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
По клеточкам По клеточкам

Неужели пептиды действительно способны подарить нам вечную молодость?

Лиза
Мозговой шторм Мозговой шторм

Что такое когнитивный диссонанс?

Maxim
«Имя мне Легион» «Имя мне Легион»

Современные ученые вторгаются в вотчину Бога — клонирование человека

Зеркало Мира
Слово в небе Слово в небе

Необычный случай из книги «Воля Вселенной»

Наука и жизнь
Отлично выглядите: почему некоторым людям так трудно принимать комплименты Отлично выглядите: почему некоторым людям так трудно принимать комплименты

Что делать, если похвала для вас хуже критики?

Inc.
Вас дурачат: как понять и обезвредить манипуляторов Вас дурачат: как понять и обезвредить манипуляторов

Какие «крючки» используют мошенники и манипуляторы и как им противостоять

Psychologies
Вы в своем уме? Вы в своем уме?

Что на самом деле значат «оговорки по Фрейду» и как использовать эти «баги»

Grazia
.Solutions .Solutions

Глеб Костин сосредоточился на междисциплинарном бренде “.Solutions”

Собака.ru
Кто такие невротики и надо ли им лечиться? Кто такие невротики и надо ли им лечиться?

Почему некоторые люди так нервозно реагируют на стресс?

Maxim
Персона Грата Персона Грата

Комфортный минималистичный интерьер для большой семьи

SALON-Interior
Развод с социопатом: 6 проблем, с которыми вы столкнетесь Развод с социопатом: 6 проблем, с которыми вы столкнетесь

Почему порой развод превращается в настоящий вопрос выживания

Psychologies
Анна Матвеева: Не хочу тратить время на вторичную паралитературу Анна Матвеева: Не хочу тратить время на вторичную паралитературу

Писательница Анна Матвеева — о «Тотальном диктанте» и борьбе за чистоту слога

СНОБ
Высокие ставки: что покупать на рынке акций по версии брокера ВТБ Высокие ставки: что покупать на рынке акций по версии брокера ВТБ

Что ВТБ советует выбрать для инвестиций сейчас?

Forbes
Добытый в Польше свинец экспортировали в Древнюю Русь Добытый в Польше свинец экспортировали в Древнюю Русь

Ученые провели химический анализ 14 свинцовых печатей и пломб из древних городов

N+1
Услышанные молитвы Услышанные молитвы

За что Tank 500 Urban назван городским франтом

RR Люкс.Личности.Бизнес.
Юнона Незванкина Юнона Незванкина

Дизайнер бутиков придумывает интерьеры с антиквариатом музейного уровня

Собака.ru
«От саванны до дивана: Эволюционная история кошек» «От саванны до дивана: Эволюционная история кошек»

Почему внешность домашних кошек разнообразнее, чем у их предков

N+1
Просто принцесса Просто принцесса

Как прокачать в себе женственность: лайфхаки от психолога

Лиза
Прирожденные певцы: для чего и о чем поют птицы Прирожденные певцы: для чего и о чем поют птицы

О чем все время поют птицы? Зачем они это делают?

ТехИнсайдер
Одни дома: как организовать автополив для растений, если вы уехали в отпуск? Одни дома: как организовать автополив для растений, если вы уехали в отпуск?

Пока вы в отпуске, цветы сами себя не польют. Хотя, почему бы и… да!

ТехИнсайдер
Постапокалипсис сегодня: почему сериал «Фоллаут» удачно вписывается во вселенную игры Постапокалипсис сегодня: почему сериал «Фоллаут» удачно вписывается во вселенную игры

Сможет ли сериал «Фоллаут» повторит успех игры?

Forbes
Черная — на белом фоне, белая — на черном: какого цвета пыль на самом деле Черная — на белом фоне, белая — на черном: какого цвета пыль на самом деле

Что это за магическое свойство пыли — быть видимой всегда и везде?

ТехИнсайдер
Бабочки оказались самыми упоминаемыми в хайку членистоногими Бабочки оказались самыми упоминаемыми в хайку членистоногими

Какие насекомые интересовали японских поэтов больше всего?

N+1
5 причин, почему зумеры и миллениалы считают себя «почти нищими», хотя это не так 5 причин, почему зумеры и миллениалы считают себя «почти нищими», хотя это не так

Почти половина представителей поколений Z и Y тревожатся по поводу своих доходов

Psychologies
И грянул БАМ И грянул БАМ

Почему БАМ органично встроился в культурный код советского человека?

СНОБ
Вы никогда этого не делали — и очень зря: как правильно чистить фен для волос Вы никогда этого не делали — и очень зря: как правильно чистить фен для волос

Для того, чтобы фен служил как можно дольше, его необходимо периодически чистить

ТехИнсайдер
Ожидание и реальность не совпадут: 8 вещей, которые не следует покупать в онлайн-магазинах Ожидание и реальность не совпадут: 8 вещей, которые не следует покупать в онлайн-магазинах

Рассказываем, какие позиции точно не стоит добавлять в корзину

ТехИнсайдер
«Смогу тратить свой заработок»: как женщины в XX веке искали оплачиваемую работу «Смогу тратить свой заработок»: как женщины в XX веке искали оплачиваемую работу

Отрывок из романа Мейв Бинчи «Зажги свечу»

Forbes
Личные границы Личные границы

Какими должны быть личные границы, чтобы тебе было комфортно

Лиза
Открыть в приложении