Возникновение и эволюция Вселенной, появление Солнечной системы, зарождение жизни на Земле – это вопросы, которыми занимаются ученые-космологи. Многие из них считают, что сегодня наука космология переживает расцвет. С чем это связано, и каких ждать открытий?
Данные, которые ученые получают с помощью сложнейшей аппаратуры, дают возможность все лучше узнавать о процессах, которые происходят в космосе. На основании полученных результатов ученые пытаются понять, каким образом начался Большой Взрыв, как расширялась Вселенная. Разработаны спутники, которые детально изучают флуктуации и пульсации.
О том, каких открытий ждать от космологии, рассказывает Жан-Лу Пуже, Институт космической астрофизики (Франция), научный руководитель эксперимента HFI на борту обсерватории “Планк” (Planck), лауреат награды космических исследований КОСПАР 2014 года.
ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
- Д.С. Горбунов, В.А. Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной: Теория горячего Большого взрыва. – М.: ЛКИ, 2008 г.
- Д.С. Горбунов, В.А. Рубаков. Введение в теорию ранней Вселенной: Космологические возмущения. Инфляционная теория. – М.: КРАСАНД, 2010 г.
- «Вселенная. Большой взрыв и все, что за ним последовало» (англ. Universe. TheBigBang). Фильм Discovery Science.
- «С точки зрения науки: Большой взрыв» (англ. NakedScience: BigBang). Фильм Мелисы Акдоган, National Geographic, 2009.
- «Наука и техника. Новый большой взрыв» (англ. Sci-Trek. The New Big Bang). Фильм Discovery, 2009.
ТЕКСТ ЛЕКЦИИ
Меня зовут Жан Пуже, я работаю в Институте космической астрофизики в Орсе. Это город, расположенный южнее Парижа, а сам институт – филиал Парижского университета. Я занимаюсь астрофизикой, точнее, я тот, кого называют космологами. Это люди, занимающиеся происхождением Вселенной, ее эволюцией и всем тем, что человечество знает о Вселенной.
Вопрос происхождения Вселенной всегда интересовал людей. Как появилась Земля? Как появилась Солнечная система? Как зародилась жизнь? Все эти вопросы рассматривались философами, но по прошествии определенного времени эти вопросы стала изучать и наука.
Происхождение Вселенной, ее изучение – сложная проблема. До тех пор пока Ньютон не открыл закон всемирного тяготения, никто и понятия не имел о гравитации. Считалось, что Вселенная была либо слишком большой, либо даже бесконечной… Этот вопрос не обсуждался в научных кругах до начала двадцатого века, пока Эйнштейн не открыл теорию относительности. Как бы то ни было, в настоящее время происходит расцвет космологии. Причиной этого служит тот факт, что мы поняли, что Вселенная расширяется.
Это открытие было сделано в начале XX века. А в середине XX века, точнее, в 1949 году, физики сделали весьма дерзкое предположение, экстраполировав имеющиеся данные на долгосрочный период. Гелий, из которого состоят звезды, элементы, такие как углерод, азот и кислород – газы, из которых мы преимущественно состоим, – получаются в недрах звезд из водорода.
Звезд, производящих гелий, не так много, чтобы объяснить, почему 25 % всего вселенского вещества состоит из гелия. Гелий был открыт на Солнце, а не на Земле. Физики предположили, что, если Вселенная в далеком прошлом была очень горячей и плотной, может быть, существовала некая горячая и очень плотная звезда, которая произвела огромное количество гелия.
Было высказано предположение, что, когда Вселенная была очень плотной и горячей, она расширилась, а затем охладилась. И в этой гигантской печи варилось всё космическое вещество, и затем из водорода образовались дейтерий и гелий. В гипотезе также говорилось о том, что излучение должно было быть микроволновым, по сути, таким же, которое используется в мобильных телефонах.
Это было обнаружено в 1955 году, так что между теорией и практическими испытаниями существует определенный разрыв. Первым спутником, ориентированным на космологические исследования, был спутник COBE, разработанный NASA. Он с большой точностью показал, что 95 % энергии в нашей Вселенной переносится волнами.
Это очень странно, с учетом того, что свет звезд производит около 5 % вселенской энергии. Как это ни парадоксально, это очень важный инструмент для понимания истории Вселенной. После запуска спутника COBE был разработан еще один американский спутник, который детально изучил флуктуации и пульсации. Мы полагаем, что эти пульсации появились благодаря гравитации, и таким образом были созданы галактики, скопления галактик и так далее.
Затем появился спутник под названием Planck. На основании полученных им результатов ученые сейчас пытаются понять, каким образом начался Большой Взрыв. Теория Большого Взрыва гласит, что Вселенная постоянно расширяется и, естественно, существует точка, в которой она бесконечно плотна и бесконечно горяча. Физикам не очень нравится иметь дело с бесконечными категориями. Но физика занималась изучением этих вопросов еще до появления понятия “бесконечность”. Мы стараемся следовать этой тенденции. Мы начинаем проводить опыты, посвященные проверке гипотезы о том, что вся материя появилась в результате невероятно быстрого расширения Вселенной.
На самом деле, таких гипотез три. Две из них уже были подтверждены. В третьей гипотезе говорится о гравитационных волнах, схожих с волнами на поверхности воды. Как мы знаем, гравитация тесно связана с понятием пространства и времени, а волну в пространственно-временном континууме представить себе довольно сложно. Но такие волны должны были очень давно возникнуть во Вселенной и сформировать ее.
Именно этими исследованиями мы сейчас и занимаемся, и третья гипотеза…
В настоящее время проводятся эксперименты на Северном полюсе под слоем льда. Ученые пытаются обнаружить там эти гравитационные волны. Несколько месяцев назад люди, ответственные за проведение этого эксперимента, заявили о том, что они обнаружили эти волны и даже смогли их измерить.
Если мы рассмотрим этот вопрос с точки зрения космологии, необходимо учитывать изначальное состояние Млечного Пути и находящегося в нем газа. В межзвездном газе присутствует пыль, и ее мелкие частички ведут себя в магнитном поле таким образом, что могут мимикрировать под сигнал, который мы ищем, – космологический.
В настоящее время мы уверены в том, что как минимум значительная часть сигнала приходит от этих частичек пыли, но – возможно, это будет новостью для космологов, – общий сигнал всё же был обнаружен. Мы работаем с этой группой, используя данные, полученные спутником Planck. К сожалению, он не может принимать информацию из-под поверхности и фильтровать сигнал, идущий от пыли. В октябре мы опубликуем второй большой набор данных, полученных спутником Planck. Может быть, это будет наше совместное издание. Сначала нужно понять, действительно ли нам удалось обнаружить эти доисторические гравитационные волны. Было бы прекрасно, если бы третья гипотеза также подтвердилась.
Спасибо за внимание. Надеюсь, через несколько месяцев вы услышите новости о том, что я вам сегодня рассказал или, может быть, прочтете об этом в газетах. Возможно, мы еще встретимся.
Фото и видео "Научная Россия".
