Отрывок из сборника статей об астрофизике от Валерия Рубакова

N+1Культура

«Астрофизика. Троицкий вариант»

Книга «Астрофизика. Троицкий вариант» (издательство «АСТ») — это сборник статей, ранее опубликованных в научно-популярном издании «Троицкий вариант — наука». Специально для этой книги астрофизик, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Борис Штерн и физик-теоретик, академик РАН Валерий Рубаков, снабдили материалы послесловиями и комментариями, а также написали несколько новых статей. Обходясь без сложных формул и поясняя терминологию, ученые рассказывают обо всем, что сегодня занимает людей, которые изучают и интересуются космосом: открытие бозона Хиггса, становление «прецизионной космологии», экзопланеты, космологическая инфляция и многое другое. N + 1 предлагает своим читателям ознакомиться с отрывком, посвященным изучению расширения Вселенной и теории инфляционной стадии ее эволюции, а также темной материи, которая играет в этом процессе важную роль.

Немного истории

 

То, что в нашей Вселенной «что-то не так», стало ясно космологам уже к началу 1990-х годов. Для пояснения полезно напомнить о законе расширения Вселенной. Удаленные друг от друга галактики разбегаются, причем, чем дальше галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Количественно темп расширения характеризуется параметром Хаббла. К началу 1990-х значение параметра Хаббла в современной Вселенной было довольно хорошо измерено: темп расширения Вселенной сегодня таков, что галактики, удаленные от Земли на расстояние 1 млрд световых лет, убегают от нас со скоростью 24 тыс. км/с.

Отметим, что параметр Хаббла зависит от времени: в далеком прошлом Вселенная расширялась гораздо быстрее, чем сейчас, и, соответственно, параметр Хаббла был гораздо больше.

В современной теории гравитации — общей теории относительности — параметр Хаббла однозначно связан с двумя другими характеристиками Вселенной: во-первых, с суммарной плотностью энергии всех форм материи, вакуума и т.д, во-вторых, с кривизной трехмерного пространства. Наше трехмерное пространство, вообще говоря, не обязано быть евклидовым; его геометрия может, например, быть аналогична геометрии сферы; сумма углов треугольника может не равняться 180°. В таком случае «упругость» пространства с точки зрения расширения Вселенной играет ту же роль, что и плотность энергии.

К началу 1990-х годов с неплохой точностью была оценена и плотность энергии «нормальной» материи в современной Вселенной. «Нормальная» она в том смысле, что испытывает такие же гравитационные взаимодействия, что и обычное вещество. Дело, впрочем, осложнилось тем, что большая часть «нормальной» материи — это так называемая темная материя. Темная материя, по-видимому, состоит из новых, не открытых пока в земных экспериментах элементарных частиц, чрезвычайно слабо взаимодействующих с веществом (слабее нейтрино!), но на равных испытывающих гравитационное взаимодействие. Именно по эффекту гравитационного притяжения она и была обнаружена. Более того, измерения гравитационных сил в скоплениях галактик позволили определить массу темной материи в них, а в конечном итоге — в целом во Вселенной. таким образом и была найдена полная плотность энергии «нормальной» материи (для нее справедлива знаменитая формула Е = mс2).

И что же оказалось? Выяснилось, что «нормальной» материи явно не хватает для объяснения измеренного темпа расширения Вселенной. Причем сильно не хватает: «недостача» составляла около 2/3 (по современным оценкам — около 70%). Возможных объяснений этому факту было два: либо трехмерное пространство искривлено, и недостающий вклад в параметр Хаббла связан с его «упругостью», либо во Вселенной присутствует новая форма энергии, которую впоследствии и стали называть «темной энергией».

С теоретической точки зрения обе эти возможности — и неевклидовость пространства, и темная энергия — выглядели крайне неправдоподобными.

Начнем с кривизны трехмерного пространства. В процессе расширения Вселенной пространство разглаживается, его кривизна уменьшается. Если кривизна отличается от нуля сейчас, то в прошлом она была больше, чем сегодня. Однако плотность энергии (массы) материи убывает при расширении Вселенной еще быстрее. Это означает, что в прошлом относительный вклад кривизны в параметр Хаббла был очень мал, а главным — с большим запасом — был вклад материи. Для того чтобы сегодня расширение Вселенной на 70% обеспечивалось кривизной, необходимо «подогнать» значение радиуса кривизны пространства в прошлом с фантастической точностью — через секунду после Большого взрыва он должен был быть равен миллиарду радиусов наблюдаемой тогда части Вселенной, не больше и не меньше! Без такой подгонки кривизна сегодня была бы либо на много порядков больше, либо на много порядков меньше, чем необходимо для объяснения наблюдений.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Древние жители Иберии разделали мамонта около 1,2 миллиона лет назад Древние жители Иберии разделали мамонта около 1,2 миллиона лет назад

Следы от орудий нашли на костях из местонахождения Фуэнте-Нуэва-3

N+1
Новое чувство астрофизики Новое чувство астрофизики

Миссия LISA станет самым большим научным инструментом в истории человечества

Популярная механика
Современный беспроводной человек: как исландский фантаст видит людей будущего Современный беспроводной человек: как исландский фантаст видит людей будущего

Отрывок из исландского романа антиутопии «LoveStar» Андри Снайра Магнасона

Forbes
Вода и потеря веса: сколько нужно ее пить, чтобы похудеть Вода и потеря веса: сколько нужно ее пить, чтобы похудеть

Все, что нужно знать о влиянии Н2О на процесс избавления от лишних кило

Playboy
Стеклоочистители, Wi-Fi и посудомоечные машины: 10 изобретений, которые придумали женщины Стеклоочистители, Wi-Fi и посудомоечные машины: 10 изобретений, которые придумали женщины

«Большинство изобретений — заслуга мужчин», — распространенное заблуждение

ТехИнсайдер
«Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим» «Мифы о диетах. Наука о том, что мы едим»

Отрывок из книги Тима Спектора о диетах

N+1
Когда женщины стали учиться в российских университетах наравне с мужчинами? Когда женщины стали учиться в российских университетах наравне с мужчинами?

Когда в России высшее образование стало доступно женщинам

Культура.РФ
В космосе найдена блуждающая планета-изгой В космосе найдена блуждающая планета-изгой

Астрономам удалось обнаружить небольшую блуждающую планету

Популярная механика
Миссия выполнима: как навести порядок в доме раз и навсегда Миссия выполнима: как навести порядок в доме раз и навсегда

Даже самый стильный интерьер теряет своё очарование, если в доме беспорядок

Cosmopolitan
Сахар вызвал у мышей воспаление кишечника Сахар вызвал у мышей воспаление кишечника

Исследования показали, что сахар способен изменять микробиоту кишечника

N+1
Престо, модерато, адажио Престо, модерато, адажио

Фантастическая повесть Игоря Вереснева

Наука и жизнь
10 ядерных технологий, которые изменят мир 10 ядерных технологий, которые изменят мир

Эти технологии изменят атомную промышленность

Популярная механика
«Важно, сколько у вас энергии и решимости». Богатейшие self-made женщины Америки — о том, как запустить бизнес после 40 лет «Важно, сколько у вас энергии и решимости». Богатейшие self-made женщины Америки — о том, как запустить бизнес после 40 лет

Истории четырех женщин, которые вошли в новый рейтинг Forbes self-made женщин

Forbes
Как солнце защищает нас от инфарктов и бессонницы Как солнце защищает нас от инфарктов и бессонницы

Врач Андрей Беловешкин — о правильных способах повышать запасы витамина Д

Reminder
Как еда и физическая активность влияют на наш эмоциональный фон Как еда и физическая активность влияют на наш эмоциональный фон

Как мы можем управлять собственным настроением?

РБК
«Самый популярный мальчик на земле»: как 18-летний сирота из Оренбурга стал звездой TikTok и зарабатывает 2 млн рублей в месяц «Самый популярный мальчик на земле»: как 18-летний сирота из Оренбурга стал звездой TikTok и зарабатывает 2 млн рублей в месяц

Год назад Даня Милохин работал официантом в анапском кафе и мечтал о Москве

Forbes
9 странных причин, благодаря которым актеры получили свои роли 9 странных причин, благодаря которым актеры получили свои роли

Удар режиссера в пах, пятидневный запой и умение сильно вспотеть…

Maxim
Правила жизни Мэтта Деймона Правила жизни Мэтта Деймона

Правила жизни актера Мэтта Деймона

Esquire
Три ошибки Олега Тинькова: как действия российского банкира усугубили его противостояние с законом США Три ошибки Олега Тинькова: как действия российского банкира усугубили его противостояние с законом США

Самая большая проблема юристов Тинькова — его публичные высказывания в соцсетях

Forbes
Когда защита слабеет Когда защита слабеет

Почему одни люди часто болеют ОРВИ, а другие вообще не простужаются?

Лиза
Секс, любовь и тактильный контакт: как они связаны? Секс, любовь и тактильный контакт: как они связаны?

Прикосновения — особая форма общения

Psychologies
Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании Протоклетки сохранили химический состав при выпаривании

Коацерватные капли оказались устойчивы к чередование сухих и влажных условий

N+1
Под крышей дома твоего Под крышей дома твоего

Архитектор Наталия Мольбо оформила в Воронеже квартиру с мансардой

AD
У вакит не нашли генетической предрасположенности к вымиранию У вакит не нашли генетической предрасположенности к вымиранию

Вакиты были немногочисленными на протяжении последних трехсот тысяч лет

N+1
8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили! 8 древних мифов об уходе за волосами: в некоторые мы и сами верили!

Развенчиваем самые популярные мифы об уходе за волосами

Cosmopolitan
«Мама приходит с работы»: чего хотят женщины после тяжелого дня? «Мама приходит с работы»: чего хотят женщины после тяжелого дня?

Вечер трудного дня: как помочь мамам восстановиться после работы

Psychologies
Охота на своих Охота на своих

Что стояло за громкими отставками в датских спецслужбах

Огонёк
В поисках равновесия В поисках равновесия

Аюрведическая психология погрузит вас в состояние радостного покоя

Yoga Journal
Крепко сделано Крепко сделано

Загородный дом в стиле 1960-х с винтажной мебелью

SALON-Interior
50 лет назад террористы захватили рейс Батуми-Сухуми 50 лет назад террористы захватили рейс Батуми-Сухуми

Это был первый случай, когда при угоне самолета был убит член экипажа

Maxim
Открыть в приложении