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

От поражения до победы От поражения до победы

Йом-кипур в Израиле отмечают практически все, даже не очень верующие люди

Дилетант
Историки установили кто придумал десятичную точку. Это великое открытие случилось в 1440 году, но о нем надолго забыли Историки установили кто придумал десятичную точку. Это великое открытие случилось в 1440 году, но о нем надолго забыли

Открытие Джованни Бьянкини было слишком революционным и было забыто

ТехИнсайдер
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Татьяна Кравченко: «Я сейчас абсолютно довольна своим одиночеством. Не стала ни для кого музой» Татьяна Кравченко: «Я сейчас абсолютно довольна своим одиночеством. Не стала ни для кого музой»

«На третьих «Сватах» я влюбилась в Федора Добронравова. Но зря я открылась ему»

Караван историй
Сердечные орешки! Сердечные орешки!

Как растут орешки кешью?

Наука и жизнь
Звездная пыль. Как Виктор Цой стал легендой Звездная пыль. Как Виктор Цой стал легендой

«Сноб» рассказывает культовую историю жизни Виктора Цоя

СНОБ
Юрий Соколов. Наша банда Юрий Соколов. Наша банда

Юрий Соколов — о своей театральной банде

Коллекция. Караван историй
Паукообразные обезьяны повторили мимику сородичей во время игры Паукообразные обезьяны повторили мимику сородичей во время игры

У людей нечеловеческих приматов есть так называемое игровое лицо

N+1
Не просто фитнес: как танец влияет на нашу личность Не просто фитнес: как танец влияет на нашу личность

Танец — это не просто вид искусства, но и способ сделать свою жизнь лучше

VOICE
Конец Орды Конец Орды

При Иване III Московское княжество освободилось от ордынской зависимости

Дилетант
«Я не провоцировала Сашу на выплески эмоций»: Дарья Урсуляк рассказала, как снималась шпионская драма «ГДР» «Я не провоцировала Сашу на выплески эмоций»: Дарья Урсуляк рассказала, как снималась шпионская драма «ГДР»

Дарья Урсуляк — о «ГДР», эмоциях на съемках и истории Горбачева

VOICE
11 вещей, которые вы сделали последний раз в жизни — и даже не подозревали об этом 11 вещей, которые вы сделали последний раз в жизни — и даже не подозревали об этом

Каждый день мы совершаем обыкновенные вещи, но однажды — в последний раз

Psychologies
Алексей Иванов: «Речфлот». Документальная основа романа «Бронепароходы» Алексей Иванов: «Речфлот». Документальная основа романа «Бронепароходы»

Как люди путешествовали и работали на пароходах в конце XIX века?

СНОБ
Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню» Берлинале-2024: как Руни Мара попала на «Кухню»

Какими приемами пользуются режиссеры и как их воспринимают зрители?

РБК
Надо поговорить Надо поговорить

Зачем же искусство small talk нужно современной занятой женщине?

VOICE
Британка победила депрессию, отказавшись от сна на 36 часов. Стоит ли следовать ее примеру? Британка победила депрессию, отказавшись от сна на 36 часов. Стоит ли следовать ее примеру?

47-летняя Джейми Гартон решила лечить депрессию необычным способом

Psychologies
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
Место силы Место силы

Двухэтажная квартира в здании бывшей фабрики

SALON-Interior
Что происходит с китайскими электрокарами после ДТП. Лайфхак от экспертов Что происходит с китайскими электрокарами после ДТП. Лайфхак от экспертов

При авариях китайские электрокары отключаются, как их чинить?

РБК
Когда случайно ступил в обуви мимо коврика: как отмыть полы от следов реагентов Когда случайно ступил в обуви мимо коврика: как отмыть полы от следов реагентов

Как очистить любой тип напольного покрытия подручными средствами от реагентов

ТехИнсайдер
Будущее в настоящем Будущее в настоящем

Искусственный интеллект: ожидания, страхи, реальность

Men Today
Подождите выбрасывать: 10 гениальных идей, что можно сделать из старой шторки для душа Подождите выбрасывать: 10 гениальных идей, что можно сделать из старой шторки для душа

Несколько потрясающих идей необычных методов использования душевой занавески

ТехИнсайдер
Пять «красных флажков», говорящих о том, что от партнера пора уходить Пять «красных флажков», говорящих о том, что от партнера пора уходить

Если оставаться в отношениях дальше, это принесет больше вреда, чем пользы

Psychologies
Что на самом деле значит фраза «делай, что хочешь»: скрытые смыслы и послания Что на самом деле значит фраза «делай, что хочешь»: скрытые смыслы и послания

Почему фраза «делай, что хочешь» несет за собой такой негатив?

Psychologies
Наталья Метелица Наталья Метелица

Наталья Метелица придумывает гениальные иммерсивные выставки

Собака.ru
«Токсичная подружка» Виталика Бутерина: кто такая Мин Чан и какова ее роль в Ethereum «Токсичная подружка» Виталика Бутерина: кто такая Мин Чан и какова ее роль в Ethereum

Отрывок из книги Лоры Шин «На шифре. Инсайдерская история криптовалютного бума»

Forbes
Слово пацанам Слово пацанам

На свете много мужчин, которые начинают общение с грубости и хамства. Зачем?

VOICE
«Я никогда не думал, что живу в свинцовые годы» «Я никогда не думал, что живу в свинцовые годы»

Режиссер Михаил Богин о своей жизни до и после эмиграции

Weekend
Яркие миры Яркие миры

Разноцветные животные планеты

Вокруг света
Madonna Madonna

Madonna — самая коммерчески успешная певица в истории мировой музыки

ЖАРА Magazine
Открыть в приложении