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
9 событий, которые происходили 29 февраля в разные годы 9 событий, которые происходили 29 февраля в разные годы

Какие удивительные события приносила с собой мистическая дата високосного года?

Maxim
Ещё раз о Вагнере… Ещё раз о Вагнере…

Творчество Вагнера у одних вызывает восторг, у других неприятие

Дилетант
Первые или никакие: почему мы проиграли лунную гонку Первые или никакие: почему мы проиграли лунную гонку

Проект пилотируемой экспедиции на Луну не стал в СССР национальным приоритетом

Монокль
Зло под солнцем: что такое тропическая медицина и какие болезни представляют наибольшую угрозу для путешественников Зло под солнцем: что такое тропическая медицина и какие болезни представляют наибольшую угрозу для путешественников

Опасные заболевания постепенно осваивают умеренные широты

Вокруг света
Где-то есть счастливые копии нашей Вселенной. О новом фильме «Прошлые жизни» Где-то есть счастливые копии нашей Вселенной. О новом фильме «Прошлые жизни»

О том, какие культурные уровни спрятаны в мелодраме «Прошлые жизни»

СНОБ
Откат для Троцкого Откат для Троцкого

Это сегодня о Косенко пишут «выдающийся советский разведчик» и ставят его бюсты

Дилетант
«Меня постоянно бросают»: как построить надежные отношения «Меня постоянно бросают»: как построить надежные отношения

Что делать, если ты влюбляешься в мужчин, а они все время тебя бросают?

Psychologies
С приставкой E: как развиваются онлайн-сервисы такси, доставки и бронирования в России С приставкой E: как развиваются онлайн-сервисы такси, доставки и бронирования в России

Условный таймлайн развития сервисов такси, доставки и бронирования в России

Правила жизни
Никогда не оставайся Никогда не оставайся

Мотивы и маршруты перемещения кинорежиссеров в пространстве

Weekend
Рыбам-клоунам не понравились сородичи с таким же количеством полос Рыбам-клоунам не понравились сородичи с таким же количеством полос

Животные способны различать сородичей по голосу, цвету или другим признакам

N+1
Первая физико-географическая экспедиция С.О. Макарова Первая физико-географическая экспедиция С.О. Макарова

Как капитан 2 ранга и моряк до мозга костей ходил в экспедицию по степи

Наука и техника
ПИФы всплывают за деньгами ПИФы всплывают за деньгами

Высокая ставка сделала денежные фонды самыми интересными для инвесторов

Монокль
Кожа, в которой я пишу Кожа, в которой я пишу

«Американское чтиво»: умная сатира на политкорректность

Weekend
Упаковка меняет имя Упаковка меняет имя

Как меняются производители упаковочных материалов

Деньги
Спасение явлений Спасение явлений

Как Галилео Галилей стал мучеником науки

Weekend
Лазанья Лазанья

Лазанья — паста с долгой историей, хотя часто ее даже не воспринимают как пасту

Bones
Харассмент в медицине: почему женщинам-врачам и медсестрам так сложно себя защитить Харассмент в медицине: почему женщинам-врачам и медсестрам так сложно себя защитить

Женщины-врачи и медсестры в России регулярно сталкиваются с домогательствами

Forbes
Бейсджампинг, родео и стритлагинг: 10 самых травмоопасных видов спорта Бейсджампинг, родео и стритлагинг: 10 самых травмоопасных видов спорта

Экстремальные виды спорта, которые наиболее опасны для вашего здоровья

ТехИнсайдер
Какая рабочая температура двигателя считается нормой Какая рабочая температура двигателя считается нормой

Все о рабочей температуре двигателя: что такое, какая норма, неисправности

РБК
Если вас отвергли: 7 советов, как это пережить Если вас отвергли: 7 советов, как это пережить

Как пережить разрыв с близким человеком, если он произошел не по вашему желанию

Psychologies
Как набрать мышечную массу: научный подход к идеальному телу Как набрать мышечную массу: научный подход к идеальному телу

Секрет подтянутого, рельефного тела заключается не только в тренировках

ТехИнсайдер
Звезда «Слова пацана» Рузиль Минекаев рассказал о том, как пережил смерть отца Звезда «Слова пацана» Рузиль Минекаев рассказал о том, как пережил смерть отца

Рузиль Минекаев признался, что потерял папу еще в детстве

Psychologies
Задача гуманитариев – добывать новое знание и отстаивать истину Задача гуманитариев – добывать новое знание и отстаивать истину

Валерий Тишков о достижениях в сфере гуманитарных наук за последние десятилетия

Знание – сила
Российское небо в 2024-м Российское небо в 2024-м

Ушедший год запомнился не самым большим количеством авиационных новостей

Наука и техника
Интересные игры в дорогу: во что можно поиграть в машине и поезде Интересные игры в дорогу: во что можно поиграть в машине и поезде

Перед длительной дорогой стоит позаботиться о том, как развлечь себя и детей

РБК
Галерист Марина Лошак: Выход из зоны комфорта — важный этап взросления души Галерист Марина Лошак: Выход из зоны комфорта — важный этап взросления души

Марина Лошак о глобальном тренде на нишевое неочевидное искусство

СНОБ
«Я же по милосердию Божьему остался невредим…» «Я же по милосердию Божьему остался невредим…»

Письмо Александра II дочери

Дилетант
Мозговой штурм: за кем следить в мире нейроинтерфейсов и что их ждет в будущем Мозговой штурм: за кем следить в мире нейроинтерфейсов и что их ждет в будущем

Для чего ученые пытаются совместить человеческий мозг с компьютером

Forbes
Как проверить SSD: оцениваем оставшийся срок жизни накопителя Как проверить SSD: оцениваем оставшийся срок жизни накопителя

Как узнать, сколько осталось «жить» вашему SSD

ТехИнсайдер
Открыть в приложении