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

Электрическая ракета, которая изменит войну Электрическая ракета, которая изменит войну

Барражирующие боеприпасы «Ланцет», которые могут в корне изменить войны будущего

Популярная механика
5 музыкантов, чье творчество живет после их смерти, — от Лил Пипа до Леонарда Коэна 5 музыкантов, чье творчество живет после их смерти, — от Лил Пипа до Леонарда Коэна

Современным музыкантам становится сложнее не выпускать альбомы даже после смерти

Esquire
Куда плывёт плаун? Куда плывёт плаун?

Как растения образуют «ведьмин круг»?

Наука и жизнь
Связи решают: рекомендации по нетворкингу от шести предпринимательниц Связи решают: рекомендации по нетворкингу от шести предпринимательниц

Неочевидные стратегии в налаживании деловых связей от представительниц бизнеса

Forbes
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

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

Королевская семья и британская пресса: история взаимоотношений

Esquire
Советский модернизм Советский модернизм

Вспоминая архитектурную «перестройку»

Наука и жизнь
Бoй с курантами Бoй с курантами

Год может оказаться куда лучше, чем праздник в честь его прихода

Добрые советы
Генераторы ритма и размеры животных Генераторы ритма и размеры животных

Периодические движения у животных: что это?

Наука и жизнь
Тимоти Шаламе: «Главное – оставаться самим собой» Тимоти Шаламе: «Главное – оставаться самим собой»

Тимоти Шаламе – о взрослении, актерских принципах и ностальгии

Cosmopolitan
Эволюция вселенной и открытие первой экзопланеты Эволюция вселенной и открытие первой экзопланеты

Нобелевский комитет обратил свой взор на работы, связанные с глубинами Вселенной

Наука и жизнь
7 фильмов, которые заставили людей убегать из кинотеатра 7 фильмов, которые заставили людей убегать из кинотеатра

А вам когда-нибудь приходилось выбегать из кинотеатра

РБК
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
Знакомьтесь, пирометр: измеряем температуру дистанционно Знакомьтесь, пирометр: измеряем температуру дистанционно

Где используется пирометр, как им работать и как выбрать подходящий прибор

CHIP
Часы марсианского тракториста Часы марсианского тракториста

Когда и зачем человеку может понадобиться новая система измерения времени?

Вокруг света
Алкоголь поможет спорту: зачем пиво возвращают на российские стадионы Алкоголь поможет спорту: зачем пиво возвращают на российские стадионы

Почти 15 лет в России запрещено продавать пиво на футболе

Forbes
100 самых сексуальных женщин страны: 100-53 100 самых сексуальных женщин страны: 100-53

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Хищные вещи Йипа ван Леуэнстейнa Хищные вещи Йипа ван Леуэнстейнa

Дизайнер Йип ван Леуэнстейн пытается решать проблемы человечества

Популярная механика
100 самых сексуальных женщин страны: 52-1 100 самых сексуальных женщин страны: 52-1

Итоговый рейтинг «100 самых сексуальных женщин страны – 2019»

Maxim
Кто медленно ходит — медленно думает Кто медленно ходит — медленно думает

Между темпом ходьбы и тем, как мозг обрабатывает информацию есть взаимосвязь

Psychologies
Новый Jeep Compass. Переход через Рубикон Новый Jeep Compass. Переход через Рубикон

Фактически он - воплощение итальянских творческих решений с 2,4-литровым мотором

4x4 Club
«Сергей разрушит эту чертову компанию»: WSJ узнала, как Google манипулирует поиском «Сергей разрушит эту чертову компанию»: WSJ узнала, как Google манипулирует поиском

Что стало причиной конфликта между Сергеем Брином и Ларри Пейджем?

Forbes
Найдена звезда с иной структурой магнитного поля Найдена звезда с иной структурой магнитного поля

Астрофизики обнаружили систему с необычной нейтронной звездой

Популярная механика
То ли волк, то ли собака То ли волк, то ли собака

Откуда появляются волкособаки?

Наука и жизнь
27 вещей, которые так же хороши, как секс, — или даже лучше 27 вещей, которые так же хороши, как секс, — или даже лучше

Секс — это, конечно, хорошо, но есть и другие не менее приятные занятия

Psychologies
«Мы ссоримся в переписке» «Мы ссоримся в переписке»

Супруги из Москвы, 35-летняя Инна и 38-летний Амир, общаются с помощью СМС

Psychologies
Эротик-арт Сандры Ковальски Эротик-арт Сандры Ковальски

Sandra Kowalski покупают миллионеры и тусовщики, арт-география – весь мир

Playboy
ГИБДД начала охоту на тонировку: сажают на 5 суток ГИБДД начала охоту на тонировку: сажают на 5 суток

С начала года за слишком глухую тонировку наказали 164 280 автомобилистов

РБК
Неронные связи: 7 мифов о римском императоре Неронные связи: 7 мифов о римском императоре

Правда и мифы о римском императоре Нероне

Вокруг света
Когда простота — уникальная технология: тест JAC S3 Когда простота — уникальная технология: тест JAC S3

Компактный китайский кроссовер менее чем за 800 тысяч рублей

Популярная механика
Открыть в приложении