История вселенной: как устроен наш мир и откуда мы это знаем? - Сергей Попов - Наука в фокусе - 2014-07-06

НОВОСТИ НАУКИ

М. МАКСИМОВА - Проект по созданию самого крупного в истории рентгеновского космического телескопа на днях был одобрен Европейским космическим агентством. Спутник-телескоп "Афина" станет космической обсерваторией нового поколения и будет иметь чувствительность и обзорность в сотни раз выше, чем современные рентгеновские космические телескопы, американская обсерватория "Чандра" и XMM-Newton Европейского космического агентства.

Целью Афины станет изучение Вселенной в рентгеновском диапазоне, который поглощается земной атмосферой, что делает невозможными подобные наблюдения с Земли. Афина будет наблюдать, как галактики и скопления галактик собирались на протяжении нескольких миллиардов лет после Большого взрыва. Этот телескоп заработает к 2028 году.

В майском выпуске журнала "Physical review letters" было опубликовано исследование группы учёных из Королевского колледжа в Лондоне. В рамках этой работы исследователи совместили астрономические наблюдения с результатами изучения бозона Хиггса и в качестве вывода предположили, что Вселенная с начала своего появления не должна была просуществовать дольше 1 секунды. Расчёты основывались на данных группы BICEP2, несколько месяцев назад обнаружившей один из важнейших теоретически предсказанных эффектов - гравитационные волны, оставшиеся со времён Большого взрыва.

"Мы получили очень странную теоретическую модель, которая если бы и была верна, то Вселенной бы сейчас не существовало. Но если результаты BICEP2 всё же верны, то мы откроем двери в новую физику за пределами Стандартной модели", - заявил руководитель группы Роберт Хоган.

Исследователи из Национальной лаборатории имени Лоуренса и Калифорнийского университета в Беркли сообщили, что им удалось измерить самую слабую силу, побив тем самым рекорд точности. Сила, эквивалентная 42 йоконьютонам, была обнаружена в ходе эксперимента с лазерами и облаком ультрахолодных атомов. Свою работу ведущий автор исследования Дэн Стемперкерн и его коллеги считают доказательством преодолимости так называемого Стандартного квантового предела. Это понятие представляет собой ограничение, которое накладывается на точность повторяющихся и непрерывных измерений какой-либо величины, например, силы.

Рекордная точность, которой удалось достичь Стемперкерну и его команде, позволит вывести измерения на новый уровень. Главная надежда - это детектирование гравитационных волн, некой ряби в пространстве-времени, предсказанной ещё Эйнштейном. Этот след должен был оставить во Вселенной Большой взрыв. Об обнаружении волн уже несколько месяцев назад проект BICEP2, однако их данные пока не подтверждены.

О. ЖУРАВЛЁВА - В Москве 15:09, вас приветствует программа "Наука в фокусе". Сегодня удивительный случай. Сегодня её ведущая - Ольга Журавлёва, но как всегда в студии Егор Быковский, главный редактор журнала "Наука в фокусе". Здравствуйте, Егор.

Е. БЫКОВСКИЙ - Здравствуйте, Оля. Здравствуйте, слушатели. Пользуясь случаем, хочу передать привет Наргиз Асадовой, которая сейчас в отпуске.

О. ЖУРАВЛЁВА - Пожелать ей хорошего отпуска.

Е. БЫКОВСКИЙ - Я совершенно не сомневаюсь, что сейчас она припала к приёмнику, чтоб нас послушать. Привет, Наргиз.

О. ЖУРАВЛЁВА - Вот это вредно, кстати. Наргиз, не слушай, всё будет хорошо, не волнуйся, можешь прямо сейчас выключать, всё в порядке, гость уже поднимается, если ты понимаешь, о чём мы. Дело в том, что сегодня тема у нас - "История Вселенной: как устроен наш мир и откуда мы это знаем?". Вопрос "зачем мы это знаем?" мы тоже зададим.

А в студии уже наш гость. Это доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Попов. Здравствуйте, Сергей.

С. ПОПОВ - Добрый день.

О. ЖУРАВЛЁВА - Прекрасно. Мы очень рады вас видеть. Все мы наконец встретились. Это тот самый случай, который, наверное, к устройству Вселенной имеет отношение, когда передача вроде бы идёт, вы вроде бы в ней участвуете, но одновременно при этом едете в лифте. Вот, что-то подобное. Я так себе представляю конструкцию. Я только хочу сказать, что у нас, разумеется, будет статья по теме нашего сегодняшего эфира.

Е. БЫКОВСКИЙ - Как обычно.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, все желающие, кто хотел прочитать на сайте, могли прочитать, посмотреть картинки, иллюстрации.

Е. БЫКОВСКИЙ - Даже проголосовать.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, голосование тоже услышите обязательно, итоги его в этой передаче. Ну а для начала у меня вопрос как обычно дилетантский, дальше некуда - с какого момента человечество пытается изучить историю именно Вселенной? Как можно считать, когда люди вылезли за пределы Земли и начали уже изучать историю собственно Вселенной?

СЕРГЕЙ ПОПОВ - То есть когда у них начало получаться. Это два разных вопроса.

О. ЖУРАВЛЁВА - Стали об этом вот так вот задумываться, что можно уже говорить о том, что уже какая-то научная мысль в этой области работает.

С. ПОПОВ - Всё-таки вы понимаете, возьмите Упанишады... люди думали всегда и в какой-то момент у них стало получаться лучше или хуже. Поэтому что-то, действительно похожее на истину, наверное, стало уже в XX веке получаться.

Е. БЫКОВСКИЙ - А так-то сильно раньше. Этим занимались и... я думаю, что с тех пор как появилось человечество, люди смотрели на небо и думали, как там всё устроено. Вот, читал какую-то статью... это двухсотный или трёхсотный год до нашей эры, он представлял себе небесную сферу как... такой натянутый на колесницу, который вращается в горизонтальной плоскости, перемещает звёзды. Это, наверное, для тогдашнего времени было более-менее адекватное представление.

Но потом эти представления сильно изменились. Я думаю, что Сергей лучше, чем я, знает, как они изменялись.

О. ЖУРАВЛЁВА - Может быть, самые яркие теории устройства Вселенной, какие можно перечислить, от чего к чему шло человечество.

С. ПОПОВ - Поскольку их много, выбор, конечно, субъективный всегда будет, да? Например, был такой человек с совершенно замечательно звучащим по-русски именем Евдокс Книдский, он был древним греком, как можно догадаться, они тогда не знали, что они древние. И он пытался построить первую модель или теорию планетных движений. Тогда всё-таки Вселенная ограничивалась скорее планетным миром, но попытку сделать более-менее математическую теорию и вообще само понимание того, что можно написать законы природы, на мой взгляд, это нетривиальная вещь.

О. ЖУРАВЛЁВА - Но она очень практичная, потому что если мы будем знать, в какой момент что куда переместится, как это будет выглядеть и что с чем связано на Земле, допустим, как с приливами, например, да, то, наверное, изначально были какие-то практические задачи.

С. ПОПОВ - Конечно. Чисто практическая польза. Для мореплавания, например, для навигации.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, ты плывёшь в таком-то месте и тогда видишь такую-то картину.

С. ПОПОВ - Сама концепция законов природы немножко другая. То есть вы понимаете, можно написать какую-нибудь простую формулу, она всегда из трёх букв, v=gt, да? Мы берём предмет, бросаем, и всегда это будет выполняться. Это вообще удивительная вещь, что такая простая формула всегда работает. Мы можем померить сколько падало, какая скорость тела, и это отличается от составления опыта мореплавателей или ещё чего-то, потому что не так. Тем более мореплаватели, наверное, знали, что всё равно они приплывут в другой раз - будет не совсем так, как написано у предыдущего автора, а будет как-то похоже. А тут всё время.

То есть когда-то древние греки поняли, что можно писать законы природы, да? Потом, наверное, следующий большой шаг именно в астрономии - это уже скорее какие-нибудь Галилей и Ньютон, когда действительно...

Е. БЫКОВСКИЙ - Аристарх Самосский был ещё, я помню, он, по-моему, первым предложил гелиоцентрическую систему мира.

С. ПОПОВ - Опять-таки, мне кажется, что это не до конца наука всё-таки. То есть там много всего было интересного, и иногда как бы люди угадывали, но, покопавшись в мотивах, становится ясно, что они не всегда научно с нашей современной...

О. ЖУРАВЛЁВА - Гениальное предвидение никто не отменял.

С. ПОПОВ - Тем не менее.

Е. БЫКОВСКИЙ - Конечно, наука появилась несколько попозже.

С. ПОПОВ - Представьте, условно говоря, какая-нибудь блондинка сказала, что Коста-Рика выйдет в 1/8 финала, потому что ей нравятся мальчики в команде в Коста-Рике. Это гениальное предвидение или нет? В смысле никто же... она поставила, а мы все в дураках, никто не ожидал, что они так далеко поднимутся.

О. ЖУРАВЛЁВА - В общем, да, это гениальное предвидение, что уж там. Давайте тогда подойдём уже поближе. Мы уже до Галилея добрались.

С. ПОПОВ - С этого момента начинается серьёзная нормальная наука, серьёзные нормальные наблюдения. И потихонечку всё выстраивалось. Что-то с чем-то не стыковалось, были проблемы. Вселенная продвинутых людей этого времени - это такая бесконечная Вселенная, сама по себе существующая, но она сталкивается с каким-нибудь парадоксом Ольберса.

Непонятно, почему небо тёмное. Вселенная бесконечная, вечно существующая. А если она везде одинаковая, согласно коперниканскому принципу.

Е. БЫКОВСКИЙ - И звёзд должно быть бесконечное количество.

С. ПОПОВ - Почему небо тёмное, да, это большая проблема на самом деле. Ну дальше разобраться с этим смогли уже по большому счёту в XX веке, когда стало ясно, условно говоря, что интеграл сходится, небо действительно тёмное, и ничем от этого не спастись.

О. ЖУРАВЛЁВА - Слишком много тёмного там просто?

С. ПОПОВ - Представьте, у вас такой красивый бесконечный лес без подлеска, как в Гарри Поттере в Запретном лесу, там очень красиво. Вот, деревья стоят очень редко. Вам завязали глаза, посадили на велосипед и отпустили ехать. Если он бесконечный, как долго бы вы ни ехали, вы найдёте своё дерево. Если та же самая ситуация во Вселенной со звёздами, у вас глаз везде упрётся в поверхность звезды. То есть небо будет всё сиять, темного неба не будет. Значит, звёзды где-то заканчиваются. Если они где-то заканчиваются, это плохо, это нарушение коперниканского принципа. Мы со времён Коперника не живёт в центре Вселенной. Мы вообще в центре ничего как бы не живём.

Тогда надо их где-то по-другому заканчивать. И современная космология говорит нам простую, но забавную вещь - что звёзды заканчиваются во времени. Чем дальше мы смотрим, тем более далёкие и давнее существовавшие звёзды мы видим. А звёзд, которые светили 14 млрд лет назад, просто не было. И это всё объясняет. Поэтому такое небо тёмное, потому что Вселенная имеет конечный возраст. Это утверждение правильное, совершенно для футболки, совершенно с глубоким смыслом.

О. ЖУРАВЛЁВА - Прекрасно, вы сейчас сказали, 14 млрд назвали. Тоже...

Е. БЫКОВСКИЙ - Подошли к самому вкусному.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, потому что как раз самое дорогое, что у нас сегодня есть, оно связано непосредственно с возрастом Вселенной. Сейчас везде, не только в прекрасном журнале "Наука в фокусе" и в статье, которую мы сейчас скоро послушаем, сейчас везде уже устоявшийся как бы принятый возраст 13,8 млрд лет, правильно?

Е. БЫКОВСКИЙ - Да, он там чуть-чуть корректируется.

С. ПОПОВ - На уровне сотых он шевелится где-то.

О. ЖУРАВЛЁВА - Какой был ещё возраст Вселенной по предыдущей версии? От какого возраста пришли к этому?

С. ПОПОВ - Например, была проблема, когда Хаббл и компания... про это тоже долго можно говорить.

О. ЖУРАВЛЁВА - Ой, да, мне понравилось.

С. ПОПОВ - Когда Хаббл и компания померили расширение Вселенной, у них получалась очень большая постоянная Хаббла, которую тогда не называли постоянной Хаббла. И тогда Вселенная получилась очень молодой. И это вступило в противоречие с палеонтологическими данными, со всем на свете. Поэтому были проблемы. Так что началось всё... я боюсь ошибиться, там, с миллиарда лет, с сотен миллионов, может бытЬ, по космологическим оценкам. Но дальше всё довольно быстро...

О. ЖУРАВЛЁВА - Такое ощущение, что возраст Солнца вычисляли вообще другие люди. Как будто бы.

С. ПОПОВ - Да, конечно. Из совсех других соображений, самое главное.

О. ЖУРАВЛЁВА - На всякий случай объясните, потому что просто так сидит человек и думает - ну прилетели, взяли пробу и установили возраст по годовым кольцам. Ну как это?

Е. БЫКОВСКИЙ - Прилетели ночью, чтоб не обжечься.

О. ЖУРАВЛЁВА - Именно.

С. ПОПОВ - Как только вы понимаете, что Солнце светит из-за превращения водорода в гелий, вы можете прикинуть, как долго этот водород будет превращаться в гелий и построить какую-то звёздную модель.

О. ЖУРАВЛЁВА - Для этого нам нужно ¬знать массу, размеры...

С. ПОПОВ - Ну и примерно всё-таки научиться делать модели, потому что важно понять возраст. Потому что если мы просто возьмём массу и темп пережигания, у нас одинаково хорошо будет и то, что Солнце в конце своей жизни, ещё хватает, или в самом начале у него полный бак. Это люди, которые могут ничего не знать про космологию, они занимаются звёздными моделями и термоядерными реакциями. Они считают, сколько лет Солнцу, например, именно если таким способом. Можно брать образцы метеоритов, начать с земных пород и двинуться в сторону метеоритов, найти там какие-нибудь радиоактивные изотопы, посмотреть, когда эта штука появилась (по соотношению изотопов, один из которых превращается в другой), и тоже получить возраст, и там довольно быстро у людей получались миллиарды лет.

А космологи, померив скорость разбегания галактик, где они раз в 10 ошиблисЬ, они могли посчитать, когда две какие-нибудь галактики были бесконечно близки друг к другу, то есть назад как бы проэкстраполировать всё. И тоже получается оценка возраста из этого.

О. ЖУРАВЛЁВА - Но на всякий случай давайте здесь зафиксируем, сколько Солнцу-то.

С. ПОПОВ - Примерно 6 миллиардов.

О. ЖУРАВЛЁВА - Молоденькая ещё.

Е. БЫКОВСКИЙ - Земля чуть-чуть помладше. В космических масштабах ненамного.

С. ПОПОВ - В пределах такой точности это всё равно 5 млрд.

О. ЖУРАВЛЁВА - Нюра из Гатчины нам пишет: "Что-то у гостей вкрадчивый и коварный голос. Откуда они всё знают? Это гости из космоса? Из тёмной далёкой пелены из тумана?". Нет, на самом деле...

Е. БЫКОВСКИЙ - У нас только один гость в студии сейчас.

О. ЖУРАВЛЁВА - На самом деле у нас в студии Сергей Попов, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга, и в студии естественно Егор Быковский, главный редактор журнала "Наука в фокусе". А давайте, джентльмены, мы всё-таки послушаем статью, от которой мы сегодня танцуем, потому что, может быть, мы тогда не будем в каких-то вещах повторяться, а какие-то скажем более подробно. Слушатели, тоже слушайте внимательно, возникнут вопросы - задавайте. Итак, статью по теме мы готовы выслушать сейчас. Её для нас прочитал Лев Гулько.

"СТАТЬЯ ПО ТЕМЕ".

Л. ГУЛЬКО - Теория зарождения нашего мира из плотного горячего сгустка в результате Большого взрыва, как ехидно окрестил это событие британский астроном Фред Хойл, в настоящее время считается стандартной теорией, хотя становление её проходило весьма и весьма непросто. Самой идее около ста лет, но первые свидетельства того, что Большой взрыв действительно имел место, астрономы получили лишь в 1960-е годы.

Тогда, полстолетия назад одним прекрасным летним днём удалось зафиксировать космический микроволновый фон. Помимо этого неоспоримого свидетельства, к тому времени накопились уже достаточные количества дополнительных фактов, говорящих в пользу этой теории.

Основы же были заложены в работе русского математика, геофизика Александра Фридмана, опубликованного в 1922 году "О кривизне пространства". Анализируя уравнения Общей теории относительности Эйнштейна, описывающей взаимосвязь материи, пространства и времени, Фридман пришёл к выводу, что они позволяют ввести целый ряд нестационарных моделей Вселенной.

В те годы не было возможности экспериментально проверить, какая из моделей лучше всего описывает Вселенную, в которой мы живём. К сожалению, Фридман не знал о существующих уже в то время астрономических наблюдениях, которые подтверждали его гипотезу.

В американской обсерватории Лоуэлла (США) астроном Весто Мелвин Слайфер занимался изучением спектров туманностей (так в начале XX века называли любые неподвижные на небе облака материи). Учёные никак не могли разобраться, что эти туманности из себя представляют. К своему удивлению Слайфер обнаружил существенное красное смещение регистрируемого от них излучения. Первым объяснением, пришедшим его в голову, был эффект Доплера, проявляющийся из-за большой скорости движения источников света относительно Земли.

Бельгийский математик и астроном Жорж Леметр не применул воспользоваться открывшейся возможностью, он был прекрасно осведомлён о самых последних исследованиях, успел побывать в Кембридже, Гарварде и Маунт-Вилсоне, познакомиться с Хабблом и Слайфером. Но не знал о работах Фридмана. Опираясь на последние астрономические наблюдения, Леметр своим путём пришёл к тому же решению уравнения Эйнштейна, что и Фридман.

Леметр при этом не прекращал свои исследования. Хаббл использовал красное смещение для измерения расстояния, но не сделал попытки вписать их ни в одну из существующих космологических моделей. В отличие от большинства релятивистов, выводивших свои уравнения в отрыве от физического мира, Леметр решил взглянуть на них по-новому и использовать их для описания процесса зарождения Вселенной.

В 1931 году он выдвинул гипотезу, согласно которой начало начал было необычайно бурным. А в 1946 году вышла книга, в которой Леметр развил эту идею, создав концепцию возникновения Вселенной из "первородного атома", или "космологического яйца".

С тех пор прошли годы. Человечество запустило несколько космических аппаратов: советский Реликт-1, американский COBE И WMAP, наконец европейский Plank, которые собрали дополнительную информацию о большом взрыве. Важнейшим прорывом стали результаты обсерватории COBE, запущенной в 1989 году. Они позволили выявить малые вариации яркостей реликтового излучения, её температуры, вызванной возмущениями плотности первичного вещества, в результате которых образовались галактики и пустоты между ними. Теория большого взрыва праздновала свой триумф.

О. ЖУРАВЛЁВА - И это был Лев Гулько со статьёй по теме. У нас в студии главный редактор журнала "Наука в фокусе", откуда, собственно, статью-то и читали Егор Быковский, и наш гость Сергей Попов - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга.

Нам приходят вопросы по поводу того, что уже услышано. А иногда и даже реплики. Реплика такая: "5 млрд лет Солнцу - это как 40 лет у человека", "Если посчитали возраст на текущий момент, значит посчитали, и когда погаснет, взорвётся". Правда же? Есть уже точно? Вы считаете это фактом.

Е. БЫКОВСКИЙ - Абсолютно точно.

С. ПОПОВ - Вопрос - с какой точностью?

О. ЖУРАВЛЁВА - Плюс-минус сколько. Когда Солнце уже должно прогореть, что назыавется. Это же не может гореть вечно.

С. ПОПОВ - Действительно примерно половинка. Если люди надеятся жить до 80, то примерно 40, да.

О. ЖУРАВЛЁВА - Отлично. Значит, ещё 5 млрд после этих 5 млрд.

Е. БЫКОВСКИЙ - Можно не беспокоиться.

О. ЖУРАВЛЁВА - Хорошо. Ну, нам во всяком случае. "А религиозные 5508 лет до Рождества Христова, создание мира?", - интересуется Алексей. А кто-нибудь из авторов вот этих теорий, ну, не знаю, соотносился со всякими народами, которые, я не знаю, от чего-то считали, от каких-то событий свою исорию мира или ещё что-нибудь? Есть какие-нибудь свидетельства о том, что было астрономическое явление, появились новые планеты или ещё что-нибудь, или эти все даты, которые во всяких сакральных книгах, они никак не соотносятся с астрономической историей?

С. ПОПОВ - Я не большой специалис по сакральным книгам, что означает совсем не специалист. Насколько я помню... то есть мне в голову не приходят примеры, где люди достоверно считали бы от какого-нибудь явно астрономического события, причём так, чтобы оно явно доминировало и довлело. Ясно, что Вифлеемская звезда не является каким-то очень значимым событием. Просто некий элемент.

О. ЖУРАВЛЁВА - Понятно. А когда тоже в этой же статье шла речь о том, что то, что подтвердилось касательно этого реликтового излучения, было высказано несколько предположений, и, я так понимаю, то, что подтверждение получено, это как бы подтвердилось ещё и тем, что это и так предполагали приблизительно в тех же масштабах. Поэтому основная масса поверила. Или нет? Или это какие-то другие истории, потому что когда речь шла о том, что смогли измерить, извините меня, температуру, ну как это ещё назвать? То, что сделали при помощи этой антенны замечательной. Когда вычли вроде бы всё остальное, и осталась вот эта температура, угасающее излучение, которое на данный момент уже предполагалось кем-то.

Е. БЫКОВСКИЙ - Его целенаправленно не искали.

О. ЖУРАВЛЁВА - По-моему, они вообще искали что-то другое.

Е. БЫКОВСКИЙ - Ну, Пензиас и Вильсон вообще, пытаясь настроить телескоп для спутниковой связи. Это был такой вторичный результат в этот момент, когда они обнаружили эту странную разницу температур, это же они чистили от птичьего помёта.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, о голубиного помёта. Меня это тоже потрясло.

Е. БЫКОВСКИЙ - Если бы они заранее предполагали, что они ищут, я думаю, что история была бы немножко по-другому написана.

С. ПОПОВ - Если бы они даже ничего не нашли в этот момент, то, я думаю, буквально через несколько лет нашли бы те люди, которые целенаправленно знали, что надо искать. Уже были программы...

О. ЖУРАВЛЁВА - Подождите, когда читаешь о том, что были обнаружены вот эти градусы, которые сначала каким-то образом вычислялись, говорят, что вычли всё, что могло помешать. А насколько вообще такие исследования точны?

С. ПОПОВ - Да, это хороший вопрос. Вообще открытие реликтового излучения... в космологии полно драматизма, споров о приоритете и так далее. Реликтовое излучение - это то, что любой человек может посмотреть, если у него телевизор с антенной, настроить его на пустой канал. Часть вот этого мусора, который рябит, обеспечивается реликтовым излучением. То есть это действительно такой шум в радиодиапазоне, который есть везде.

О. ЖУРАВЛЁВА - То есть нет абсолютной тишины, потому что есть некое излучение.

С. ПОПОВ - Есть некое излучение, которое есть везде. И люди в принципе натыкались на него по-разному и до Пензиаса и Уилсона. Например, в Советском Союзе Шмаонов в 1955 году, делая примерно такую же работу, как Пензиас и Уилсон, увидел это фоновое излучение, правильно оценил температуру, но к вопросу о точности, почему я вспомнил, там получалось 4+-3 градуса, что в пределах точности означает 0 на самом деле, потому что вычитать нужно из 4 двенадцать в таком подходе. И до этого были свидетельства. Поэтому вопрос о точности - он ключевой в неком смысле. Она есть везде, но её нужно открывать очень надёжно.

О. ЖУРАВЛЁВА - В этом рассказе мы сделаем интригующую паузу. Это "Наука в фокусе". Мы встретимся после новостей.

НОВОСТИ

О. ЖУРАВЛЁВА - В Москве 15:35, программа "Наука в фокусе" продолжается. "Исттория Вселенной: как устроен наш мир, откуда мы это знаем. Меня зовут Ольга Журавлёва, я замещаю Наргиз Асадову. Не волнуйтесь, с ней всё в порядке. Соведущий наш как всегда Егор Быковский, главный редактор журнала "Наука в фокусе". И откуда и что мы знаем, мы выясняем у Сергея Попова, доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника Государственного астрономического института имени Штернберга.

Ну мы подобрались к этому самому излучению, которое вроде бы о чём-то нам таком важном говорит. О чём важном оно говорит или не говорит, мы чуть позже, да? Но как к этому пришли.

Е. БЫКОВСКИЙ - До перерыва мы говорили о том, что искали его намеренно. Всё-таки, конечно, были такие предположения, что... то есть гипотеза о Большом взрыве появилась сильно раньше того, что нашли реликтовое излучение. И одновременно нашли несколько учёных, в том числе давайте отдадим должное Леметру, которому через...

О. ЖУРАВЛЁВА - 17 июля.

Е. БЫКОВСКИЙ - 17 июля исполнится 120 лет. Леметр, к сожалению, почти забыт, все знают Хаббла, поскольку его именем назвали телескоп, а между тем надо отдать ему должное, что Леметр всё-таки первым сформулировал более-менее гипотезу рождения Вселенной из очень маленького ядра, "фейерверком" он назвал.

О. ЖУРАВЛЁВА - Мне, кстати, название больше нравится.

С. ПОПОВ - Тут много сложностей. Действительно, много людей внесло свой вклад. И периодически появляются статьи, критикующие что-нибдуь стандартное. Все считают, что закон Хаббла открыл Хаббл. Действительно история гораздо сложнее, но это не значит прямо, что закон Хаббла открыл Леметр. То есть достаточно много людей... Парадокс Ольберса мы упоминали. Не Ольберс же его придумал, как легко можно догадаться. По этому поводу есть закон... если не ошибаюсь, называется "закон Стиглера", что любой закон, названный чьим-то именем, был открыт не тем человеком, чьим именем он назван. И примечание состоит в том, что закон Стиглера подпадает под это же правило.

Е. БЫКОВСКИЙ - С некоторыми исключениями.

С. ПОПОВ - Но Леметр действительно внёс ключевой вклад в понимание именно расширения Вселенной. То есть, видимо, он действительно первым хорошо сложил теоретический подход (по его словам, он не знал о работах Фридмана, и нестационарное решение уравнений Эйнштейна, он сам до этого дошёл) с данными наблюдений. И сказал, что одно объясняет другое. Одно является свидетельством другого. И поэтому многие отстаивают точку зрения, что Леметр с этой точкой зрения с бОльшим основанием, чем Хаббл, по крайней мере, может считаться родоначальником такой современной космологии, и насчёт телескопа есть люди, которые очень убеждают европейцев следующий большой наземный телескоп (ELT) назвать в честь Леметра.

Е. БЫКОВСКИЙ - Это было бы правильно. Ну вот во всяком случае Леметр один из первых или первым предположил, что Вселенная родилась из "космологического яйца", как он называл "первородного яйца".

С. ПОПОВ - "Первичный атом".

Е. БЫКОВСКИЙ - А потом эту теорию подхватил бывший советский, потом американский физик Гамов, и со своими сотрудниками в конце 1940-х годов они предположили, что это должно было оставить какой-то след в виде некого излучения.

С. ПОПОВ - И здесь надо сказать, что современная космология, чем она хороша, она зиждется не на каком-то одном утверждении и даже не на трёх источниках, составных частях, как марксизм, а на четырёх. То есть есть данные о расширении Вселенной. Есть данные по реликтовому излучению, есть данные по тому, как формировалась структура из Галактик, которую мы видим. И наконец есть данные по нуклеосинтезу. То есть одно из самых красивых таких астрономических не явлений, а неких фактов, которые можно рассказывать, состоит в том, что фактически каждый атом в нашем теле появился внутри какой-то звезды. Поскольку тогда Вселенная родилась, она вначале была устроена совсем просто, то есть был самый простой элемент - водород. То есть просто протоны, а потом наступила очень короткая эпоха (несколько минут), когда можно было из протонов и нейтронов лепить, как из Лего, более тяжёлые элементы, но времени было мало, Вселенная расширялась...

О. ЖУРАВЛЁВА - Прошу прощения, что значит "можно было лепить"?

С. ПОПОВ - Природа могла...

О. ЖУРАВЛЁВА - Состояние было таково, что они могли лепиться.

С. ПОПОВ - Условия были, условно говоря, как в недрах звёзд, где идут термоядерные реакции. Но Вселенная быстро расширялась, соответственно быстро падала плотность и температура, и лепиться становилось всё труднее. И слепиться успел только в основном гелий. И в первую очередь Ральф Альфер... опять же, у нас традиционно говорят - Гамов.

Е. БЫКОВСКИЙ - А там говорят - Альфер... ну и Гамов.

С. ПОПОВ - Нет, на самом деле и там, если почитать везде, то есть Гамов такой основной человек, а, по всей видимости, Альфер внёс бОльший вклад, по крайней мере в работах по первичному нуклеосинтезу. И коли всё было горячо, то должно было остаться излучение от этого. И тогда они правильно оценили, что температура должна быть действительно несколько градусов Кельвина.

Е. БЫКОВСКИЙ - Около 5.

С. ПОПОВ - Там было несколько работ. И у Альфера отдельно, и у Гамова отдельно. И там получалось от 2 до 7-8 даже, по-моему, диапазон был такой. И сейчас всё это наблюдается. То есть сейчас есть хорошие данные по элементам, по реликту, по расширению, по структуре.

О. ЖУРАВЛЁВА - Для тупых, пожалуйста, объясните. Предположили, что есть излучение как последствие вот этого горячего состояния. Значит ли это, что это излучение меняется всё это время? Сначала оно было таким, потом оно было другим. И вот мы на нашей точке его застали в таком виде.

С. ПОПОВ - Причём, в нашей точке не в пространстве, а во времени. Оно везде одно и то же.

О. ЖУРАВЛЁВА - Значит ли это, что в другой точке во времени после нас через огромное количество этих градусов будет не столько?

С. ПОПОВ - Да, более того, это наблюдается. Если говорить не про будущее, а про прошлое. Мы можем... это потрясающей точности данные... вот, на лекциях своих популярных я очень люблю эту картинку показывать... мы прямо измеряем температуру реликтового излучения, какова она была миллиард лет назад, 5 млрд лет назад, там до 10 ещё не добрались.

О. ЖУРАВЛЁВА - Как это возможно?

С. ПОПОВ - Опять же, прелесть в том, что есть несколько способов... если у вас есть много излучения, такая баня излучения, оно везде есть, то, например, у вас все молекулы, которые находятся в поле этого излучения, его чувствуют. И, кстати, первые указания на то, что есть некое реликтовое излучение, получили ещё в 1941, что ли, году, наблюдая возбужденное состояние молекулы CN, и как-то было удивительно её наблюдать где-то далеко в астрономии, и видят возбуждённое состояние, как будто есть какое-то излучение, которое на эти молекулы воздействует. То есть можно было открыть тогда реликт, в начале 1940-х годов, соответственно можно так искать и смотреть, какие уровни в молекулах возбуждают излучение на разных расстояниях, на разных красных смещениях.

Другая штука связана с эффектом Сюн¬яева-Зельдовича. Есть скопления галактик. Там много горячего газа. Действительно горячий, там 100 млн градусов температура. Соответственно, там есть электроны с большой температурой, с большими скоростями. Если реликтовое излучение (фотончик) влетает туда, налетает на электрон, он забирает у него энергию. И зная, какая температура у электронов должна быть, наблюдая, как изменилось излучение в направлении на это скопление, вы можете определить температуру влетавших фотонов. И это данные, которые по больше, чем сотня скоплений уже получены на разных красных смещениях.

О. ЖУРАВЛЁВА - То есть можно говорить уже не о каких-то теориях или гипотезах, а уже просто...

С. ПОПОВ - Да, да, всё это потрясающе просто наблюдается, подтверждается, это всё очень здорово.

Е. БЫКОВСКИЙ - Помня, что есть большая точность измерений, давайте попробуем на секундочку отступить на шаг назад. Я просто перед эфиром обычно беседую с приятелями и говорю - как ты понимаешь тему, о которой мы будем сегодня говорить? Оказалось, что многие... вот, сегодня с утра на даче мы сидели, обсуждали её, не понимают. Потому что человек смотрит на мир обычно через привычные ему шоры, и он себе представляет излучение... вот Солнце - оно излучает. Но вдруг его не станет - излучения нету, оно улетело. Как мы в данном случае воспринимаем излучение? Большой взрыв кончился давно, излучение должно быть куда-то "улететь".

С. ПОПОВ - Тут есть некие проблемы с популяризацией каких-то вещей из космологии.

Е. БЫКОВСКИЙ - Я знаю, поэтому и спрашиваю.

С. ПОПОВ - И поэтому нужно придумывать какие-то новые иллюстрации, поскольку всегда это аналогии. Естественно, нас просят на пальцах рассказать про теорию струн. Рассказ на пальцах всегда будет чем-то неточен. И вот эти все аллегории, иллюстрации - они имеют ограниченную область применимости. Обычно космологическое расширение иллюстрируют, говорят - ну вот представьте себе такой надутый шарик. Вот вы его надуваете дальше, вы нарисовали на нём галактики, и вот Вселенная расширяется, примерно как расширяется поверхность этого шарика. Все галактики становятся дальше друг от друга, центра расширения на шарике нет. Но тут есть некие проблемы, начиная с того, что мы смотрим снаружи.

Что касается реликта, то важно понимать, что не было никакой точки расширения. Вы можете показать, где произошёл Большой взрыв? Нет, не можем. По крайней мере в стандартной космологии можно придумывать альтернативы, но они очень плохо работают.

Е. БЫКОВСКИЙ - Ну как же, - спросит какой-нибудь инженер, - вектора движений галактик же известны? Они откуда-то летят?

С. ПОПОВ - Так вот, действительно это выглядит всё... про это удобно говорить так, что у вас расширяется пространство. И я предлагаю представить другую картинку, как раз связанную с теорией струн, которую мы, правда, не будем объяснять на пальцах. Это правда очень тяжело. В теории струн есть такое понятие - "брана". Представим пространство какой-то большой размерности. Представить мы можем только трёхмерное. Поэтому у нас будет трёхмерное пространство, и в нём летают плоскости - браны. Вот мы живём на одной из таких бран. И можно себе представить, повторюсь, это иллюстрация, но по крайней мере можно уложить у себя в голове и представить, как бесконечная Вселенная, всегда будучи бесконечной, расширяется и вся заполнена излучением. Вот у вас есть две эти плоскости. И действительно была такая модель. Они сближаются. Мы представляем, как они сближаются. И в тот момент, когда они ударяются друг о друга, у вас на одной из плоскостей начинается собственно расширение, начинается Большой взрыв. Вот, мы можем в голове представить себе эту бесконечную плоскость во все стороны, которая сталкивается с другой, и в каждой точке этой плоскости одновременно появились условия для начала расширения. Она в каждой точке одновременно стала горячей и плотной из-за этого удара. И чуть позже она вся везде сразу заполнится излучением. Излучение, конечно, ползает по этой плоскости. Сама плоскость растягивается. Мы сидим в какой-то точке этой растягивающейся плоскости. И к нам всегда откуда-то прилетают эти фотоны реликтового излучения. Они летят со всех сторон. Мы представляем себе, и, повторюсь, это довольно близко, наверное, к реальности, вот эту бесконечную плоскость, всегда заполненную реликтовым излучением.

О. ЖУРАВЛЁВА - То есть даже в самом примитивном изложении мы не можем говорить о том, что у этой расширяющейся Вселенной есть некий центр?

С. ПОПОВ - Да, это очень важно. Про это надо сразу забыть, оставить. Центра нет. И поэтому мне очень нравится иллюстрация этими бесконечными плоскостями, по крайней мере позволяет наглядно представить себе ситуацию, когда центра нет, а всё одновременно начинает расширяться, всё везде происходит одинаковым образом.

О. ЖУРАВЛЁВА - У нас вопрос поступил от Жареного кудяблика из Тульской области, вы уж меня простите, господа: "Так всё-таки это Хаббл открыл, что галактики разлетаются с ускорением, или его закон говорит, что более удалённые движутся быстрее, но с постоянной скоросью?".

С. ПОПОВ - Вот второе утверждение гораздо ближе к истине. Ускоренное расширение Вселенной было обнаружено в конце 1997 года. В 1998 году начали появляться статьи, там, вскоре после этого за это дали Нобелевскую премию, традиционная интерпретация связана с понятием "темная энергия". Это ускоренное. Причём, оно не было ускоренным вначале. Первые несколько млрд лет Вселенная расширялась замедленно, а потом замедление сменилось ускорением. Опять же, как полагают в Стандартной модели, тёмная энергия стала доминировать на этом этапе, и вот стало ускоренно всё расширяться.

О. ЖУРАВЛЁВА - Я прошу прощения. Когда галактики разлетаются с ускорением, от чего мы считаем, что чем она дальше от чего? От наблюдателя?

С. ПОПОВ - Мы можем... тоже хороший вопрос, поскольку действительно мы не можем, как глядя на этот шарик снаружи, окинуть всё сразу взглядом. Мы всегда видим ретроспективу. Мы смотрим в прошлое. Всё-таки если бы мы смотрели на вот этот шарик, то действительно ускоренное расширение говорило бы, что шарик надувается вначале всё медленнее и медленнее, мы смотрим на него, он перед нами, а потом шарик начинает расширяться ускоренно. Действительно этот взгляд наблюдателю недоступен, мы сидим внутри. Поэтому мы видим, что относительно близкие галактики, то есть до красного смещения 1, неважно, галактики, которые мы видим такими, какими они были 5-6 млрд лет назад и меньше, они удаляются от нас всё быстрее, а более далёкие галактики ещё не удаляются от нас всё быстрее и быстрее.

О. ЖУРАВЛЁВА - Всё-таки от нас. Просто...

С. ПОПОВ - А, в этом смысле... просто мы измеряем отсюда, да. А так это не имеет в принципе... то есть наблюдатель... если бы мы могли переговорить с какими-нибудь инопланетянами, сидящими в далёкой-далёкой галактике, то они видели бы точно такую же картину.

О. ЖУРАВЛЁВА - А, вот, что самое главное. Для любого наблюдателя в любой точке галактики.

С. ПОПОВ - Да, поэтому, повторюсь, вот эти плоскости - очень хорошо, потому что ясно...

Е. БЫКОВСКИЙ - Вселенная изотропна и однородна.

О. ЖУРАВЛЁВА - "Центр есть, средоточие Вселенной". Средоточие Вселенной - это каждый отдельно взятый индивидуум, если уж на топошло. Ещё один большой вопрос тоже от Виктора: "Что было до Большого взрыва?".

С. ПОПОВ - Короткий ответ, короткий, как выстрел - мы не знаем.

О. ЖУРАВЛЁВА - Это честный ответ, который всегда приятно слышать, потому что есть вещи об устройстве Вселенной, о её истории, которые человечество не знает. С этим надо просто смириться. Пока это так.

С. ПОПОВ - Есть люди, которые с этим не смирились, они пытаются строить модели. То есть всё-таки в неком смысле, если люди строят модель начала расширения, они неизбежно делают какие-то предположения относительно того, что было до. А есть люди, которые идут дальше, и действительно есть такое направление - pre-big-bang-cosmology, где люди пытаются как-то... естественно, там больше теорий, чем каких-то наблюдательных данных, но используя какие-то передовые модели в космологии, в физике элементарных частиц, продвинуться в этом направлении и посмотреть какие-то возможные сценарии, а, может быть, найти какие-то следствия.

О. ЖУРАВЛЁВА - А что при помощи современных всяких научных приборов и всяких вот этих штук можно смоделировать из исторических вот этих вещей, которые мы естественно не могли застать?

Е. БЫКОВСКИЙ - Наверное, можно бесконечный цикл, точно так же как очень сложно представить себе бесконечность Вселенной, точно так же очень сложно себе представить бесконечный цикл, но можно попробовать, допустим, в третьей фридмановской модели, которая кончается схлопыванием, схлопыванием может быть началом следующего Большого взрыва.

О. ЖУРАВЛЁВА - То есть до Большого взрыва было Большое сжатие, потом опять взрыв, опять сжатие и так до... ну как вариант.

С. ПОПОВ - Но тут важно понимать, что в этом смысле "смоделировать" означает "смоделировать на компьютере", то есть написать какие-то уравнения.

О. ЖУРАВЛЁВА - Да, понятно, что у нас нет нескольких миллиардов лет, чтобы как-то...

С. ПОПОВ - Во-первых, это одна из таких фишек в рекламной кампании Большого адронного коллайдера, что он моделирует условия, которые были в молодой Вселенной, что отчасти, конечно, похоже, но отчасти не похоже.

О. ЖУРАВЛЁВА - А на самом деле что он моделирует?

С. ПОПОВ - Во-первых, это всё-таки не является основной задачей, да? А с другой стороны условия не такие немножко. И мне на пальцах тяжело, честно говоря. Я недостаточно эту тему знаю, чтобы объяснить.

О. ЖУРАВЛЁВА - Всё равно как-то, хоть что-то.

С. ПОПОВ - Если мы просто хотим создавать большую температуру и большую плотность, поскольку Вселенная молодая и она была с большой плотностью и большой температурой, то мы можем что-то делать в лаборатории в этом направлении, и, конечно, столкновение частиц на коллайдерах - это самое близкое, самое похожее.

О. ЖУРАВЛЁВА - Вопросы прекрасные приходят: "Откуда вообще взялось всё?". Атомы, которые начали превращаться сначала в гелий, все эти частицы... вот это мы и есть, в частности, да? Вся энергия, вся материя - это всё, что сейчас имеется во ВСеленной.

Е. БЫКОВСКИЙ - Всё-таки не совсем, надо хотя бы через этап. Всё, что там сформировалось, водород или дейтер¬ий, это потом перегорало в звёздах, откуда взялись другие элементы, из которых сформированы наши тела.

О. ЖУРАВЛЁВА - А другая энергия бралась7

С. ПОПОВ - Нет, энергия в некотором смысле нет. И здесь, кстати, тоже такой хороший вопрос - что правильнее называть Большим взрывом. Есть два таких разных подхода. В современной космологии очень важным элементом, который всё равно имеет статус гипотезы, но такой совершенно стандартной гипотезы, является стадия инфляции.

Соответственно, согласно этой общепринятой, но до конца не подтверждённой модели, в самом начале Вселенная начала расширяться, она была пуста и была заполнена некоторым скалярным полем, неважно, про это лучше у Рыбакова спрашивайте. Вселенная очень быстро расширялась, отсюда и название - инфляция ("раздувание"), и в какой-то момент это поле начало активно распадаться, что закончило эту стадию раздувания, поскольку поле было ответственно за стадию быстрого раздувания, и в этот момент колоссальная энергия этого поля перешла в, условно говоря, обычное вещество. Там ещё не появлялись протоны и нейтроны, но в этот момент из-за осцилляции этого поля, из-за его распада, если хотите, рождается горячая плотная Вселенная. И дальше уже начинается история, которая приводит к появлению протонов, потом более тяжёлых элементов, звёзд и так дальше.

О. ЖУРАВЛЁВА - Я прошу прощения. Опять же, когда начинаешь об этом думать, возникает вопрос - а что, количество этого самого вещества конечно?

С. ПОПОВ - Мы не знаем, конечна Вселенная или нет.

О. ЖУРАВЛЁВА - А, это тоже... потому что если Вселенная бесконечна, энергии неизвестно и вещества неизвестно.

С. ПОПОВ - Ну да, если она бесконечна, то она и бесконечна. Вообще в Общей теории относительности уже очень плохо с энергией, условно говоря. Плохо в том смысле, что не так тривиально, как в обычной жизни, где всё более или менее сохраняется. А вопрос о том, конечна Вселенная или нет, упирается в то, что у Вселенной конечный возраст, и поэтому когда мы смотрим куда-то вдаль, да, во-первых, наш взгляд упирается в реликтовое излучение, но в принципе даже если бы могли наблюдать что-то более далёкое, только уже не фотоны, а нейтрино, гравитационные волны, всё равно всё это существовало конечное время, и сигнал успел пройти конечное расстояние. И поэтому, опять же, если вы представите себе эту плоскость бесконечную, но всё равно увидите какой-то кружочек, как ёжик в тумане, вы видите какую-то лужайку вокруг себя, она большая.

О. ЖУРАВЛЁВА - Но насколько хватает глаз, грубо говоря.

С. ПОПОВ - И мы знаем, что там Вселенная не заканчивается. Ну а дальше просто не видно и у нас нет наблюдательных данных. Дальше мы можем только строить какие-то модели, но серьёзных таких экспериментально наблюдательных оснований уже нет.

О. ЖУРАВЛЁВА - "Почему при инфляции Вселенной частиц оказалось гораздо больше, чем античастиц?", - спрашивает Таня.

С. ПОПОВ - Хороший вопрос. Но не при инфляции на самом деле, а когда происходил бариогенезис, когда уже наши частицы рождались. С одной стороны, в деталях, наверное, можно сказать, что мы этого не знаем. Есть хорошие модели. И началось всё, наверное, с работ Сахарова 1960 года, когда были сформулированы основные условия, необходимые для того, чтобы в какой-то момент, как обычно... если переворот... в общем, есть такой замечательный афоризм, что если кто-то победил, называется "революция", а если нет, называется иначе. Мы веществом называем то, что у нас есть, а антивеществом - другое.

О. ЖУРАВЛЁВА - То, что мы не знаем, как по-другому назвать.

С. ПОПОВ - Можно считать ровно наоборот. Это ни к чему не привело. То есть есть некие такие нестационарные условия, вещество - антивещество не полностью симметричны, и должны существовать процессы, часть из них люди уже видят в эксперименте, что распад частиц вещества и антивещества идёт неодинаково. И, соответственно, был коротенький этап жизни во Вселенной, когда это небольшое отличие привело к таким драматическим отличиям. Наша Вселенная целиком заполнена фактически только веществом, никаких галактик из антивещества, никаких антимиров Вознесенского нигде нет.

Е. БЫКОВСКИЙ - И не может быть, потому что этот период кончился давно, он вообще был между первой и третьей секундой после Большого взрыва, когда всё...

С. ПОПОВ - Да, всё очень давно и быстро.

О. ЖУРАВЛЁВА - У нас осталось не так много времени. Есть ещё вопрос, который меня занимает последние дни, как я готовлюсь к этой передаче. Скажите. пожалуйста, Сергей, существуют ли предполагаемые или, не знаю, создаваемые компьютеры, не знаю, приборы и так далее, которые позволят настолько расширить наши знания в этой области человечества, что могут в том числе и опровергнуть эту теорию? Можно будет что-то ещё расчитать, или как-то ещё быстрее или с ещё большими объёмами работать в цифрах или в данных, может быть, когда космические корабли будут летать сильно далеко, там померяют и скажут - ха! Не то, совсем другое излучение.

Е. БЫКОВСКИЙ - Спросим проще - опровергаем ли этот вариант?

О. ЖУРАВЛЁВА - Чем это можно опровергнуть?

С. ПОПОВ - Что содержится за этой теорией? Совершенно достоверно мы можем сказать, что Вселенная расширяется, расширяется последние несколько млрд лет ускоренно, что расширение началось из горячего плотного состояния, когда-то возникали все известные нам частицы потихонечку, то есть вот это достоверные факты, соответственно достоверность заканчивается действительно где-то на первых секундах с момента расширения.

Всё, что раньше - находится в статусе таких стандартных гипотез.

Е. БЫКОВСКИЙ - Всё, что называется планковской эпохой.

С. ПОПОВ - Да даже и до. Уже с бариогенезисом, с асимметрией вещества-антивещества. Есть некоторые проблемы. И там, наверное, можно ожидать чего-то ещё. Опять-таки, темная энергия, именно как тёмная энергия, остаётся гипотезой. Может быть, окажется, что эта стандартная гипотеза не верна, хотя я бы не советовал на это ставить.

Е. БЫКОВСКИЙ - Но сам факт того, что Вселенная расширились из невероятно компактного состояния, вряд ли опровергаемо

С. ПОПОВ - Да.

О. ЖУРАВЛЁВА - Я хочу в заключение сказать, что среди слушателей, которые голосовали у нас в блоге, на вопрос "убедительна ли для вас теория большого взрыва" с согласием ответили 60,5%, "нет" сказали 31,1 и не смогли найтись с ответом 8,4. В общем, Сергей, у вас ещё есть аудитория, которую можно убеждать.

Е. БЫКОВСКИЙ - Остаётся ещё 30%.

О. ЖУРАВЛЁВА - Спасибо большое. Егор Быковский, Ольга Журавлёва и наш гость Сергей Попов, доктор физико-математических наук был сегодня в программе "Наука в фокусе". Всем спасибо, всего доброго.

Е. БЫКОВСКИЙ - Спасибо, до свидания.