Эволюция Вселенной: от первородного атома до мультивселенной 🌌 1:26
Космология сегодня находится на передовой науки, пытаясь разгадать загадку возникновения нашего мира. Астрофизик Брайан Китинг в своей лекции в The Royal Institution разбирает историю представлений о рождении Вселенной, современные модели космогенеза и роль экспериментальной физики в поиске ответов на фундаментальные вопросы бытия.
Древние модели и исторический контекст 1:53
На протяжении тысячелетий представления о Вселенной радикально менялись. По мнению Китинга, если бы мы спросили любого человека из 100 миллиардов людей, когда-либо живших на Земле, о возрасте Вселенной, большинство ответило бы, что она статична и неизменна.
- Античность: Древние греки считали Вселенную вечной и статической. Само слово «планета» в переводе с греческого означает «странник» — это были единственные объекты, которые, по их мнению, двигались.
- Исаак Ньютон: В своем труде «Математические начала натуральной философии» (Principia) он описал орбиты планет, сделав математически обоснованным то, что раньше считалось исключительно «небесной механикой».
- Альберт Эйнштейн: Исходя из общей теории относительности, он сначала предполагал, что Вселенная статична. Эйнштейн ввел «космологическую постоянную» — математический коэффициент, призванный обеспечить стабильность Вселенной. Позже, после того как Эдвин Хаббл обнаружил расширение Вселенной, Эйнштейн назвал это решение «своей величайшей ошибкой».
Модель Большого взрыва и её критики 7:40
Бельгийский священник Жорж Леметр, основываясь на данных Весто Слайфера и Эдвина Хаббла о «красном смещении» галактик, предложил теорию «первородного атома». Именно в The Royal Institution сэр Артур Эддингтон впервые публично представил эту гипотезу.
Однако модель Большого взрыва вызывала скепсис у ряда видных ученых, включая Джеффри и Маргарет Бербидж, а также сэра Фреда Хойла. По словам Китинга, они предпочитали «теорию стационарной Вселенной», так как Большой взрыв казался им подозрительно похожим на теологический акт творения. Стивен Вайнберг отмечал, что стационарная модель предпочтительнее, «потому что она меньше всего напоминает описание из Книги Бытия 1:1». Позже модель была доработана до «квазистационарной космологии» (QSSC).
Реликтовое излучение: доказательство происхождения 16:16
В 1965 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон совершили открытие, ставшее краеугольным камнем современной космологии: они обнаружили избыточный шум в микроволновом диапазоне — космическое микроволновое фоновое излучение (CMB).
- Это излучение является «окаменелым» свидетельством эпохи, когда Вселенной было около 380 000 лет.
- Температура излучения тогда составляла около 3 000 Кельвинов, а сегодня, спустя 13,8 миллиарда лет, оно остыло до 2,7–3 Кельвинов.
- Китинг описывает это как «идеальный спектр абсолютно черного тела», который природа предоставляет для исследований.
Инфляция и концепция мультивселенной 21:27
Современная теория инфляционной Вселенной пытается объяснить, как возникли флуктуации плотности материи, приведшие к формированию структур во Вселенной.
- Мультивселенная: Согласно некоторым теоретикам, существует до $10^{500}$ различных вселенных.
- Спорный характер: По мнению Китинга, сама постановка вопроса о том, что было «до» Большого взрыва, является философски сложной. Стивен Хокинг сравнивал этот вопрос с поиском места «южнее Южного полюса».
- Альтернативы: Китинг упоминает альтернативные модели, такие как «конформная циклическая космология» Роджера Пенроуза и «отскакивающие» (циклические) космологические модели, которые не требуют сингулярности бесконечной плотности.
Поиск B-моды поляризации 36:40
Экспериментальная космология направлена на то, чтобы не столько «доказать» теорию (как в математике), сколько опровергнуть альтернативные модели. Главная цель Китинга и его коллег — обнаружить B-моду поляризации в реликтовом излучении, которая стала бы сигнатурой гравитационных волн, возникших в эпоху инфляции.
- Инструмент BICEP: Первый проект, целью которого был поиск этого сигнала.
- Ложные срабатывания: Китинг признает, что проект BICEP2 столкнулся с проблемой «шума» от межзвездной пыли, что привело к ошибочному объявлению об обнаружении сигнала, которое позже пришлось опровергнуть.
- Обсерватория Саймонса (Simons Observatory): Современный проект стоимостью свыше $150 млн, объединяющий более 300 ученых для получения более точных данных.
В завершение Брайан Китинг призывает к научной скромности, цитируя Майкла Фарадея: «Я думаю, вполне вероятно, что я допустил много ошибок на предыдущих страницах». Несмотря на это, он подчеркивает важность «космического азарта» в стремлении человека понять свое место в истории Вселенной, возникшей из звездной пыли.
