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
Кролики и удавы: как Apple iPad борются за выживание на рынке Кролики и удавы: как Apple iPad борются за выживание на рынке

Куда движется рынок планшетов: как спустя 1,5 года обновил свои девайсы Apple

РБК
Белый дом Белый дом

Белый дом — очевидный для всего мира символ Америки

Дилетант
Мужчины глазами девушек: что стоит за словами «масик», «тюбик», «штрих» и «чечик» Мужчины глазами девушек: что стоит за словами «масик», «тюбик», «штрих» и «чечик»

Зачем девушки придумали новую типологию мужчин?

Psychologies
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Засушивал жуков и снимал их в кино: как отечественный режиссер создавал первые в мире мультфильмы для взрослых Засушивал жуков и снимал их в кино: как отечественный режиссер создавал первые в мире мультфильмы для взрослых

Настоящее чудо на экране — анимация, главными героями которой стали... насекомые

ТехИнсайдер
Теперь можно! Теперь можно!

Устаревшие правила дизайна интерьера, которые давно пора нарушить

Лиза
Сон о счастливой Москве: фильму «Я шагаю по Москве» — 60 лет Сон о счастливой Москве: фильму «Я шагаю по Москве» — 60 лет

Почему «Я шагаю по Москве» — главный фильм в судьбе Георгия Данелии

СНОБ
10 крутых концепт-каров, которые так и не добрались до конвейера 10 крутых концепт-каров, которые так и не добрались до конвейера

Путь этих невероятных концептов автомобилей на конвейер оказался слишком тернист

Maxim
Как отмыть кисти от засохшей краски, чтобы они снова стали мягкими и чистыми: полезный лайфхак Как отмыть кисти от засохшей краски, чтобы они снова стали мягкими и чистыми: полезный лайфхак

Как отмыть засохшую в краске кисть разными способами

ТехИнсайдер
Астрономы отыскали девять редких двойных цефеид Астрономы отыскали девять редких двойных цефеид

Астрономы подтвердили открытие девяти двойных систем, где обе звезды — цефеиды

N+1
Остров Свободы Остров Свободы

Стоит ли ехать на Кубу?

Отдых в России
Семейные легенды Семейные легенды

Иван Волынский-Жуковский разбирает генезис своей семейной легенды

Правила жизни
За рамками кадра За рамками кадра

Звездные визажисты об ошибках, которые они совершали на заре своей карьеры

Grazia
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
Осторожно: смузи! Осторожно: смузи!

Ошибки в приготовлении смузи, которые приводят к увеличению веса

Лиза
Остаться в живых Остаться в живых

10 навыков, необходимых путешественнику. Советы Миклухо-Маклая

Вокруг света
5 секретов, которые сделают отношения гармоничными и крепкими 5 секретов, которые сделают отношения гармоничными и крепкими

Как сделать так, чтобы общение с любимым человеком не переставало давать радость

Psychologies
Малые, но не забытые: как поддерживают коренные народы, ведущие традиционный образ жизни Малые, но не забытые: как поддерживают коренные народы, ведущие традиционный образ жизни

С какими проблемами встречаются коренные народы России?

ФедералПресс
Как выглядит настоящая мимоза, ведь то, что мы называем мимозой, вовсе не мимоза! Как выглядит настоящая мимоза, ведь то, что мы называем мимозой, вовсе не мимоза!

Только черт и знает, как называется цветы, которые мы называем мимозой

ТехИнсайдер
«Ширли»: фильм о первой темнокожей женщине, которая попыталась стать президентом «Ширли»: фильм о первой темнокожей женщине, которая попыталась стать президентом

Почему стоит смотреть фильм «Ширли», зная, что героиня не добилась успеха

Forbes
Как выбрать леску для триммера: виды, отличия, рекомендации Как выбрать леску для триммера: виды, отличия, рекомендации

Какой леской лучше косить траву триммером? На что обратить внимание при выборе?

CHIP
Пеппи Длинный чулок уже 64 года! Как сегодня выглядит актриса, сыгравшая девочку-сорванца Пеппи Длинный чулок уже 64 года! Как сегодня выглядит актриса, сыгравшая девочку-сорванца

Как же сложилась жизнь Ингер Нильссон и как она выглядит сейчас?

VOICE
«Почетные арийки»: как женщины еврейского происхождения жили в оккупированной Франции «Почетные арийки»: как женщины еврейского происхождения жили в оккупированной Франции

Отрывок из документального романа Дамьена Роже «Почетные арийки»

Forbes
5 секретов счастливых отношений, которые все часто забывают 5 секретов счастливых отношений, которые все часто забывают

Какие именно ингредиенты включает в себя рецепт крепкого союза?

Psychologies
Аж руки чешутся Аж руки чешутся

Сегодня в педиатрии на дерматиты приходится ~57% случаев заболеваний кожи

Лиза
Почему мы на самом деле выходим замуж: 5 причин Почему мы на самом деле выходим замуж: 5 причин

Что толкает людей на то, чтобы узаконить свои отношения?

Psychologies
Не только собака Не только собака

Семь идеальных питомцев для маленького ребенка: дружелюбных и гипоаллергенных

Лиза
Неземная тачка: как работал лунный ровер NASA в программе “Аполлон” Неземная тачка: как работал лунный ровер NASA в программе “Аполлон”

Как был сконструирован лунный ровер от Nasa?

ТехИнсайдер
Из центра на периферию: почему молодежь уезжает из мегаполисов Из центра на периферию: почему молодежь уезжает из мегаполисов

Почему молодежь все чаще связывает свое будущее с городами на периферии

ФедералПресс
Открыть в приложении