Физик-математик Дмитрий Горбунов – о космологии как науки об эволюции Вселенной

Знание – силаНаука

Связывая микромир с громадной Вселенной

Дмитрий Сергеевич Горбунов, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. Область исследований Д. С. Горбунова – передний край современной фундаментальной физики, рассматривающей с единых позиций явления микрои макромира. Мы говорим с Дмитрием Сергеевичем о находящихся в тесной внутренней взаимосвязи законах физики элементарных частиц и космологии как науки об эволюции Вселенной.

Часть 1.

«Знание – сила»: Дмитрий Сергеевич, космология занимается Вселенной. Самым крупным космическим объектом, внутри которого мы находимся. Хотя тут есть варианты: модель горячей Вселенной ограничивается тем, что мы можем увидеть в самые сильные телескопы или чуть больше, а инфляционная модель предполагает что-то намного большее. Некоторые называют это большее мультивселенной.

Дмитрий Горбунов: Можно использовать слово «Вселенная», понимая, что в ней есть области, которые отличаются друг от друга. Если для примера взять лесной массив, то его части могут отличаться по структуре – еловый лес, сосновый, березовая роща. И во Вселенной области могут очень сильно отличаться – там могут быть даже другие законы физики. Могут быть такие части Вселенной, где нет электронов, кварков1 – там вообще другие элементарные частицы.

1 Кварки – фундаментальные частицы, которые образуют составные адроны, такие как протон, нейтрон и пион. (Здесь и далее примечания редакции).

«ЗС»: Валерий Анатольевич Рубаков говорил о мультивселенной, когда объяснял возникновение нашей Вселенной с конкретными константами, обеспечивающими существование вещества. Мультивселенная заполнена вакуумом, то есть некоторым энергетическим состоянием, и в нем идут флуктуации. В какие-то момент происходит сильная функция, которая замыкает некий объем. В момент замыкания происходит фиксация констант, которые потом уже не меняются. Выйти за пределы этого пузыря, если так его назвать, невозможно. То, что вы рассказываете, фактически предполагает возможность перехода из одной части Вселенной в другую, где совсем иные физические законы.

Д. Г.: Это некая умозрительная возможность перехода, потому что мы в принципе не можем даже убедиться, что прямо за нашим горизонтом лежит часть Вселенной с такими же свойствами, как мы наблюдаем внутри горизонта. Конечно, это все умозрительно – мы как бы смотрим сверху на всю большую Вселенную, вид которой предполагаем, исходя из наших знаний и неких концепций. В действительности наблюдаем мы только ту часть, которая ограничена горизонтом. К сожалению, в рамках существующих концепций не удается придумать какую-то наблюдаемую модель, которую даже гипотетически мы могли бы проверить, и, например, убедиться в существовании частей Вселенной за горизонтом. И, конечно, мы понимаем, что в рамках установленных физических законов природы мы не можем физически туда перемещаться. При таком взгляде эти гипотезы представляются нефизическими. Конечно, никто не сказал, что мы знаем все законы природы. Но когда вы предлагаете новую физическую модель, вы в ней что-то вычисляете, используя стандартные математические аппараты, которые мы используем для реальной физики, описывая, что там и как происходило, и почему, например, во Вселенной бывают разные части с разными условиями. Даже можно пытаться оценивать, каких вселенных с какими условиями больше. Например, концентрация гелия в каких-нибудь специфических звездах была бы равна чему-то конкретному, или определенным образом падала бы с расстоянием до центра звезды, если бы гипотеза о мультивселенных была верна. Чтобы это проверить, нужно в центр звезды залезть. Сейчас это нереалистично, да, но мы понимаем, что хотя бы в принципе это можно проверить. К сожалению, пока подобных наблюдаемых в моделях мультивселенных не предложено.

«ЗС»: Мы фактически коснулись темы, что космология в какой-то части своих направлений еще не является, а может быть, и никогда не станет точной наукой. Вместе с тем есть какие-то направления исследований, в которых космология уже какое-то время назад стала точной наукой2. Но понятно, что всю ее мы в любом случае исследовать экспериментально не сможем.

2 Об этом говорится в интервью с академиком РАН И. Ткачевым в «З‑С» №№ 2–3/24.

Д. Г.: Как мы сейчас обсуждали, какие-то направления исследований неточны от того, что мы какой-то предмет изучения осмотреть со всех сторон не можем. Обычно у нас есть элементарные частицы, которые мы можем отдельно поизучать и потом использовать их свойства. Скажем, Земля. Да, мы не можем сейчас залезть в центр Земли, но у нас есть способы узнать, что внутри расположено. Мы можем пробурить очень глубокие скважины, посмотреть, что там. Можем что-то узнать, изучая распространение сейсмических волн. И мы понимаем: в принципе техника развивается так, что этот вопрос мы выясним в какой-то момент. Но со Вселенной не так – мы находимся внутри нее и знаем, исходя из современных представлений, что она большая, возможно, бесконечная. Но понятно, что всю ее мы в любом случае исследовать экспериментально не сможем.

«ЗС»: Но при этом космологи уже давно могут описать, что было в первые доли секунды после Большого взрыва.

Д. Г.: Космологи изучают ту часть Вселенной, которая им доступна. То, что называется наблюдаемой Вселенной или видимой частью Вселенной. Мы можем применять к ней физические уравнения – если говорить о Вселенной в целом, основная сила гравитационная, и в данном случае мы берем как рабочий вариант общую теорию относительности. Если говорить про самые ранние моменты, там могла быть какая-то модификация этой теории, или, если говорить про более поздние стадии, по сравнению с современной, то не исключено, что гравитация там будет более сложной. Но вот пока на том участке, который мы обсуждаем и к которому относятся имеющиеся у нас наблюдения, нам вполне подходит общая теория относительности и та физика частиц, которую мы знаем – мы изучали ее в лаборатории. Мы считаем, что физика такая же на Луне, на Марсе, где-то еще. Это, кстати говоря, мы проверяем. Например, мы изучаем спектры излучения различных химических элементов из различных астрофизических источников и убеждаемся, что эти спектры такие же, как на Земле. А значит, физические константы, которые определяют эти спектры излучения, такие же там, как и здесь, на Земле. То есть физика такая же. И мы пытаемся понять, как же так получилось, что Вселенная, которую мы сегодня наблюдаем в телескопе, она такая. Пытаемся придумать, как она эволюционировала, когда шла до нынешнего состояния. И надо сказать, что, когда мы говорим о Вселенной, это очень большие масштабы. Мы, конечно, наблюдение проводим сейчас, если говорить про наблюдение за таким нашим объектом, как Вселенная. В современной физике это наблюдение суммарной длительностью до 100 лет, по сути это время с тех пор, когда мы поняли, что не ограничены Галактикой, а наша Галактика только одна из многих во Вселенной. Тем не менее, поскольку в телескопы мы смотрим очень далеко, то нам доступны очень далекие части Вселенной, свет оттуда к нам летел очень долго, и поэтому на самом деле мы видим те части молодыми. То есть мы можем увидеть очень раннюю Вселенную и как бы немножко посмотреть ее историю, рассматривая более и более близкие объекты и анализируя эту цепь наблюдений. Глядя на далекие объекты, мы сравниваем их с близкими, принадлежащими поздней Вселенной. Это разные объекты, но среди них можно выделить морфологически одинаковые. Это как если бы мы видели большое дерево, какое-то дерево помоложе и совсем проросток, но все одного вида. Это разные, конечно, деревья. Но мы, предполагая, что эволюция, наверно, устроена последовательно, проверяем ее экспериментально. Действительно, из маленького саженца вырастает большое дерево. Маленькие саженцы – это ранняя Вселенная, а сегодня это уже такие большие деревья. Если говорить о структурах, то это маленькие первые карликовые галактики, которые образовались очень давно. Они сейчас тоже есть. Мы тоже можем их изучать, но у них, вообще говоря, несколько другой химический состав. Там произошло много процессов звездообразования, химический состав изменился. Тем не менее масса галактики та же самая. Вот мы видим эти маленькие галактики в далеком прошлом, потом поближе уже большего размера галактики, еще поближе – скопления галактик. Это самые большие гравитационно-связанные образования, которые не участвуют в расширении Вселенной. Скопление или галактика остаются сами собой, значит, их не растягивает никуда. Это мы наблюдаем посредством телескопов, и это продвижение, что называется, наблюдательной космологии, когда с помощью современных приборов мы можем заглянуть очень далеко. Причем в разных диапазонах электромагнитного излучения, от радиодиапазона до очень жесткого рентгена и дальше – до гамма-диапазона. Мы наблюдаем разные объекты, наблюдаем в разных диапазонах, различаем их структуру, и поскольку свет от них шел к нам через расширяющуюся Вселенную, мы уверенно говорим, что изменилось в этой Вселенной, пока свет летел к нам, а Вселенная старела.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Заряженная пыль на Луне Заряженная пыль на Луне

Откуда взялась пыль на Луне?

Знание – сила
Урал Бажова Урал Бажова

Как Павел Бажов собрал и сформулировал образ Урала

Знание – сила
Я играю рок-н-ролл, рок-н-ролл играет мной Я играю рок-н-ролл, рок-н-ролл играет мной

Первые 20 лет я играла в рок-н-ролл. Следующие 10 лет рок-н-ролл играл мной

Правила жизни
Создавать свои тренды в производстве филамента Создавать свои тренды в производстве филамента

Как отец и сын Конаковы задают тренды в нише 3D-печати и производства филамента

Монокль
Полет Гагарина Полет Гагарина

Как на самом деле проходил первый полет Гагарина в космос?

Знание – сила
«Через 3 дня после звонка он неожиданно умирает молодым»: история одной дочери «Через 3 дня после звонка он неожиданно умирает молодым»: история одной дочери

Можно ли простить себя за свои же обиды после смерти родителей?

Psychologies
Тарковские: Осколки зеркала Тарковские: Осколки зеркала

Чтение мемуарной прозы – это особенный вид удовольствия.

Правила жизни
Софья Синицына: «Моя Фрида в «Мастере и Маргарите» — это посвящение папе...» Софья Синицына: «Моя Фрида в «Мастере и Маргарите» — это посвящение папе...»

А папа посоветовал: «Иди в артистки! Они всегда интересно и красиво живут»

Коллекция. Караван историй
Как обманывают в шиномонтажах: 10 способов, о которых должен знать каждый водитель Как обманывают в шиномонтажах: 10 способов, о которых должен знать каждый водитель

При переобувании автомобиля ушлые шиномонтажники легко могут «обуть» и вас

Maxim
Насколько уникальна наша Солнечная система Насколько уникальна наша Солнечная система

Солнечная система имеет искусственное происхождение!

Зеркало Мира
Топ-модель из Еманжелинска: в чем феномен Ирины Шейк Топ-модель из Еманжелинска: в чем феномен Ирины Шейк

Как красавица из Челябинской области покорила весь мир?

Psychologies
Как и почему в России хотят «выращивать» ипотечных заемщиков на спецдепозитах Как и почему в России хотят «выращивать» ипотечных заемщиков на спецдепозитах

В первом чтении принят законопроект о договорах жилищных сбережений

Forbes
10 отличных сериалов на любой вкус, которые вы могли пропустить 10 отличных сериалов на любой вкус, которые вы могли пропустить

Какие из недавно вышедших сериалов точно стоит оценить?

Правила жизни
5 фильмов от режиссеров-дебютантов из России, которые покажут новый взгляд на отношения 5 фильмов от режиссеров-дебютантов из России, которые покажут новый взгляд на отношения

О пяти российских картинах, которые действительно стоит посмотреть

Psychologies
Свободные веса: какие бьюти-процедуры помогают оставаться в форме Свободные веса: какие бьюти-процедуры помогают оставаться в форме

Какие бьюти-процедуры помогают уследить за фигурой

Forbes
Топ-20 самых быстрых кроссоверов и внедорожников Топ-20 самых быстрых кроссоверов и внедорожников

Нынешний год можно смело назвать годом топовых кроссоверов и внедорожников

4x4 Club
Кассеты, катушки, пластинки: Александр Кушнир — о своей гигантской коллекции рок-артефактов Кассеты, катушки, пластинки: Александр Кушнир — о своей гигантской коллекции рок-артефактов

Александр Кушнир собирает самые разные предметы, связанные с рок-сценой

Правила жизни
Краткосрочное ОСАГО: 5 вопросов, которые возникают у каждого водителя Краткосрочное ОСАГО: 5 вопросов, которые возникают у каждого водителя

В каких случаях краткосрочное ОСАГО может быть выгодно?

ТехИнсайдер
Радость, слезы и семейные тайны: семь очень разных фильмов про свадьбы Радость, слезы и семейные тайны: семь очень разных фильмов про свадьбы

«Свадебные» фильмы в самых разных жанрах

Forbes
Думай сам: когда человечество создаст сильный ИИ и как это отразится на обществе Думай сам: когда человечество создаст сильный ИИ и как это отразится на обществе

Смогут ли системы функционировать без прямого вмешательства человека?

Forbes
Лучшие люди Лучшие люди

В Осетии часто так бывает: сквозь современный быт проступает древняя традиция

Вокруг света
В будущем самолеты могут стать полностью бесшумными В будущем самолеты могут стать полностью бесшумными

Возможно ли, что у самолетов будут бесшумные двигатели? Это вполне реально.

ТехИнсайдер
Разум в наследство Разум в наследство

Откуда взялась наша центральная нервная система – головной и спинной мозг?

Вокруг света
Алиса вернулась Алиса вернулась

Дарья Верещагина поделилась мыслями о съемках, актерском эго, бунтарстве и любви

VOICE
Этот продукт содержит втрое больше пробиотиков, чем йогурт: что это такое? Этот продукт содержит втрое больше пробиотиков, чем йогурт: что это такое?

Есть кое-что полезнее, чем йогурт и содержащее больше пробиотиков!

ТехИнсайдер
Как достучаться до успешного предпринимателя и нужно ли это делать Как достучаться до успешного предпринимателя и нужно ли это делать

Как не надо начинать общение с уважаемым человеком

Forbes
Опора на село Опора на село

Конфликт Павла Скоропадского и Симона Петлюры можно описать как социальный

Дилетант
Заповедная Адыгея Заповедная Адыгея

Маленькая, но очень живописная Адыгея предлагает отдых на любой вкус

Отдых в России
Тяга к свободе: 5 самых знаменитых и  дерзких побегов из тюрем Тяга к свободе: 5 самых знаменитых и  дерзких побегов из тюрем

Рассказываем о 5 самых неординарных попытках сбежать из мест не столь отдаленных

ТехИнсайдер
Электронный кошелек Электронный кошелек

Когда электронный кошелек — это удобно, а когда нужно быть особенно осторожной

Лиза
Открыть в приложении