Космологии многое предстоит сделать в будущем, но серьезный фундамент уже создан

Знание – силаНаука

Современная космология – точная наука

Беседовал Игорь Харичев

Сегодня мы очень много знаем о Вселенной. Мы знаем, как она родилась, как развивалась в первые доли секунды, минуты, годы, сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет, почему она такая, какая есть, и как будет развиваться дальше. Нет-нет, еще рано подводить черту, еще не на все вопросы получен ответ. Космологии многое предстоит сделать в будущем. Но серьезный фундамент уже создан.

Мы говорим о существенном вкладе в фундамент современной космологии отечественных ученых. Наш собеседник Игорь Иванович Ткачев, астрофизик, космолог и специалист в области физики элементарных частиц, академик РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом экспериментальной физики Института ядерных исследований РАН.

«Знание – сила»: Игорь Иванович, космология тесно связана с физикой элементарных частиц. Наверное, если говорить о каких-то достижениях вообще космологии и о достижениях отечественных ученых, надо говорить и о космологии, и о физике элементарных частиц. Что реально можно предъявить как достижение отечественных ученых в этих двух сильно связанных сферах науки?

Игорь Ткачев: Я бы в этой паре выделил космологию. На удивление много российские ученые внесли в развитие космологии. Не знаю, с чем это связано. Возможно, с российскими просторами, когда во многих местах можно лечь на землю и вдосталь смотреть на полный небосвод в безлунную ночь.

Можно говорить об основополагающем вкладе наших ученых во всю космологию, включая современную, которая уже стала точной наукой. Александр Александрович Фридман (1888—1925), петербургский ученый, первым решил уравнение Эйнштейна, осознав, что его можно применить ко Вселенной в целом. Написал метрику, решил уравнение и показал, что Вселенная расширяется. Стационарного решения нет. Это фундаментальный вклад в космологию. Эйнштейн в это не поверил, долго с Фридманом переписывался, спорил, потому что для него такой результат был неприемлем: если Вселенная расширяется, значит, она расширяется изначально из сингулярности – из точки и из бесконечной плотности. Как так? Значит, был акт творения, а если акт творения, значит, должен быть творец, и это «не научно».

Эйнштейн считал, что Вселенная должна быть стационарна. Что она не меняется. (Хотя это тоже не решает проблемы: даже если она стационарна, откуда она взялась?) В общем, он хотел стационарной Вселенной, чтобы не было акта творения. И ввел космологическую постоянную в уравнение. Решил и нашел стационарное решение. Как потом выяснилось, решение неправильное. Если ввести космологическую постоянную, все равно будет Вселенная расширяться или сжиматься, в зависимости от того, на какой стадии находится. Если сжимается, потом будет отскок. Фридман помог ему понять, что решение было найдено неправильно. И он признал: это была самая большая ошибка его жизни – введение космологической постоянной. Позже выяснилось, что это как раз не ошибка. Космологическая постоянная есть, она подтверждена экспериментально в наблюдениях, и за это открытие дали Нобелевскую премию1.

1 В 2011 году Нобелевская премия по физике вручена космологам Солу Перлмуттеру, Брайану Шмидту и Адаму Риссу, собравшим доказательства того, что Вселенная расширяется с ускорением.

Александр Александрович Фридман

Космологическая постоянная работает как антигравитация, заставляя Вселенную расширяться с ускорением. Если гравитация замедляет движение разлетающихся тел, темная энергия действует обратным образом: тела все быстрее и быстрее будут удаляться. Но она проявляется на больших масштабах. Это энергия вакуума. И она играет сейчас, в общем, фундаментальную роль в нашем понимании, как появилась Вселенная, откуда взялось вещество в ней. Это как раз следствие того, что энергия вакуума может не быть равной нулю в современной физике элементарных частиц. Вакуум – сложное состояние, в котором нет реальных частиц, есть только виртуальные, которые рождаются и уничтожаются. Энергия вакуума – это энергия низшего состояния всех квантованных полей.

Энергия вакуума глазами художника

«ЗС»: Ускоренное расширение Вселенной означает, что сегодня в ее энергетическом балансе энергия вакуума доминирует над темной материей и обычным веществом.

И. Т.: Да, и мы вернемся к этому позже. Если говорить о вкладе российских и советских ученых в космологию в исторической последовательности, то следующий после Фридмана, первого столпа современной космологии, второй столп – это Георгий Антонович Гамов (1904—1968), отец теории горячей Вселенной. Исходно он был физик-ядерщик. И вот тут как раз проявляется связь физики элементарных частиц, астрофизики и космологии. Гамов создал теорию эволюции звезд, основанную на термоядерных реакциях. Вклад его тут огромен. Помимо прочего, он осознал, что основной энергетический механизм на Солнце – термоядерная реакция синтеза гелия из атомов водорода. Он рассчитал, зная светимость Солнца, сколько выделяется энергии, и соответственно сколько происходит таких реакций в единицу времени. Вычислил, сколько будет гелия наработано в Солнце за всю его историю. И увидел, что на Солнце гелия больше, чем то количество, которое там могло наработаться. И задался вопросом: откуда взялся в нашем светиле лишний гелий? И Гамов сделал правильный вывод, что когда-то Вселенная была горячей. Там и тогда и возник излишек, вне Солнца.

Георгий Антонович Гамов

Ну, а если она была горячая, то от этого должен был остаться какой-то след. То, что мы называем сейчас реликтовым излучением. Гамов посчитал его температуру и вычислил правильно. Сейчас космология шагнула далеко вперед, сейчас это прецизионная наука, очень строгая – с колоссальной точностью мы знаем и состав Вселенной, и ее историю, как раз изучая реликтовое излучение. А тогда все было на уровне гипотез и оценок. Гамов с учениками нашел, что в наше время температура этого излучения должна быть в районе от одного до десяти градусов выше абсолютного нуля. Удивительно точно для тех данных, которыми он располагал. В 1949 году Фред Хойл, который придерживался необоснованной концепции стационарной Вселенной, на радиошоу дал ироничное название теории горячей Вселенной Гамова: Big Bang, Большой Взрыв. Если быть точным, перевод с английского скорее Большой Хлопок, тут есть коннотация с «много шума из ничего». В 1950 году Гамов уточнил, что температура Вселенной сегодня скорее всего 3 градуса. Реликтовое излучение потом было обнаружено, с температурой 2,7 К, и за него дали Нобелевскую премию. Но увы, до того работы Гамова были забыты. Только в 1964 году сходные результаты, и их развитие, были вновь получены американскими физиками Робертом Дикке и Джимом Пиблсом, и советскими физиками Андреем Георгиевичем Дорошкевичем и Игорем Дмитриевичем Новиковым. Сложность принятия концепции подчеркивает тот факт, что их учитель, выдающийся советский физик Яков Борисович Зельдович (1914—1987), вплоть до экспериментального открытия реликтового излучения придерживался теории холодной вселенной.

«ЗС»: На самом деле экспериментально реликтовое излучение обнаруживали и до работ Гамова. Только не понимали, с чем имеют дело.

И. Т.: Да, первое косвенное обнаружение на тот момент непонятного микроволнового излучения имело место в 1941 году. Канадский астроном Эндрю Мак-Келлар изучал звездные спектры в Галактике и обнаружил спектральные линии поглощения света, которые им объяснялись, только если поглощающие молекулы возбуждаются излучением неизвестной природы с температурой примерно два с половиной градуса Кельвина. Но теории горячей Вселенной еще не было, началась Вторая мировая война, и все было забыто.

В 1955 году советский радиофизик Тигран Арамович Шмаонов, который был тогда аспирантом в Пулковской обсерватории, занимаясь проблемой калибровки радиотелескопов, обнаружил, что куда ни посмотри на небо, всюду есть излучение в 3 градуса. Это был неожиданный результат. Все мировое научное сообщество считало, что никакого такого излучения быть не должно. Гамов‑то ведь был забыт. Тигран Арамович долго мучился, обсуждал с теоретиками, но объяснения этому не было найдено. Но он верил в свои данные и статью с результатами этих калибровок все-таки опубликовал, считал, что за этим стоит настоящий эффект. По преданию, он даже видел 3 градуса, плюс-минус градус. Не знаю как было на самом деле, но в опубликованной его статье 4 плюс-минус 3. Так или иначе, он видел реликтовое излучение за 8 лет до его официального открытия.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Как избавиться от фюрера Как избавиться от фюрера

Первый из заговоров антигитлеровского Сопротивления сложился в 1938 году

Дилетант
Аристократка и кастрат Аристократка и кастрат

Биография жившего в Москве XVIII века итальянского эмигранта Пьетро Мускьетти

Weekend
Не забывать о смерти Не забывать о смерти

В нескольких строках Дмитрий Мамин-Сибиряк выразил целую жизненную философию

Дилетант
Социальный конструктор: как регулировать платформенную экономику Социальный конструктор: как регулировать платформенную экономику

Как найти подход к регулированию платформенной занятости?

Forbes
Персона Персона

О строительстве в историческом центре и работе с российскими архитекторами

Robb Report
Одиночество или романтические отношения? Ученые назвали преимущества жизни без партнера! Одиночество или романтические отношения? Ученые назвали преимущества жизни без партнера!

Одинокая жизнь не всегда связана с грустью и печалью

ТехИнсайдер
Человеческий фактор Человеческий фактор

Как голландцы спасли свои каналы, а упавший самолет – целый район?

Вокруг света
Формулы красоты Формулы красоты

Книга природы написана языком математики

Вокруг света
5 самых абсурдных теорий заговора про знаменитостей. Часть III 5 самых абсурдных теорий заговора про знаменитостей. Часть III

Что масоны и рептилоиды скрывают о наших кумирах…

Maxim
Диета Бубновского: как нужно питаться, чтобы забыть об остеохондрозе, боли в спине и шее Диета Бубновского: как нужно питаться, чтобы забыть об остеохондрозе, боли в спине и шее

Отрывок из книги «Золотая книга» о здоровье позвоночника

VOICE
Продолжительность жизни собак связали с породой и формой головы Продолжительность жизни собак связали с породой и формой головы

Группы пород, которые сталкиваются с высоким или низким риском ранней смерти

N+1
Эмма Стоун, Бред Питт и Дженнифер Лоуренс: 12 звезд, которые не пользуются соцсетями Эмма Стоун, Бред Питт и Дженнифер Лоуренс: 12 звезд, которые не пользуются соцсетями

Знаменитости, которые оберегают свою личную жизнь от соцсетей

Forbes
Правило «2-2-2»: как паре стать счастливее с помощью простых ритуалов Правило «2-2-2»: как паре стать счастливее с помощью простых ритуалов

Отношения с партнером превратились в рутину?

Psychologies
Почему четвертый сезон «Настоящего детектива» получился хуже некуда? Почему четвертый сезон «Настоящего детектива» получился хуже некуда?

Пять причин не смотреть новый сезон «Настоящего детектива»

Maxim
Какой должна быть мощность всасывания пылесоса Какой должна быть мощность всасывания пылесоса

Как подобрать правильную мощность домашнего пылесоса?

CHIP
Нейроны ощутили сердцебиение механорецепторами и синхронизировались с ним Нейроны ощутили сердцебиение механорецепторами и синхронизировались с ним

Нейроны обонятельных луковиц синхронизируют свои осцилляции с сердцебиением

N+1
Холст, масло, крик Холст, масло, крик

20 фактов про самую известную картину Эдварда Мунка

Weekend
Чертоги разума: почему вредно знать слишком много и как правильно запоминать информацию Чертоги разума: почему вредно знать слишком много и как правильно запоминать информацию

Оказывается, для эффективной работы мозга необходимо уметь забывать

Psychologies
История главного символа Московского Кремля: почему рубиновые звезды никогда не гаснут? История главного символа Московского Кремля: почему рубиновые звезды никогда не гаснут?

Какие события вынудили погасить главный символ Красной площади?

ТехИнсайдер
Актер Кузьма Котрелев: За подлинным искусством всегда стоит личность Актер Кузьма Котрелев: За подлинным искусством всегда стоит личность

Актер Кузьма Котрелев — чем отличается искусство от коммерческой продукции

СНОБ
Короткая история «Тринадцати» — творческой группы начала XX века Короткая история «Тринадцати» — творческой группы начала XX века

Группа «13» началась с общего интереса ее участников к документальному рисунку

СНОБ
«Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы» «Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы»

Зачем ученые объединяют радиосигналы телескопов

N+1
От пения у закусочной до «Грэмми»: 5 фактов о Виктории Моне От пения у закусочной до «Грэмми»: 5 фактов о Виктории Моне

Виктория Моне: долгий путь к славе и любовь к диско 1970-х

Правила жизни
Юные фото Шерилин Фенн, той самой сочной ягодки, что языком завязала черешок вишни в узелок в «Твин Пиксе» Юные фото Шерилин Фенн, той самой сочной ягодки, что языком завязала черешок вишни в узелок в «Твин Пиксе»

Слаще вишневого пирога в закусочной «RR»!

Maxim
Об особенностях «межгалактического общения» Об особенностях «межгалактического общения»

Мерджинг можно определить как вид взаимодействия галактик

Наука и техника
Глюкометр: какой лучше выбрать для контроля сахара Глюкометр: какой лучше выбрать для контроля сахара

Разбираемся, какими бывают и какой выбрать глюкометр для дома

CHIP
Лянка Грыу: «Важные решения нужно принимать, когда радость от нового шага больше страха перемен» Лянка Грыу: «Важные решения нужно принимать, когда радость от нового шага больше страха перемен»

Лянка Грыу — о пережитой депрессии, медитативной роли уборки и новой любви

Здоровье
«Приливы кельтов»: что такое розацеа и как избежать ее развития «Приливы кельтов»: что такое розацеа и как избежать ее развития

У кого и почему развивается розацеа?

Psychologies
Ослепительная четверка Ослепительная четверка

Эти женщины вершили китайскую историю, губили и спасали царств

Вокруг света
Что нужно делать, чтобы укрепить слабую сторону тела: простая инструкция! Что нужно делать, чтобы укрепить слабую сторону тела: простая инструкция!

Замечали, что ваше тело развито несимметрично?

ТехИнсайдер
Открыть в приложении