Устройство нашей Вселенной

УСТРОЙСТВО

НАШЕЙ ВСЕЛЕННОЙ

С. Г. Рубин

УСТРОЙСТВО

НАШЕЙ ВСЕЛЕННОЙ 

4-е издание, электронное

Москва, 2022

УДК 52
ББК 22.6
Р82

Рубин Сергей Георгиевич — доктор физико-математических наук, профессор 
Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».

Область научных интересов — космология, многомерная гравитация, 
черные дыры.

Р82
Рубин, Сергей Георгиевич.
Устройство нашей Вселенной / С. Г. Рубин. — 4-е изд., эл. — 
1 файл pdf : 326 с. — Москва : ДМК Пресс, 2022. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". — 
Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-223-6

В книге излагаются современные взгляды на происхождение и эволюцию Вселенной. Почему законы природы такие, какими мы их наблюдаем. 
Могли ли они быть другими, и к чему бы это привело. Что ждет в будущем 
мир, в котором мы живем, и возможно ли существование других вселенных. 
Существуют ли цивилизации на других планетах. Как ученые получают информацию о процессах, происходивших миллиарды лет назад, и почему они 
уверены в их правильности.

УДК 52 
ББК 22.6

Электронное издание на основе печатного издания: Устройство нашей Вселенной / С. Г. Рубин. — 4-е изд. — Москва : ДМК Пресс, 2022. — 324 с. — ISBN 978-589818-123-9. — Текст : непосредственный.

На обложке: Планетарная туманность «Кошачий глаз», обработанное изображение (телескоп «Хаббл», НАСА).

На 4-й стр. обложки: Результат численных расчетов для аналога кротовой норы, 
предложенного автором. Исходное пространство 6-мерное. Справа и слева от 
точки перехода — макроскопические двумерные подпространства..

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими 
средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-223-6
© Рубин С. Г. 
© Век 2, 2007
© Переиздание. ДМК Пресс, 2022

Все проще, чем вы думаете, 
и одновременно сложнее, 
чем вы можете вообразить. 
Иоганн Вольфганг Гете

Ïðåäèñëîâèå

Предисловие

Космология, наука о происхождении и эволюции Вселенной, все больше привлекает внимание и, несмотря на 
обширную литературу, интерес к новым публикациям не 
пропадает. Это связано, во-первых, с быстрым развитием космологии и, во-вторых, с тем, что каждая научнопопулярная статья или книга ограничивается определенным набором тем, связанных с предпочтениями автора. 
Кроме того, разным читателям интересны разные аспекты 
проблемы и на разных уровнях сложности. Чтение научных статей и книг предполагает хорошее владение предметом. Научно-популярные же издания часто ориентируются на менее подготовленного читателя и ограничиваются 
перечислением фактов. Это само по себе интересно и 
действительно может увлечь читателя, но тот, кто интересуется причинами явлений, останется неудовлетворенным. 
В этой книге я постарался не только описывать явления — 
в конце концов, почти любую информацию легко найти 
в Интернете, — но и объяснять причины этих явлений. 
Не всегда это удавалось сделать просто, и тот, кто не хочет вдаваться в математические детали, вполне может их 
пропускать и двигаться дальше. Этот вариант учитывался 

при написании книги: наиболее трудные в математическом 
аспекте вопросы вынесены в приложения. Наиболее важными представляются глава 2, где изложена современная 
модель рождения нашей Вселенной (Большой взрыв), и глава 5, где обсуждаются удивительные свойства Вселенной, 
приведшие к зарождению разумной жизни. В остальных 
главах изложено современное понимание основных явлений и объектов микро- и макромира, связанных с проблемами космологии.
В третьем издании добавлен небольшой раздел о прямых и косвенных измерениях, а также о том, когда гипотезу можно считать экспериментально доказанной.

Благодарности

Автор благодарен А. Беркову, Е. Григорьеву, Р. Конопличу и В. Решетову за интересные обсуждения и замечания, 
улучшившие текст книги. Я также благодарен своей жене 
Наташе и дочке Свете за моральную поддержку и живой 
интерес, проявленный к содержательной части текста.
После выхода первого издания в свет автор получил 
много советов и замечаний от своих читателей и коллег. Особенно хотелось бы поблагодарить В. И. Докучаева, Л. В. Драницкого, В. М. Емельянова, А. И. Луковникова, 
В. В. Самедова и В. Г. Сурдина за полезные замечания по 
улучшению содержания книги. 

Ââåäåíèå

Введение

Современная космология — бурно развивающаяся область научных исследований. Это обусловлено удачным 
стечением обстоятельств: с одной стороны — прогрессом в 
технике, который привел к резкому росту количества и качества информации об устройстве Вселенной, с другой — 
множеством новых плодотворных идей в теоретической 
космологии. Количество научных и научно-популярных 
статей быстро растет — пропорционально объему получаемой информации. 
Особенность космологии как науки об эволюции Вселенной состоит в том, что при разработке новых теоретических моделей приходится манипулировать практически 
всеми физическими дисциплинами одновременно: квантовая теория поля, физика элементарных частиц, ядер и 
атомов, статистическая физика, гравитация — вот далеко 
не полный перечень областей знания, взаимосвязи между 
которыми необходимо учитывать. Кроме того, все новые 
идеи проверяются на согласование с наблюдательными 
данными и уже известными законами. Нередко имеется 
несколько различных моделей, объясняющих наблюдательные данные, и лишь будущие исследования выявят верную.

Îáîçíà÷åíèÿ

Обозначения 

В астрофизике массы объектов обычно измеряются 
в массах Солнца, обозначаемой М. Все скорости удобно измерять в скоростях света, так что скорость любой 
массивной частицы v < 1, а всюду в формулах полагается 
скорость света с = 1. Так, энергия покоящейся частицы 
просто равна ее массе, E = m, обе величины измеряются 
в электронвольтах (эВ). Связь полной энергии частицы с 
ее импульсом имеет вид E = (p2 + m2)1/2. Для частиц, массой 
которых можно пренебречь (ультрарелятивистские частицы, нейтрино), а также фотонов используется формула 
Е = р. Постоянную Больцмана k также во всех выражениях 
считаем равной единице, так что температура тоже измеряется в электронвольтах.
При этом для оценок полезно помнить, что температура 
1 ГэВ — это примерно 1013 К, а применительно к массе, 
1 ГэВ — примерно 2·10-24 граммов. 
Скорость света c, постоянная Планка ħ и гравитационная постоянная G считаются фундаментальными константами. Из них можно «соорудить» величины с размерностью «время», «длина» и «масса» и измерять все величины 
в единицах планковской длины, планковского времени и 
массы Планка:

Длина (см): LP = (ħ G/c3)1/2 = 1,616 · 10–33; 

Время (с): TP = (ħG/c5)1/2 = 5,391 · 10–44;

Масса (г): MP = (ħc/G)1/2 = 2,177 · 10–5.

Эта так называемая планковская система единиц оказывается удобной в теоретических исследованиях. Читатель, 
не привыкший к переходу от одних единиц измерения к 
другим, может не заботиться об этих деталях, а просто 
следить за самими величинами, поверив, что все эти переходы сделаны правильно. 
Полезно привести таблицу характерных астрономических расстояний. 

Радиус Земли — 6,4 · 108 см.
Радиус Солнца — 6,9 · 1010 см.
Расстояние от Земли до Луны — 3,8 ·1010 см.
Расстояние от Земли до Солнца — 1,5 ·1013 см. 
Расстояние от Земли до ближайшей звезды (Проксима 
Кентавра) — 4,0 ·1018  см.
Радиус нашей Галактики — 2.3 ·104 парсек.
Расстояние до соседней галактики Магеллановы Облака — 5 · 104 парсек.
Размер видимой части Вселенной — 6000 мегапарсек, 
или 1028 см.
1 световой год — 0,95 ·1018 см.
1 парсек — 3,1·1018 см.
Парсек (пк) — это расстояние, с которого большая полуось земной орбиты видна под углом, равным 1 секунде.
Светимости объектов часто нормируются на светимость 
Солнца L = 4 · 1033 эрг/c, а массы объектов выражаются в 
массах Солнца М = 2 · 1033 граммов.
Возраст нашей Вселенной примерно 13,8 млрд лет.