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

Сила воли: что мешает нам добиваться цели Сила воли: что мешает нам добиваться цели

Проблема отсутствия силы воли – в образе жизни, который ее ослабляет

Psychologies
Выжжет глаза и отслоится роговица: 10 мифов о лазерной коррекции зрения Выжжет глаза и отслоится роговица: 10 мифов о лазерной коррекции зрения

Распространённые мифы о лазерной коррекции зрения

Cosmopolitan
На задворках двух империй На задворках двух империй

Как Пушкин и древнеримский поэт Овидий оказались практически в одном месте

Наука и жизнь
Как избавиться от герпеса: 12 эффективных способов борьбы с простудой на губе Как избавиться от герпеса: 12 эффективных способов борьбы с простудой на губе

Как вылечить герпес на губах — у вируса не останется никаких шансов

Playboy
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
«Конец ***го мира» — сериал о трудных подростках, которых вы не сможете не полюбить «Конец ***го мира» — сериал о трудных подростках, которых вы не сможете не полюбить

Сериал «Конец гребаного мира» — история о тинейджерах из британской глубинки

Esquire
Орудия пыток Орудия пыток

Для допросов с применением пыток были придуманы самые разные приспособления

Дилетант
Когда чужая зависть вызывает в нас чувство стыда Когда чужая зависть вызывает в нас чувство стыда

Как так получается, что человек, желая защитить себя от зависти, испытывает стыд

Psychologies
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
Viennacontemporary: артодоксия в действии Viennacontemporary: артодоксия в действии

Интервью с владельцем ярмарки современного искусства viennacontemporary

СНОБ
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
«Марафон желаний»: возможно ли делать успешное коммерческое женское кино в России «Марафон желаний»: возможно ли делать успешное коммерческое женское кино в России

Разговор с режиссером комедии "Марафон желаний" Екатериной Кононенко

Forbes
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
Значит, война: российские звезды, которые терпеть не могут друг друга Значит, война: российские звезды, которые терпеть не могут друг друга

Кто из российских знаменитостей не выносит друг друга?

Cosmopolitan
От книжного колеса до букридера От книжного колеса до букридера

Иллюстрированная история устройств для чтения

Наука и жизнь
Квоты в мешке Квоты в мешке

Правительство расписало трудовых мигрантов по отраслям

Огонёк
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Чудесная плесень Чудесная плесень

У открытия антибиотиков большая, долгая предыстория

Дилетант
Клятва Гиппократа. 9 мифов об отце медицины Клятва Гиппократа. 9 мифов об отце медицины

Поджигатель, правитель, автор основополагающего труда в истории медицины…

Вокруг света
Дэвид Лорен — о фильме «Very Ralph», своем отце и развитии компании Дэвид Лорен — о фильме «Very Ralph», своем отце и развитии компании

В 2018 году бренду Ralph Lauren исполнилось 50 лет

РБК
Сирийско-российская подводная археология Сирийско-российская подводная археология

Пять тысячелетий ближневосточной жизни — под водой

Наука
Как начать заниматься спортом? Как начать заниматься спортом?

Вам кажется, что вы слишком стары или толсты, чтобы купить абонемент на фитнес

Худеем правильно
Достучаться до небес Достучаться до небес

Заключенный концлагеря угоняет с их секретной военной базы бомбардировщик

Вокруг света
Басманные бабушки Басманные бабушки

Художник Аня Десницкая о зарисовках из жизни и разговоров бабушек

Seasons of life
Почему светят звёзды? Почему светят звёзды?

Какие внутренние процессы заставляют звёзды излучать свет?

Наука и жизнь
Александр Гудков Александр Гудков

Смешной человек — автор клипов Киркорова и журнала «Вог»,

Tatler
Триллионы на кону: почему миллиардер Аркадий Ротенберг передумал покидать большую стройку после Крымского моста Триллионы на кону: почему миллиардер Аркадий Ротенберг передумал покидать большую стройку после Крымского моста

Аркадий Ротенберг называл Крымский мост своим последним крупным проектом

Forbes
Клубни судьбы Клубни судьбы

Тарталетки с бататом — этого вы точно не готовили

Огонёк
Режиссер года: Алина Пязок Режиссер года: Алина Пязок

Алина Пязок — один из самых известных клипмейкеров страны

Glamour
6 способов не разориться на подарках 6 способов не разориться на подарках

Как купить подарки для родных, близких и друзей и не выйти за рамки бюджета

Домашний Очаг
Открыть в приложении