Наша Вселенная приспособлена для нас

Член Российской академии наук Валерий Рубаков выступил в Минске с публичной лекцией, посвященной загадкам Вселенной. Признак большого ученого — умение объяснить сложные вещи простыми словами. Особенно это важно для космологии — науки, которая пытается ответить на "простые" вопросы: как образовался мир, что было до момента, за который мы не в силах заглянуть, почему космос становится все больше?

Члена РАН, профессора физики Валерия Рубакова, коллеги называют русским Стивеном Хокингом за большую работу по популяризации космологии и физики элементарных частиц. Лекция Рубакова "Загадки Вселенной" при полном аншлаге прошла в большом конференц-зале Национальной академии наук. Sputnik приводит наиболее яркие фрагменты выступления российского ученого перед белорусской аудиторией.

В разные стороны

Вселенная расширяется — пространство тянется во все стороны, как ткань. С нынешним темпом расстояния между галактиками будут увеличиваться в два раза за десять миллиардов лет.

Сразу после рождения Вселенная расширялась с темпом два раза в секунду. Представьте, как мы бы здесь разлетелись в разные стороны…
Минимальная разница

Наша Вселенная теплая. Ее нынешняя температура 2,7 градусов по Кельвину — ниже, чем у жидкого гелия, но выше нуля. В первые моменты Вселенная была очень горячей, через 380 тысяч лет от ее зарождения плазма перешла в газ, и теперь мы можем наблюдать его в виде реликтового излучения.

Фиксируя излучение, мы смогли получить снимок юной Вселенной. На нем заметны небольшие отличия: в некоторых местах температура чуть выше. Но различия очень тонкие: разница всего в 1/10000 от средней температуры. Из них впоследствии образовались скопления галактик.
Гигантский треугольник

Мы живем в пространстве, описанном еще в труде древнегреческого математика и астронома Евклида, где сумма углов треугольника равна 180 градусам. И мы можем говорить о треугольниках гигантских размеров, которые удается измерить, — порядка 40 миллиардов световых лет. Из этого следует, что Вселенная очень большая, и то, что мы видим, не более чем сотая от всего. Наверное, в реальности еще больше.

Неизвестно что

Изучая термоядерные реакции на первых этапах формирования Вселенной, мы можем подсчитать, сколько ядер вещества может образоваться. Суммируя этапы развития вещества до настоящего времени, получаем, что доля обычного вещества составляет 4,8% от полной плотности энергии во Вселенной. Среди них 10% звезды, остальное — горячий газ плюс небольшая фракция — нейтрино.

Темные нас не замечают

Темная материя и темная энергия — это просто терминология, не очень удачная калька для русского языка. Но она прижилась.

Темная материя составляет 26% энергии во Вселенной. Она "видна", например, в скоплении галактик. Если у вас есть масса, она создает гравитационное притяжение, которое можно измерять разными способами, например, гравитационным линзированием.

Среди всех известных элементарных частиц нет ни одного кандидата на роль темной материи. Скорее всего, это новая тяжелая элементарная частица. Она не излучает свет — поэтому и темная. Этих частиц полно вокруг нас. Мы для них пустые, они пролетают сквозь нас, никак не замечая.

Сила антигравитации

Темная энергия, которая составляет большую часть энергии Вселенной, — очень странная штука. Она не собирается вместе — ее везде одинаковое количество, несмотря на гравитацию.

Темная энергия обеспечивает ускоренное расширение Вселенной. Если у вас есть взрыв, вещество разлетается в разные стороны, гравитационные силы будут притормаживать это расширение. Но наша Вселенная расширяется с нарастающим темпом. Это главное и единственное, что известно о темной энергии. Это означает, что темная энергия испытывает антигравитацию. Звучит как история из фантастического романа, но ничего сверхъестественного здесь нет, в рамках общей теории относительности это не запрещено.

Один на миллиард

Во Вселенной есть вещество, и нет антивещества. При больших температурах образовывались кварковые и антикварковые пары. При зарождении Вселенной превышение кварков над антикварками составляло один на миллиард. С течение времени кварки с антикварками аннигилировали, и один лишний кварк оставался — из него мы и сделаны. Удивительно, насколько наша вселенная приспособлена для нас, насколько подходящим для нас с вами оказался этот лишний кварк на миллиард.

Астрономы нашли самый удаленный объект Солнечной системы

Как возникла такая асимметрия между веществом и антивеществом? Этот вопрос было поставлен в 1967 году академиком Сахаровым. Но до сих пор конкретный механизм непонятен. Гипотез — море, но утвердительного ответа нет.
Из вакуума

Вакуум — не простая система, это дышащая и живущая среда. Если у вас происходит быстрое экспоненциальное расширение Вселенной, то вакуумные флуктуации усиливаются и становятся настолько большими, что способны превращаться в неоднородности плотностей энергии и материи. Если все правильно, ты мы с вами произошли из вакуумных флуктуаций и неоднородностей на ранних стадиях Вселенной, из которых потом возникли звезды, скопления галактик и т.д.

Но сегодня это все еще загадка. Надо измерить более тонкие свойства неоднородностей во Вселенной. В частности, гравитационные волны огромных размеров в миллиард световых лет. Они предсказываются в большинстве инфляционных моделей Вселенной.

Видим больше, чем Большой взрыв

Картинка с Большим взрывом доминировала до середины 80-х годов. Но сегодня мы знаем точно — и это не догадки — что горячая стадия быстрого расширения не была первой. Перед ней была другая.

Мы находимся в контуре, который образован светом реликтового излучения. Мы знаем, что перед его возникновением и путем 13,5 миллиарда лет были 380 тысяч лет до события, породившего излучение. Но с той точки, где мы находимся, мы должны были бы видеть не более 2 градусов углового размера того, что видим в действительности. То есть мы наблюдаем одновременно несколько не связанных между собой причинно-следственными событиями источников реликтового излучения, которые никогда друг с другом "не разговаривали".

Накануне зарождения Вселенной в нынешнем виде должна была быть сравнительно длительная стадия — чтобы свет сумел распространиться на большие расстояния. Сегодня наиболее распространенная теория — инфляционного расширения. Над ее экспериментальным подтверждением бьются ученые, и если они обнаружат определенный поляризационный эффект, то все остальные теории будут "выброшены на свалку".

Сверхмалые и сверхгигантские

Космология занимается изучением самых первых мгновений существования Вселенной — это физика сверхмалых расстояний и времени. А проверяют теорию на сверхгигантских масштабах миллиардов световых лет. Таков сегодняшний этап развития естествознания. При этом мы понимаем: то, что мы сегодня знаем об элементарных частицах, недостаточно, чтобы объяснить, что происходит во Вселенной. Но прорыва можно ожидать в ближайшее время.