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
Натан Эйсмонт: «Ракета Н-1 сильно превысила 30-процентный порог допустимой новизны» Натан Эйсмонт: «Ракета Н-1 сильно превысила 30-процентный порог допустимой новизны»

Задача изучения дальнего космоса людьми сегодня по-прежнему актуальна

Монокль
Найти Эльдорадо Найти Эльдорадо

Колумбия — одна из модных точек, притягивающих гастротуристов со всего мира

Вокруг света
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
Алексей Герман: «Отец не считал, что режиссеру нужно дружить с актерами» Алексей Герман: «Отец не считал, что режиссеру нужно дружить с актерами»

Как и отец, я живу и работаю здесь и уезжать никуда не собираюсь

Караван историй
Замасливание пупка: как работает экзотический тренд и помогает ли он похудеть Замасливание пупка: как работает экзотический тренд и помогает ли он похудеть

Может ли простое масло помочь похудеть и лучше себя чувствовать?

VOICE
«Друг Отто» «Друг Отто»

«Русский вопрос» с точки зрения Бисмарка

Дилетант
Михaил Барышников Михaил Барышников

Тиара-невидимка и другие волшебные артефакты: Posié

Собака.ru
Иван Бевз: «Чем мы занимались, пока вы учили нас жить». Борьба за власть в обычной московской школе Иван Бевз: «Чем мы занимались, пока вы учили нас жить». Борьба за власть в обычной московской школе

Отрывок из романа Ивана Бевза о власти и её искушениях

СНОБ
Кровные и кровавые Кровные и кровавые

Как ошибки отцов и дедов приводили к войнам между их сыновьями и внуками

Дилетант
Глюкометр: какой лучше выбрать для контроля сахара Глюкометр: какой лучше выбрать для контроля сахара

Разбираемся, какими бывают и какой выбрать глюкометр для дома

CHIP
«Все ходят и ходят!»: что такое синдром вахтера и как с ним бороться «Все ходят и ходят!»: что такое синдром вахтера и как с ним бороться

Власть портит людей, даже малая

Psychologies
Как пережить смерть кумира? Как пережить смерть кумира?

Что делать, если смерть известного человека потрясла вас до глубины души

Maxim
Алхимия на службе медицины Алхимия на службе медицины

Парацельс совершил переворот в медицинской науке и наводнил ее измышлениями

Знание – сила
Ирина Прохорова — Forbes: «Для женщин книгоиздание было социальным лифтом» Ирина Прохорова — Forbes: «Для женщин книгоиздание было социальным лифтом»

В рамках проекта «Издательницы» Forbes Woman поговорил с Ириной Прохоровой

Forbes
Узнайте, почему после расставания вам и плохо, и хорошо! Интересные факты из психологии Узнайте, почему после расставания вам и плохо, и хорошо! Интересные факты из психологии

Что такое «парадокс разбитого сердца»?

ТехИнсайдер
Лучшие способы «сдуться», если накануне ты съела слишком много Лучшие способы «сдуться», если накануне ты съела слишком много

Никак не могла перестать есть и теперь чувствуешь себя так себе?

VOICE
Сбросить кредитные кандалы Сбросить кредитные кандалы

Почему мы готовы вновь и вновь выплачивать высокие проценты по займам?

Psychologies
Наука в фантастике: эпизоды истории Наука в фантастике: эпизоды истории

Литературные жанры подчиняются правилам, которые формируют их границы

Наука и жизнь
Новая стратегия против атаки клонов Новая стратегия против атаки клонов

При всех успехах медицины аутоиммунные заболевания пока не поддаются терапии

Монокль
Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов Почему с горных вершин не спускают погибших там туристов

Трупы буквально усеивают Эверест, но никто не спешит их хоронить, почему?

Maxim
Зачем здоровый образ жизни пожилому человеку? Зачем здоровый образ жизни пожилому человеку?

Какие корректировки в образ жизни нужно вносить пожилому человеку?

Здоровье
Автопортрет эмигранта в бетоне Автопортрет эмигранта в бетоне

Как Любеткин хотел взорвать Лондон принципами социалистического строительства

Weekend
Казус Донского Казус Донского

Как завещание Дмитрия Донского привело к междусобице на Руси

Дилетант
Тысяча заводов – одно детище: самолет Тысяча заводов – одно детище: самолет

Невзрачные с виду детали – плоды труда заготовительно-штамповочного производства

Наука и техника
New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера New Horizons заметила повышенную запыленность Пояса Койпера

Плотность частиц пыли в Поясе Койпера падает медленнее, чем это предсказывают

N+1
Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить? Мерцание светодиодных ламп: вредно ли и как его проверить?

Как понять, мерцают ли лампы в световых приборах?

CHIP
Как поставить анимированную аватарку в Стиме: пошаговая инструкция Как поставить анимированную аватарку в Стиме: пошаговая инструкция

Сегодня мы расскажем как установить анимированную аватарку в Стим

CHIP
Что посмотреть в стиле «Настоящего детектива»? Что посмотреть в стиле «Настоящего детектива»?

10 сериалов, которые окунут вас в тягучую и мрачную атмосферу

Maxim
Ценный кадр Ценный кадр

Сегодня Саша Стоун бросил себе новый вызов — состояться еще и в качестве актера

Men Today
Открыть в приложении