Наша Вселенная описывается при помощи шести космологических параметров. По сути, зная эти параметры, можно создать Вселенную в домашних условиях.

Лекция посвящена тому, как последние открытия повлияли на наше представление о макромире и какие вопросы встали на повестку дня. Эволюция вселенной в первые мгновения после большого взрыва. Темная материя и темная энергия. Вещество и антивещество. Законы сохранения и барионное число. Как объяснить неоднородность вселенной. Теория инфляционной вселенной. Флуктуации вакуума. Реликтовые гравитационные волны.

Если концепция мультивселенной кажется странной, так это потому, что нам нужно поменять наши представления о времени и пространстве.

Попробуйте выведать у физика, что такое время. Это вам очевидно, что время это последовательность событий и оно течет вперед. Чем больше вы знаете и чем глубже погружаетесь, тем менее это становится очевидным. Описание того, что такое время, все больше схлопывается к тому, что время — это буквочка t, которая участвует в таких-то математических уравнениях. По мере движения к все более фундаментальному уровню математика становится все более сложной, а словесно-описательный багаж начинает все больше вырождаться. В пределе, предполагает Макс, у Общей Теории Всего нет багажа. Физика пытается найти уравнения для нашего мира, исходя из наблюдений и экспериментальных данных. Макс предлагает рассмотреть “Физику Наоборот” — вы задаете уравнения, какой мир вы получаете?

Основная работа Хокинга была выполнена в середине 1970-х. Я думаю, что я не ошибусь, если скажу, что это основная работа. Она была связана с физикой черных дыр и то, что называют "хокинговское излучение". Это капитальный результат, который состоял в том, что… Вообще мы представляем себе черную дыру как нечто, что поглощает свет, частицы, все в себя засасывает, и ничего наружу не выплескивает. Ничего подобного. Выясняется, что если учесть квантовые эффекты, то черная дыра излучает. О его вкладе в современную картину мира и о его контактах с советскими физиками будем говорить с академиком РАН Валерием Рубаковым.

Все мы и всё вокруг нас сделано из вещества, и сколько-нибудь заметных количеств антивещества в нашей Галактике нет (по счастью). Более того, из наблюдений следует, что в видимой части Вселенной нет областей, где, наоборот, много антивещества и нет вещества. Как количественно охарактеризовать асимметрию между веществом и антивеществом во Вселенной? Что требуется для того, чтобы эта асимметрия образовалась? Мы обсудим некоторые гипотезы на этот счет, для чего нам потребуется совершить экскурсию в мир элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. Происхождение вещества во Вселенной — та область, где тесно пересекаются физика сверхбольших расстояний — космология — и физика сверхмалых расстояний, управляющая элементарными частицами.

В первой половине лекции мы обсудим наблюдаемые, дающие представление о составе и истории развития Вселенной и познакомимся со Стандартной космологической моделью. Вторая половина лекции будет посвящена обсуждению разных аномалий и нестыковок при попытках дальнейшего уточнения физических параметров, с чем пришлось столкнуться в последние годы. Означает ли это, что мы подошли к следующей ступени понимания физики и космологии, или это рубеж, определяемый систематическими погрешностями используемых экспериментальных методов, пока неизвестно. Я постараюсь показать, какие математические задачи возникают в космологии.

По мере накопления человеческого опыта представления о времени менялись. В 20 веке благодаря Эйнштейну стало понятно — время относительно, оно не может быть одинаковым везде и для всех. Выяснилось, что время может течь по-разному, в зависимости от нашего личного восприятия, а также от скорости движения. Мы узнаем, как это все возможно, кроме того, поговорим о парадоксах и "фокусах", которые могут происходить со временем, расскажем, что такое пространство-время, а также попробуем измерить самые малые временные промежутки. Как течет время далеко от Земли, может ли оно остановиться или пойти другим путем, как, где и почему искривляется пространство-время, возможно ли повторение времени, то есть возвращение во "вчера"? Сможем ли мы когда-нибудь отправиться в прошлое и будущее, и к каким парадоксам это может привести?

С точки зрения физики, исследуя ничтожно малое пространство, мы увидим, что оно состоит из квантов. Но что это за кирпичики? Люди, как правило, воспринимают пространство как нечто само собой разумеющееся. Ну, в самом деле: это просто-напросто пустота, фон для всего остального. Время тоже простая штука: беспрестанно тикает и тикает. Однако, если физики, долгие годы бившиеся над объединением их фундаментальных теорий, и сумели извлечь из этого хоть что-то полезное, так это то, что пространство и время образуют систему такой ошеломляющей сложности, что любые, даже самые отчаянные попытки осмыслить её могут оказаться тщетными.

Однажды я услышал как в сериале «Теория большого взрыва» Шелдон Купер говорил, что теория струн — это теория всего. Что он имел в виду под этим? В том контексте, хоть и не всерьез, имелось в виду следующее. Теория струн может описывать все фундаментальные взаимодействия. Теория струн предполагалась как кандидат на единую теорию всего, то есть всех фундаментальных взаимодействий. Физик Анатолий Дымарский о физических теориях, описаниях взаимодействий частиц и недостатках теории струн.

Теория струн — это гибкий конструктор, из которого можно собрать очень много других теорий. Но это понимание пришло не сразу. Изначально предполагалось, что теория струн станет кандидатом на описание фундаментальных взаимодействий. И поскольку теория струн не имеет свободного параметра, предполагалось, что она даст ответ на вопрос, почему наш мир устроен именно так, как он устроен. Но потом возникло понимание, что теория струн очень гибкая, хотя она и не имеет свободных параметров. Она как конструктор, из которого можно сделать много других теорий. И получается, что вместо предсказаний о физических свойствах нашего мира мы можем предсказать, что существует целый набор гипотетических миров, и количество других вселенных с другими физическими свойствами оказывается огромным. Физик Анатолий Дымарский о физических теориях, описаниях взаимодействий частиц и недостатках теории струн.

Знаменитый физик, профессор Стивен Хокинг делится мыслями о самых интригующих загадках Вселенной, таких как инопланетная жизнь или путешествие во времени. Как возникла Вселенная, рождались звезды, черные дыры и жизнь, — и чем все закончится. По мнению Хокинга инопланетная жизнь существует в разных формах, начиная от простейших организмов, до развитых цивилизаций. Но мы должны избегать контактов с инопланетным разумом, так как это может привести к катастрофическим последствиям. Хокинг утверждает, что путешествие в прошлое невозможно, так как противоречит основным законам природы (нарушает причинно-следственные связи). А вот путешествие в будущее теоретически возможно! Хокинг объясняет, а Discovery иллюстрирует несколько методов путешествия в будущее, основанных на разных физических законах.

Всемирно известный физик Стивен Уильям Хокинг, автор книги «Краткая история времени: от Большого взрыва до чёрных дыр» пытается ответить на главный вопрос — с чего всё началось?

Как происходит регистрация нейтрино? Чем дираковские частицы отличаются от майорановских? Какие существуют источники нейтрино? О трех поколениях лептонов, эффекте нейтринных осцилляций и роли нейтрино в космологии рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.

Что такое микромир и макромир? Из чего состоит темная материя? И что такое WIMP? Об общем энергетическом балансе Вселенной, теории скрытой массы и частицах темной материи этом рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков.

С какими проблемами сталкиваются ученые при построении гравитационной теории? Какие пути решения проблемы предлагает современна физика? И где можно наблюдать подобные эффекты? Об этом рассказывает доктор физико-математических наук Дмитрий Казаков. В момент создания общей теории относительности Эйнштейна в начале прошлого века было сломано много копий в попытках проквантовать общую теорию относительности. Сейчас есть квантовая теория электромагнитного взаимодействия, слабого и сильного взаимодействия. В квантовой гравитации ситуация намного сложнее.

Революционные открытия последних 15 лет в области космологии сделали эту область астрофизики одной из наиболее точных наук. Существенную роль в понимании природы Вселенной сыграла радиоастрономия, история которой связана с уникальными астрофизическими экспериментами. Достаточно вспомнить открытие и исследование радиогалактик и квазаров, пульсаров, атомарных и молекулярных линий, гравитационных линз и сверхмассивных черных дыр. Однако, на мой взгляд, самыми важными событиями стали открытие реликтового излучения и обнаружение его неоднородностей. Это привело к построению картины мира начала XXI века, на которую ориентируется современное естествознание. Мы познакомимся с методами исследования реликтового излучения и определения глобальных параметров Вселенной, а также обсудим нерешенные загадки Вселенной.

Существование тесной взаимосвязи космоса с практически невидимым микромиром — самый загадочный аспект современной физики. Планеты и даже целые скопления небесных звёзд «разбросаны» по бескрайним просторам, подобно пылинкам и элементарным частицам. Казалось бы, это лишь метафоричная связь. Но уже в первую секунду возникновения Вселенной, всё её содержимое состояло именно из мельчайших частичек — кварков. Невероятно, но эфемерные кирпичики вещества — основной строительный материал всего мироздания. Всего 6 видов или ароматов кварков, соединившись, образуют атомы, молекулы и другие частицы, а затем — Макрокосмос. Устройство Вселенной учёным удалось изучить достаточно детально, а вот с элементарными крупинками веществ нередко возникают проблемы. Не так быстро они раскрывают свои тайны, как хотелось бы. Даже единую теорию, которая могла бы описать весь известный «зоопарк» частиц, до сих пор создать не удаётся. Насколько наши знания о микромире полны и достоверны? Как кваркам удалось создать галактики и на что ещё способны эти крошечные частицы?

Как самостоятельная наука Геометрия зародилась еще в Древней Греции. Евклидова геометрия занималась изучением простейших фигур на плоскости и в пространстве, вычислением их площади и объема. Интересно, как бы отреагировал Эвклид на теорию четырехмерного подхода? Новые представления о мире связаны с многомерностью пространства. Великий французский архитектор Корбюзье как-то воскликнул: "Все вокруг геометрия!". В начале 21-го столетия мы с еще большим изумлением можем это повторить. Что же такое современная геометрия? И как она используется в разных науках?

Симметрии в физике — это не только отражение красоты законов природы, но и некая гарантия нашей стабильности: каждая симметрия соответствует закону сохранения некоторой величины. Благодаря этим законам мы убеждены, что энергия, механическое движение или вращение не исчезнут и не возникнут в одночасье. Особое место в физике занимают дискретные симметрии, постулирующие неизменность законов природы при замене «правого» на «левое», «вперед» на «назад», «плюс» на «минус». Именно из последней симметрии более 80 лет назад вывели античастицы, антиматерию и даже антимиры. Хотя античастицы действительно существуют, оказалось, что дискретные симметрии не такие уж точные. Для одного из взаимодействий (названного «слабым») правое и левое ведут себя по-разному, а законы природы при движении вперед отличаются от законов при движении назад. Более того, антимиры, если они вообще существуют, возможно, совсем не похожи на наш привычный мир…