Что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

СНОБНаука

Мир вечный, но плоский: Нобелевская по физике глазами дилетанта и академика Старобинского

Половина Нобелевской премии досталась человеку, попытавшемуся понять сразу все на свете и изрядно в этом преуспевшему. Академик Алексей Старобинский специально для «Сноба» объяснил, что именно сделал Джеймс Пиблс для физической космологии

Алексей Алексенко

e8c59598b36dfd5f7a5e777534ba406edc5f836c2bf6b51ca9bcb0c977264657.jpg
Фото: Greg Rakozy/Unsplash

Первая половина Нобелевской премии по физике досталась Мишелю Майору и Дидье Кело, доказавшим, по существу, то, о чем некогда рассуждал Джордано Бруно со столь печальными для себя последствиями. Но для современных искателей поверхностного научно-популярного знания планеты — это все же мелковато. Нашим читателям хочется понять не какие-то там звездные системы — на это жизни не хватит, — а все мироздание разом. Такие знания позволяют худо-бедно рассуждать о Боге, смысле жизни и других волнующих предметах.

Однако, чтобы использовать такие знания по назначению, надо хоть немного в чем-то разбираться, и автор этих строк, признавая собственную беспомощность, обратился к академику Алексею Старобинскому, физику-теоретику, немало сделавшему для теоретической космологии, за объяснениями. Ему мы и дадим слово в этой заметке. Впрочем, нам придется вставить и собственные слова, заполняя тем самым гэп между дремучим невежеством — предполагаемым состоянием читателя научно-популярных заметок — и невежеством-плюс, олицетворяемым автором.

Алексей Старобинский:

Вклад Джеймса Пиблса определен как «теоретические открытия в физической космологии». Из этой формулировки сразу видно, что речь идет не о каком-то одном «гениальном скачке», а о совокупности работ, в сумме внесших важный вклад в установление современной картины строения Вселенной в настоящее время и ее эволюции в прошлом, а именно на стадии доминирования нерелятивистской материи (какой — это отдельный вопрос) и предшествовавшей ей стадии горячего Большого взрыва (стадии доминирования излучения и ультрарелятивистских частиц и античастиц в тепловом равновесии с большой и даже очень большой — в более далеком прошлом — температурой). Сразу подчеркну, что это еще далеко не полная история Вселенной — горячему Большому взрыву предшествовала холодная де-Ситтеровская (инфляционная) стадия, но за нее Нобелевские премии (в отличие от премии Кавли) еще не присуждались, поскольку она пока еще не считается окончательно и однозначно подтвержденной наблюдениями.

Мир общим планом

Автор-дилетант: Что такое вообще эта самая «картина строения Вселенной»? Наука физика занимается простыми вещами вроде двух шаров, летящих друг к другу из пустого пространства, чтобы столкнуться и навеки разлететься в никуда. Из подобных задачек нелегко собрать картину реальности, потому что на самом деле реальность сложна и хаотична. Вот прямо сейчас в поле моего зрения трехлитровая банка с наливкой из черноплодки, спящая кошка, серое осеннее небо и ржавеющая решетка для мангала — выведите-ка уравнение, которое все это опишет.

Физики тоже такого не могут, однако к ХХ веку они научились решать много разных задач вроде той, про шары. В какой-то момент им показалось, что, если не всматриваться в детали мироздания — в кошку или в банку с наливкой, — а взглянуть на Вселенную в целом, она может показаться довольно простой, как в одной из их задачек. Например, однородным пространством, равномерно заполненным материей (все же зависит от масштаба — чем дальше отойдешь, тем меньше видно детали и тем монотоннее картинка). Еще физики знали, что Вселенная расширяется, это было установлено астрономами.

И вот совсем простая задачка: посчитайте-ка энергию маленького шарика, который находится на поверхности расширяющейся сферы в пространстве, заполненном некой субстанцией. Это может в принципе сделать старательный первокурсник, даже не знающий теории Эйнштейна. Если он все правильно запишет, а потом немного преобразует формулу, у него может получиться штука, которая называется «первым уравнением Фридмана». Из него следует удивительный факт: если плотность нашей упрощенной среды, в которой живет воображаемый шарик, меньше некой критической плотности, то расширение, которое мы постулировали в начале, будет продолжаться бесконечно, а если плотность больше, расширение сменится сжатием. Повторяю, для этого вывода не нужен даже Эйнштейн, пытливый читатель может сам в этом убедиться.

Александр Фридман вывел свои уравнения еще в 1920-х, и он-то, в отличие от нас, общую теорию относительности знал очень хорошо. Это помогает, потому что некая конфигурация переменных из его уравнения оказывается ровно тем самым, что в теории Эйнштейна называется «кривизной пространства». Что это такое? В обычном пространстве, где правит школьная геометрия, параллельные прямые всегда параллельны, а сумма углов треугольника — ровно 180 градусов. Это значит, что «его кривизна равна нулю». Если кривизна больше нуля, параллельные прямые будут сходиться, как меридианы на глобусе, а сумма углов станет больше 180 градусов. Если же кривизна меньше нуля, параллельные расходятся, а треугольник до 180 градусов не дотягивает.

Ну так вот, из того же уравнения можно догадаться, что кривизна пространства нулевая только в том случае, если плотность равна критической. Если она больше, то пространство имеет положительную кривизну (и, возможно, оно даже замкнутое, то есть в нем конечное число «мест», как на круглой Земле). При этом, как мы помним, оно не может расширяться бесконечно, а когда-нибудь схлопнется в точку и прекратит свое существование. Если же плотность меньше... ну, вы понимаете. Остается узнать, в каком пространстве мы живем на самом деле, — какая там плотность материи, какая кривизна, — и общая картина прояснится.

Далее: чтобы в точности понять Вселенную, как она есть сейчас, неплохо бы разобраться, как она дошла до такого состояния. А для этого придется проследить ее развитие с самого начала — разобраться, как из горячего и плотного сгустка не пойми чего получились атомы и галактики. Кстати, о том, что началось все с Большого взрыва, первым, кажется, догадался Эдгар По еще в XIX столетии. В прозаической поэме «Эврика» он отметил, что это единственное возможное объяснение, почему ночное небо не заполнено сплошняком звездами, а выглядит черным. Это, считал По, оттого, что мир имел начало и произошел из первичной частицы, которая в какой-то момент взорвалась.

Примерно с таким багажом вступила космология в ХХ век: было понятно, что Вселенная расширяется, что она возникла из плотного и горячего сгустка, а потом остывала и что уравнения Эйнштейна и другие простые законы физики управляли всем этим действом от начала и до сегодняшнего дня. Этой историей занимались множество физиков, так что кому-то даже покажется немного нечестным, что из них лишь Джеймс Пиблс получил Нобелевку. Среди них были и физики из России: уже упомянутый Фридман, Георгий Гамов, Евгений Лившиц, Андрей Дорошкевич, Игорь Новиков, Яков Зельдович. Да хоть бы и тот же Старобинский, хоть и в немного другом аспекте большого вопроса «Как устроено все на свете?».

Впрочем, наша статья не обо «всем на свете», а именно о Пиблсе. О том, что именно сделал он сам, рассказывает академик Старобинский.

Фундамент

Алексей Старобинский:

Итак, каков же по моему мнению основной вклад Пиблса в современную стандартную космологическую модель, точнее, в ту ее часть, которая подтверждена многочисленными наблюдениями? Я бы отнес сюда четыре его статьи 1966–1970 гг. по трем важным разделам космологии. Сразу замечу, что эти статьи не только не исчерпывают всего его вклада в теоретическую космологию, но даже и отнюдь не самые цитируемые — но об этом ниже.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет» Юлия Бордовских: «Женщина не стареет, она взрослеет»

Юлия Бордовских — о новой профессии, отношении к возрасту и идеалах красоты

Здоровье
Джим Керри и Робин Уильямс – главные экспериментаторы 1990-х Джим Керри и Робин Уильямс – главные экспериментаторы 1990-х

Актеры знают, как удивить окружающих без макияжа и кучи блесток

GQ
7 вопросов о белке 7 вопросов о белке

Отвечаем на самые популярные вопросы о протеинах

Худеем правильно
Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка Генеральный директор Breitling — об имидже, капсулах и завоевании рынка

Почему генеральный директор Breitling отказался от участия в Baselworld

РБК
Абсолютная влажность Абсолютная влажность

Любятинка – личность разносторонняя: она и блогер, и фитнес-тренер, и певица

Maxim
От Blower до лимузина королевы: самые важные автомобили марки Bentley От Blower до лимузина королевы: самые важные автомобили марки Bentley

Ключевые модели 100-летней истории марки Bentley

РБК
Перезагрузка Перезагрузка

Анфиса Черных об отдыхе на Бали, премии ТЭФИ и дебюте на театральной сцене

OK!
Не выходи из комнаты Не выходи из комнаты

Наш новый невроз — радость от того, что пропустил мероприятие или свежую сплетню

Tatler
Паранойя современности. Как страх стал нашим постоянным спутником Паранойя современности. Как страх стал нашим постоянным спутником

Мы живем в самое безопасное время в истории человечества

Forbes
Возвращение к корням Возвращение к корням

Винтажный рецепт для холодного вечера

Огонёк
Если и отращивать бороду, то как у Майкла Кейна Если и отращивать бороду, то как у Майкла Кейна

Мы задаемся вопросом: почему Кейн не ходил так всегда?

GQ
Сам себе психолог: 12 шагов к свободе души Сам себе психолог: 12 шагов к свободе души

Обычно психолог представляется волшебником со связкой ключей

Psychologies
«Приезжать отказались». Почему в ГИБДД не хотят оформлять аварии «Приезжать отказались». Почему в ГИБДД не хотят оформлять аварии

Водители жалуются на отказы сотрудников ГИБДД выезжать на оформление аварий

РБК
Снимите воспаление немедленно Снимите воспаление немедленно

Чтобы похудеть без диет, нужно снизить уровень системного воспаления в организме

Худеем правильно
Проклятые роли: персонажи, которые губили актеров Проклятые роли: персонажи, которые губили актеров

«Умирать» на сцене или экране, играть нечисть — всё это может принести несчастье

Cosmopolitan
7 интересных функций TikTok, о которых вы не знали 7 интересных функций TikTok, о которых вы не знали

Как работать в TikTok — платформе для создания коротких видеороликов

CHIP
Мужчины не плачут: почему так важно научить мальчиков выражать свои чувства Мужчины не плачут: почему так важно научить мальчиков выражать свои чувства

Как помочь мальчикам пережить любовные драмы, печали и трудности

Psychologies
Новая искренность власти: как Кремль предупреждает общество о закручивании гаек Новая искренность власти: как Кремль предупреждает общество о закручивании гаек

Почему «московское дело» не может развалиться

Forbes
Анджелина Джоли в платье с обнаженной спиной показала татуировки в Лондоне Анджелина Джоли в платье с обнаженной спиной показала татуировки в Лондоне

Актриса прилетела в Лондон на премьеру фильма «Малефисента: Владычица тьмы»

Cosmopolitan

Типичная алленовская картина про выбор между разумом и чувствами

Esquire
12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях 12 лучших фильмов про катастрофы, основанных на реальных событиях

Истории, от которых захватывает дух

Playboy
15 мыслей Хидео Кодзимы 15 мыслей Хидео Кодзимы

Геймдизайнер Хидео Кодзима поделился мыслями о виртуальном и реальном мирах

GQ
Огурцы по 350 и смузи для хипстеров: во что превратились московские продуктовые рынки Огурцы по 350 и смузи для хипстеров: во что превратились московские продуктовые рынки

Почему московские рынки стали так популярны и почему они похожи на рестораны

Forbes
Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать Обманчивая простота Севера: почему все хотят дом в скандинавском стиле — и как его сделать

Что на самом деле представляет собой современный скандинавский стиль

Forbes
Петроградный Меркурий Петроградный Меркурий

Привет, петербургские! Это ваша инструкция по выживанию на 2020 год

Собака.ru
Битва за импичмент Битва за импичмент

Процесс, запущенный палатой представителей, может спутать карты абсолютно всем

Огонёк
Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности Уехал и не заметил: как потерять права из-за простой невнимательности

Водителю, который притер чужую машину и не заметил аварии, грозит лишение прав

РБК
«Нет прецедентов, чтобы женщина-режиссер сняла блокбастер в России»: Нигина Сайфуллаева о «Верности», ревности и феминизме «Нет прецедентов, чтобы женщина-режиссер сняла блокбастер в России»: Нигина Сайфуллаева о «Верности», ревности и феминизме

Фильм, который с полной уверенностью можно назвать самым провокативным

Forbes
Неправильный капитализм Неправильный капитализм

Почему нам следует прислушаться к тому, о чем пишет сегодня Financial Times

Огонёк
Ферментация – модный тренд Ферментация – модный тренд

Как правильно квасить продукты и какие именно

Здоровье
Открыть в приложении