомобилях. Большое интервью Владимир Познер о Боге, Москве и автомобилях. Большое интервью

Интервью с Владимиром Познером

4x4 Club
7 главных правил безопасности домашнего электрика, которые должен соблюдать каждый 7 главных правил безопасности домашнего электрика, которые должен соблюдать каждый

Каждому из нас время от времени приходится ремонтировать электрику в доме

CHIP
Сцены из деревенской жизни Сцены из деревенской жизни

Умбрия — это новая Тоскана. Только здесь дешевле, вкуснее и гораздо человечнее

Tatler
Подпольный крематорий, где сжигали останки людей и тела животных, найден в Кургане Подпольный крематорий, где сжигали останки людей и тела животных, найден в Кургане

О предприятии СМИ сообщил его бывший сотрудник

Esquire
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
Глава Тинькофф Банка: «Пузыря в кредитовании нет, но его все боятся» Глава Тинькофф Банка: «Пузыря в кредитовании нет, но его все боятся»

Почему в споре о перегреве на рынке кредитования правы и Орешкин, и Набиуллина

Forbes
Открыть в приложении