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

Нетипичный Обнинск Нетипичный Обнинск

Как российский город захлебывается от новых мигрантов

Эксперт
«Хочу научиться быть семейным человеком» «Хочу научиться быть семейным человеком»

Стас Пьеха редко делится подробностями своей личной жизни

OK!
Беспроигрышное поражение Беспроигрышное поражение

Новые повороты на пути к «Брекситу»

Огонёк
Как носить пуховик: 7 крутых образов на каждый день Как носить пуховик: 7 крутых образов на каждый день

Мы покажем, как носить пуховик — самую удобную, практичную и красивую вещь

Cosmopolitan
Головной офис Головной офис

Как не потеряться в изобилии средств для кожи головы

Grazia
Екатерина Моргунова: «Если бы не КВН, шила бы в Пятигорске шубы» Екатерина Моргунова: «Если бы не КВН, шила бы в Пятигорске шубы»

Звезда шоу «Однажды в России» на ТНТ призналась, почему не тратит на себя деньги

StarHit
Найди в себе ген директора Найди в себе ген директора

Пройди тест и узнай, какой из тебя получится босс

Maxim
Крыло с обратной стреловидностью: все Крыло с обратной стреловидностью: все

Вопрос – зачем нужна обратная стреловидность крыла?

Популярная механика
«Чувствую себя раненой, но не побежденной»: рассказ о раке груди от первого лица «Чувствую себя раненой, но не побежденной»: рассказ о раке груди от первого лица

Арин Фаррингтон о раке молочной железы

Vogue
Почему не стоит потакать всем своим прихотям Почему не стоит потакать всем своим прихотям

Многие из нас хотят «всего и сразу», но такой подход может навредить

Psychologies
«Если у вас есть проблема — вы нормальный человек!» «Если у вас есть проблема — вы нормальный человек!»

В нашей культуре понятие «проблема» имеет негативный окрас

Psychologies
Прицел на результат: что поможет крупному бизнесу выжить в эпоху тотальных перемен Прицел на результат: что поможет крупному бизнесу выжить в эпоху тотальных перемен

В чем нуждается бизнес и как должен преобразиться консалтинг

Forbes
Анна Снаткина: «Крепкий брак – сложная работа» Анна Снаткина: «Крепкий брак – сложная работа»

Актриса Анна Снаткина о романтике в семье и секретах красоты

StarHit
Поэт в жизни или Счастливый неудачник… Поэт в жизни или Счастливый неудачник…

О литературном герое Илье Ильиче Обломове

Наука и жизнь
Tanya Tanya

В черном платье Тани Котеговой чувствуешь себя защищенно и тепло, как в коконе

Seasons of life
Помолодеть за 120 кадров: как футуристический боевик «Гемини» с Уиллом Смитом совершил прорыв в кинотехнологиях Помолодеть за 120 кадров: как футуристический боевик «Гемини» с Уиллом Смитом совершил прорыв в кинотехнологиях

10 октября в российских кинотеатрах выходит «Гемини»

Forbes
«Атомные церкви» и котики: как защитить людей будущего «Атомные церкви» и котики: как защитить людей будущего

Символы опасности окружают нас повсюду и должны легко узнаваться

Популярная механика
Нашествие призраков: почему стало нормой исчезновение сотрудников сразу после приема на работу Нашествие призраков: почему стало нормой исчезновение сотрудников сразу после приема на работу

Компании все чаще сталкиваются с гостингом соискателей

Forbes
Арт-рынок по ту сторону экрана: зачем Дэмиену Херсту нужен Instagram Арт-рынок по ту сторону экрана: зачем Дэмиену Херсту нужен Instagram

В галерее pop\off\art открывается выставка Володи Потапова

Forbes
«Серебряная птица» третьего рейха: на ракете в Нью-Йорк «Серебряная птица» третьего рейха: на ракете в Нью-Йорк

Настоящие чудеса техники, на десятилетия опередившие свое время

Популярная механика
Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон Как «Барселона» стала первым клубом, заработавшим €1 млрд за сезон

В 2019 году «Барселона» станет лидером по выручке среди спортивных команд

Forbes
«Лучше умереть, чем так жить». В чем лицемерят противники эвтаназии в России «Лучше умереть, чем так жить». В чем лицемерят противники эвтаназии в России

Министр здравоохранения вбросила идею о возможном разрешении эвтаназии в России

СНОБ
Какая должна быть температура процессора Какая должна быть температура процессора

Что такое троттлинг, как работает процессор, как снизить температуру ЦПУ

CHIP
“Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе “Вояджеры” измерили скорость звука и давление в открытом космосе

Была определена скорость звука в гелиосферной мантии и давление в ней

Популярная механика
Как выбрать свою первую электрогитару Как выбрать свою первую электрогитару

MAXIM выведал у главного гитарного эксперта России все хитрости

Maxim
Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве Как два брата открыли самый крутой боксерский клуб в Москве

Их боксерские клубы – самые популярные в Москве

GQ
Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно Почему искать баланс между семьей и карьерой не нужно и даже вредно

Поиск баланса между семьей и карьерой лишает энергии и веры в себя

Psychologies
Отец-молодец и дамский угодник: Сергей Безруков и его любимые женщины Отец-молодец и дамский угодник: Сергей Безруков и его любимые женщины

Любопытные моменты биографии Сергея Безрукова

Cosmopolitan
Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40 Имиджмейкеры. Lexus UX против Volvo XC40

Три миллиона рублей — сумма, которая открывает двери почти во все классы

РБК
С чистого листа С чистого листа

Отшелушивание — ступенька к гладкой коже лица. Как его делать правильно?

Худеем правильно
Открыть в приложении