В рамках научно-популярного марафона «Неделя Дарвина» в этом году декан Физического факультета Новосибирского государственного университета, д.ф.-м.н. Владимир Блинов выступил с лекцией о том, как менялись представления людей о происхождении и строении Вселенной и какую роль в этом играет реликтовое излучение.
— Моя лекция — это история о том, как человечество пыталось разобраться с устройством мира, в котором живет. И я расскажу, как история Вселенной предстает в свете реликтового излучения, — начал он свое выступление.
Люди достаточно давно пытались понять, как устроена Вселенная, и построить ее модель. Еще до нашей эры, в античной Александрии ученый-книжник Клавдий Птолемей написал энциклопедию астрономических и математических знаний древнегреческого мира, известную в наше время как «Альмагест». В его картине центром мироздания являлась плоская Земля, вокруг которой располагались Солнце, планеты и неподвижные звезды.
Что интересно, примерно в ту же эпоху другой ученый из Александрии, Эратосфен, с помощью математики доказал, что Земля имеет форму шара, и даже вычислил ее приблизительные размеры. Правда, в своих расчетах он ошибся примерно на 10 %, но, учитывая несовершенство его инструментов, это было простительно. Однако, именно концепция Птолемея надолго стала официально признанной.
Спустя примерно полторы тысячи лет ученые Возрождения окончательно ее развенчали, и стараниями Николая Коперника, Тихо Браге, Иоганна Кеплера и Исаака Ньютона в науке утвердилась модель гелиоцентричной Солнечной системы и мироздания, основанного на законах классической механики.
— Это положение дел сохранялось на протяжении примерно 300 лет, и в это время постепенно накапливались данные, которые нельзя было объяснить с позиций классической ньютоновской механики. А потом появился Эйнштейн, который создал Специальную и Общую теории относительности и на их основе создал модель Вселенной, — продолжил Владимир Блинов.
Эта модель оперировала уже не классической, а релятивистской механикой. И одним из первых предсказаний Общей теории относительности стало объяснение аномальной прецессии орбиты планеты Меркурий.
А еще через несколько десятилетий американский астроном Хаббл установил, что Вселенная расширяется. Далее, физики, опираясь на результаты, полученные Хабблом, отказались от стационарной модели Вселенной (из которой исходил, кстати, и Эйнштейн) и пришли к выводу, что раньше она была более компактной, горячей, а примерно 13,8 млрд лет назад началось ее расширение. Проще говоря, так зародилась космологическая концепция, более известная как Теория Большого взрыва.
Кстати, возраст Вселенной определяет радиус видимой нам части Вселенной из-за конечности скорости света.
— Но это же дает ученым колоссальный бонус: чем дальше от нас находится наблюдаемый объект, тем в более молодом состоянии мы его видим. Поэтому, благодаря развитию телескопов, астрофизики и космологи могут своими глазами видеть и изучать историю Вселенной, а не реконструировать ее по косвенным данным, — подчеркнул Владимир Блинов.
Далее он кратко описал разные этапы истории Вселенной, начиная с того момента времени, когда она находилась в состоянии гелиево-водородной плазмы. Именно рекомбинация этой плазмы, по мнению астрофизиков, привела к появлению отдельных атомов, из которых потом сформировались звезды и другие структуры во Вселенной. Следствием этого, в частности, по расчетам ученых, стало возникновение излучения с высокой степенью изотропности и спектром, свойственным для абсолютно чёрного тела с температурой 2,73 К. Советский астрофизик И.С. Шкловский обозначил его термином «реликтовое излучение».
Сначала это была теория, но в 1965 году астрономы Арно Пензиас и Роберт Вильсон из Bell Telephone Laboratories, исследуя влияние космического излучения на радиолокацию, обнаружили, что антенна имеет избыточную шумовую температуру в 3,5 К, которую они не могли объяснить. И лишь после консультаций с физиками Принстонского университета, которые уже год как пытались зафиксировать реликтовое излучение, стало понятно, что это оно и есть.
— Это стало доказательством того, что модель Большого взрыва работает, что в возрасте 380 тысяч лет Вселенная состояла из плазмы с температурой 3000 К и это излучение является шумом той самой плазмы. Но дальнейшие наблюдения стали порождать новые вопросы, — подчеркнул декан Физического факультета.
В частности, почему эта температура одинакова в разных, удаленных точках Вселенной, которые не могли контактировать между собой на тот момент. Были и другие нестыковки. Объяснить их удалось с помощью инфляционной модели расширения Вселенной, в создание которой внесли вклад советские физики Андрей Старобинский, Андрей Линде и их американский коллега Алан Гут.
В ее рамках расширение пространства произошло в результате квантовых флуктуаций скалярного поля, подобного полю, предложенному Хиггсом, квант которого — бозон Хиггса, был открыт в 2012 году на Большом адронном коллайдере, и оно было практически мгновенным и привело к образованию множества «пузырей»-вселенных. Точные расчеты показали, что размеры этих пузырей-вселенных были на много порядков величины больше видимого радиуса нашей Вселенной. По этой причине мы и не наблюдаем «стенки», разделяющие эти «пузыри»-вселенные.
— Так родилась концепция Мультивселенной, в которой образовывались, образуются и будут образовываться бесконечное множество Вселенных с разными свойствами. Какие-то из них быстро схлопываются, какие-то нет. В одной из таких вселенных мы с вами и живем, — подытожил докладчик.
И поскольку число вселенных бесконечно, а число частиц в них конечно реализуются все возможные сценарии их состава и эволюции. Возможны даже точные копии нашей Вселенной, и, возможно, где-то в это же время такую же лекцию читает двойник Владимира Блинова.
.jpg)
