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

Расовая теория: из огня да в полымя Расовая теория: из огня да в полымя

Почему теория Дарвина так вдохновила сторонников неравенства рас?

Знание – сила
Как Бальзак создал миф о зловредных старых девах Как Бальзак создал миф о зловредных старых девах

Как с легкой руки писателя старых дев записали почти во «враги общества»

Psychologies
Космическая пыль в междупланетном пространстве Космическая пыль в междупланетном пространстве

Наука в годы войны: астроном Фесенков об астероидах и космической пыли

Наука и жизнь
А вы моете мясо перед тем, как его приготовить? Рассказываем, почему это категорически нельзя делать А вы моете мясо перед тем, как его приготовить? Рассказываем, почему это категорически нельзя делать

Сегодня мы объясним вам, почему вы совершаете большую ошибку, моя мясо

ТехИнсайдер
К вам санитары, мистер Андерсон К вам санитары, мистер Андерсон

Писатель Александр Цыпкин о наших цифровых аватарах

СНОБ
Не все потеряно: как кинематограф осмысляет мировые трагедии Не все потеряно: как кинематограф осмысляет мировые трагедии

Кинематограф работает с материалом человеческих трагедий

Правила жизни
От «Смертельной битвы» до Fallout: лучшие экранизации компьютерных игр От «Смертельной битвы» до Fallout: лучшие экранизации компьютерных игр

Адаптации культовых видеоигр, которые не уступают оригиналу

Правила жизни
Окно в лес Окно в лес

Как в доме в пригороде Казани интерьер стал продолжением лесного пейзажа

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Над кем смеетесь? Над собой смеетесь: история самых популярных российских сатирических журналов в иронических набросках Над кем смеетесь? Над собой смеетесь: история самых популярных российских сатирических журналов в иронических набросках

Разбираемся в истоках комического в литературе и искусстве

Правила жизни
Исследование: грусть доставляет людям удовольствие Исследование: грусть доставляет людям удовольствие

Почему люди наслаждаются грустью, а не пытаются с ней справиться?

ТехИнсайдер
Все льготы Арктики: почему выгодно жить в регионах Крайнего Севера Все льготы Арктики: почему выгодно жить в регионах Крайнего Севера

Какие льготы получают жители Арктической зоны?

ФедералПресс
6 самых распространенных вопросов о флирте: отвечают ученые 6 самых распространенных вопросов о флирте: отвечают ученые

Можно ли научиться флиртовать?

Psychologies
Ему 3,75 миллиарда лет: ученые обнаружили древнейший участок земной коры Ему 3,75 миллиарда лет: ученые обнаружили древнейший участок земной коры

Самая древняя порода, найденная в Скандинавии, образовалась очень давно

ТехИнсайдер
От больших данных ждут большего От больших данных ждут большего

Рынок решений по хранению и обработке больших данных бурно растет

Монокль
Все в ажуре: зачем торговец медом потратил 700 млн рублей на народный промысел Все в ажуре: зачем торговец медом потратил 700 млн рублей на народный промысел

Как семье Георгиевых удалось монетизировать крестьянскую вышивку

Forbes
К чему может привести изменение магнитных полюсов Земли? К чему может привести изменение магнитных полюсов Земли?

Ученые подсчитали, что вот-вот может произойти новый сдвиг магнитных полюсов

Зеркало Мира
Лучшие люди Лучшие люди

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

Вокруг света
Продуманно и бездымно Продуманно и бездымно

Почему никотин сам по себе не является канцерогеном

Наука
13 пород собак с самым крепким здоровьем 13 пород собак с самым крепким здоровьем

Захотели обзавестись четырехлапым другом? Тогда обратите внимание на эти породы

ТехИнсайдер
История первого отряда космонавтов СССР: как из 20 кандидатов выбирали того, что первым полетит в космос История первого отряда космонавтов СССР: как из 20 кандидатов выбирали того, что первым полетит в космос

Критерии отбора кандидатов в космонавты в 1960 году

ТехИнсайдер
Царевна лягушек Царевна лягушек

Pomodoro, «поедание лягушки» и другие лучшие техники для управления временем

VOICE
Теперь можно! Теперь можно!

Устаревшие правила дизайна интерьера, которые давно пора нарушить

Лиза
«Бежевые мамы»: за что ругают родителей, которые окружают детей бежевыми вещами «Бежевые мамы»: за что ругают родителей, которые окружают детей бежевыми вещами

За что критикуют «бежевых мам» и какими цветами важно окружать ребенка.

Psychologies
Как выбрать профессию подростку, чтобы он стал счастливым взрослым Как выбрать профессию подростку, чтобы он стал счастливым взрослым

Как выстроить карьерную траекторию, чтобы помочь ребенку стать успешным

РБК
Первая пятилетка Первая пятилетка

Нереальные цифры, которые показались советским руководителям неамбициозными

Наука
Как подключить смартфон к старой магнитоле — все рабочие способы Как подключить смартфон к старой магнитоле — все рабочие способы

Даже древняя кассетная магнитола может воспроизводить музыку со смартфона. Как?

CHIP
3 книги, в которых главные героини смогли выйти из токсичных отношений 3 книги, в которых главные героини смогли выйти из токсичных отношений

Книги, в которых главные героини оказываются в токсичных отношениях

Psychologies
Топографический кретинизм: почему некоторые люди постоянно теряются и как с этим бороться Топографический кретинизм: почему некоторые люди постоянно теряются и как с этим бороться

Топографический кретинизм: что это за расстройство и можно ли от него избавиться

ТехИнсайдер
На связи с рынком: чем интересно размещение на бирже акций МТС Банка На связи с рынком: чем интересно размещение на бирже акций МТС Банка

Что в бизнес-модели МТС Банка несет риски и преимущества для инвесторов

Forbes
Модели советских автобусов: когда появились первые автобусы в СССР Модели советских автобусов: когда появились первые автобусы в СССР

Какие из автобусов вошли в историю отечественного автопрома

РБК
Открыть в приложении