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

Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Владимир Ташлыков: «Не рискнул бы играть Господа Бога» Владимир Ташлыков: «Не рискнул бы играть Господа Бога»

Владимир Ташлыков о секретах съемок и неожиданных подарках поклонниц

StarHit
Чёрный передел: версия 1939 года Чёрный передел: версия 1939 года

Секретный протокол к Пакту о ненападении

Дилетант
Как вырастить ребенка оптимистом? Советы психотерапевта Как вырастить ребенка оптимистом? Советы психотерапевта

Чтобы ребенок рос счастливым и уверенным в себе, надо воспитывать в нем оптимизм

Psychologies
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
Сколько зарабатывают российские фигуристы: признания Елизаветы Туктамышевой (видео) Сколько зарабатывают российские фигуристы: признания Елизаветы Туктамышевой (видео)

О призовых, гонорарах и зарплатах спортсменов в российском фигурном катании

Maxim
Хищные скорпионницы мелового периода Хищные скорпионницы мелового периода

Результаты новой экспедиции на Хасуртый для сбора ископаемых насекомых

Наука и жизнь
Желание выжить сделает роботов разумными Желание выжить сделает роботов разумными

Биологический принцип гомеостаза создаст разумных роботов, с чувствами и мыслями

Популярная механика
10 примет времени, изменивших наш быт 10 примет времени, изменивших наш быт

Forbes представляет 10 самых ярких примет нашего времени

Forbes
Разумное чаепитие: как отец и дочь преодолели разногласия ради семейного дела Разумное чаепитие: как отец и дочь преодолели разногласия ради семейного дела

Синди Бигелоу годами искала с отцом компромиссы в управлении семейной компанией

Forbes
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
Обратная сторона славы Натальи Ветлицкой: годы затворничества и неудачи в любви Обратная сторона славы Натальи Ветлицкой: годы затворничества и неудачи в любви

Главный секс-символ 90-х Наталья Ветлицкая объявила о решении возродить карьеру

Cosmopolitan
На кемадеро в санбенито На кемадеро в санбенито

Инквизиция на долгое время стала чуть ли не символом Испании

Дилетант
Не сошлись характерами: как решать конфликты Не сошлись характерами: как решать конфликты

Как избежать конфликтов в семье, когда у каждого свой характер

Psychologies
Восток и его обитатели Восток и его обитатели

В озере Восток под ледовым щитом Антарктиды есть жизнь

Популярная механика
Новая «Норма»: каким получился спектакль Максима Диденко по книге Владимира Сорокина? Новая «Норма»: каким получился спектакль Максима Диденко по книге Владимира Сорокина?

Каким вышел спектакль, созданный Максимом Диденко и Константином Богомоловым

GQ
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Постоянно урчит в животе? Причины и 9 подсказок, как добиться тишины Постоянно урчит в животе? Причины и 9 подсказок, как добиться тишины

Почему урчит в животе у взрослого, и можно ли как-то от этого избавиться

Playboy
Миротворец-империалист Миротворец-империалист

Весь период правления Никита Сергеевич отчаянно боролся за мир

Дилетант
Любовь, склероз и проверка соискателей: как работают частные детективы в России Любовь, склероз и проверка соискателей: как работают частные детективы в России

У частных сыщиков нет особых прав — сплошные обязанности

РБК
Кто Вы, княгиня Эльга? Кто Вы, княгиня Эльга?

Отрывок из готовящейся к печати книги «Киев — Москва. Расхождение»

Дилетант
Город внутри Город внутри

Интерьер, в котором как в Зазеркалье отражается панорама большого города

AD
Что общего между гвоздём и Парижем? Что общего между гвоздём и Парижем?

Откуда появились выражение «гвоздя не хватило»?

Наука и жизнь
Бывшая девушка историка Олега Соколова дала интервью Бывшая девушка историка Олега Соколова дала интервью

Девушка анонимно рассказала о своих отношениях с историком Олегом Соколовым

Esquire
Норма крепости Норма крепости

Forbes впервые оценил надежность российских застройщиков

Forbes
Почему женщины выбирают партнера, похожего на их мать? Почему женщины выбирают партнера, похожего на их мать?

Почему именно материнская фигура больше всего влияет на выбор спутника жизни

Psychologies
О чем расскажет туфелька О чем расскажет туфелька

Рисуем психологический портрет… по твоей любимой обуви

Лиза
Николай Дроздов Николай Дроздов

Николай Дроздов опередил время, создав собственный жанр научного стендапа

Собака.ru
Как выбрать фотоаппарат для качественного фото и при этом не разориться Как выбрать фотоаппарат для качественного фото и при этом не разориться

Какая модель фотоаппарата подойдет именно вам.

CHIP
Начинаем прямо сейчас: 5 советов и 5 упражнений для регулярных тренировок Начинаем прямо сейчас: 5 советов и 5 упражнений для регулярных тренировок

5 простых упражнений, с которых легче всего начать

Psychologies
Открыть в приложении