Ссылки для упрощенного доступа

logo-print

Проблемы современной космологии. Например, что было после Большого взрыва?


Ирина Лагунина: Современная космология строится на высокоточных наблюдениях и расчетах. Но она по-прежнему тесно связана с древними философскими и метафизическими вопросами. Существуют ли предметы, если их никто не может наблюдать? Объективна ли историческая последовательность событий? Что было Большого взрыва? Наука не даёт окончательных ответов, на эти вопросы, но в очередной раз показывает, что реальность устроена более тонко, чем предполагалось в наивных ранних теориях. О некоторых проблемах современной космологии рассказывает, один из создателей теории инфляционной Вселенной профессор Стэнфордского университета Андрей Дмитриевич Линде. Вопросы ему задают астрофизик Сергей Попов и журналист Александр Сергеев.



Сергей Попов: То, что обычно в книжках называют Большой взрыв – это то, что происходит после инфляции, когда рождается вещество, когда Вселенная разогревается.



Андрей Линде: Вы знаете, Большой взрыв раньше казалось очень простым понятием, как бы одна и так же вещь в двух лицах. Во-первых, это было начало мира. Большой взрыв, когда вся Вселенная взорвалась и появилась. Во-вторых, это было время, когда Вселенная стала горячей. Потому что считалось, что она родилась горячей, то есть это был первичный огонь, и в пламени возникла Вселенная. Какой-то террорист собрал вместе десять в восьмидесятой степени тонн взрывчатки, сжал это до размера меньше сантиметра и взорвал это с точностью больше, чем одна десятитысячная по тому, насколько аккуратно разные части одновременно взорвались. На самом деле можно разнести возникновение Вселенной и второе - когда она стала горячей. Инфляция затесалась между этими двумя вещами, стало ненужным предполагать, что Вселенная с самого начала была горячей, можно было бы представить, что в ней с самого начала не было ни одной элементарной частицы, можно было представить, что с самого начала ее размер был десять в минус тридцать третьей сантиметра и что вообще она вся возникла за счет квантовых флуктуаций из ничего, чтобы такое ничего не было. Все возникало после очень короткой стадии бешеного расширения, инфляции. И после этого Вселенная разогревалась. Если мы называем Большим взрывом начало Вселенной до инфляции, то да, инфляция была после Большого взрыва. А если мы Большим взрывом называем время, когда Вселенная взорвалась, стала горячей, то это произошло после инфляции.



Александр Сергеев: Если мы говорим о расширении Вселенной в период инфляции, когда нет частиц, в каком смысле мы вообще можем о расширении говорить? Что там расширяется, относительно чего? Нет опорных точек, к чему привязаться, что тогда меняется при расширении?



Андрей Линде: Очень коварный и очень правильный вопрос. Этот вопрос был впервые поднят одним человеком по имени Эраст Глинер. Он из России, инвалид войны, эмигрировал в Америку, сейчас пенсионер, живущий в Сан-Франциско. Он в 65 году впервые сказал про то, что Вселенная может быть в вакуумоподобном состоянии и расширяться. Через некоторое время после этого он понял, что в действительности в такой расширяющейся Вселенной нет никаких точек опоры, поэтому расширение полуфиктивное и стал всем объяснять, что не может ничего решить. Поэтому странная судьба человека: здесь, когда он про это говорил, непонятно было, за счет чего и модели его были наивные, а потом когда он переехал в Америку и стало популярным, он стал говорить про то, что это никак не работает. Два раза был не в фазе. То, с чем я пришел в этой новой инфляционной теории, у вас расширение Вселенной происходило во время, когда что-то менялось, этот вакуум немножечко менялся. Он мало менялся, но он менялся. Такая парадоксальная ситуация. Если бы поле менялось быстро, точнее, если бы энергия убывала, то не было бы инфляции. Если бы поле вовсе не менялось, то придать смысл инфляции было бы невозможно. И поэтому как по острию ножа должны выбрать такой режим, где и волки сыты, и овцы целы. Это было довольно трудно, но такой режим существует. Раньше мы исходили из принципа, что, по крайней мере, сначала по какой-то причине Вселенная всюду была однородная, маленький шарик. Хаотическая инфляция, почему я ее назвал хаотической, потому что вы можете взять Вселенную, которая сначала выглядела абсолютно безобразно, но просто некоторые из частей Вселенной стали быстро расширяться. И эти части стали выглядеть однородными, изотропными, хорошими, всюду одинаковыми.



Александр Сергеев: И размером они со всю нашу Вселенную.



Андрей Линде: И размером они гораздо больше, чем то, что мы видим в телескоп, а поэтому мы думаем, что весь мир такой. Другие части мира были с самого начала безобразными, но они и сейчас маленькие, сморщенные, но там никто жить не может.



Александр Сергеев: А где они?



Андрей Линде: Они, если далеко по Вселенной пойти, но только очень далеко, за горизонтом, то, что называется, это на расстоянии больше чем 10 миллиардов световых лет, мы это не увидим просто так в телескоп. Но просто Вселенная, которая была раньше маленькой, за счет инфляции она так раздулась и те части, которым повезло, они раздулись еще больше, а те, которым еще больше повезло, они еще стали создавать своих деток, каждая из которых раздувалась, каждая из которых стала производить новых деток, каждая из которых раздувалась. И вместо одного большого пузыря возникло фрактальное дерево, состоящее из пузырей, производящих новые пузыри. То если было где-то место, где все произошло, жалко это место, его никто никогда не увидит, там жить не будет, поэтому просто позабудем про неудачников и будем наслаждаться тем, что некоторые лидеры породили столько места, что все мы можем жить.



Александр Сергеев: А какой смысл говорить о тех областях, которые мы никогда не увидим по принципиальным причинам? Можно ли говорить об этом всерьез или это чисто математический артефакт, что называется, корень уравнения, не имеющий смысла физического?



Андрей Линде: Для того, чтобы на этот вопрос отвечать всерьез, надо было бы много разного добавить к этой картине. Тут возникает вопрос, что такое реальность, существует ли то, что мы никогда не видели или оно на самом деле становится реальным только после того, как мы его увидим. Квантовая механика старается говорить о том, что мы видим. И она имеет большие неприятности, когда пытается обсуждать что является реальным, что является нереальным. Пример этого – это парадокс шредингерской кошки. Задается вопрос по космологии, я для того, чтобы уйти от ответа, начинаю в сложности влезать. Вы сажаете кошку в клетку, пускаете туда фотон, который согласно квантовой механики может жить в двух состояниях поляризации - наверх и вниз. Волновая функция описывает два состояния. Пускаете его и согласно квантовой механике кошка после этого может умереть в зависимости от того, фотон поляризован по одному или остаться живой. Но мы не можем видеть, что с кошкой. Через некоторое время мы открываем дверцу, видим - кошка умерла или кошка жива. И копенгагеновская интерпретация квантовой механики говорила, что на самом деле кошка ни жива, ни мертва до тех пор, пока мы дверцу не открыли. А когда мы открываем дверцу, мы в этот момент отсекаем одну часть волновой функции и тогда мы видим, что кошка жива или кошка мертва, но только об этом можно сказать, когда ее увидишь. Поэтому все неувиденное не является ирреальным. Об этой проблеме люди думали очень давно и ни к чему совсем умному не пришли. Была предложена интерпретация квантовой механики, согласно которая Вселенная расщепляется на части, в одной из них кошка жива, в другой кошка мертва.



Александр Сергеев: И эти части дальше идут своими путями.



Андрей Линде: Мы просто узнаем, живем ли мы во Вселенной с мертвой кошкой или с живой. Можно сделать задержку в этом эксперименте, который сделал Шредингер. Можно открыть клетку через неделю. И если откроешь клетку через неделю, увидишь там либо очень голодную кошку, которую неделю не кормили, либо протухший кусок мяса. Реально была там мертвая или реально живая. Как же так, мы же договорились, что реальность становится только после измерения. И после этого люди стали говорить о чем-то, что они называют внутренние самосогласованные истории. Речь идет о том, что когда вы откроете клетку, вы увидите все так, как если бы кошка в течение этой недели уже всю неделю была мертвая или как если бы всю неделю была живая со всеми деталями. Когда мы делаем наблюдение и увидим, что были динозавры на земле, с точки зрения квантовой механики это все как, если бы на земле действительно были динозавры. Вот это максимум того, что нам квантовая механика дает. Но важно то, что после того, как какие угодно в будущем мы сделаем измерения, если нам важно узнать, что произойдет в дальних частях Вселенной, если измерения когда-нибудь будут сделаны, они приведут к таким же результатам, как если бы Вселенная разрывалась на разные части и так далее. То есть в принципе мы можем говорить о почти реальности того, что там существует с точки зрения того, что все, что мы увидим в конечном счете будет совместно с той теорией, которую мы развиваем, а тогда имеет смысл заниматься теорией. Если не увидим, то кому какая разница, а если мы увидим, то мы говорим, что мы увидим.



Сергей Попов: Из ближайших экспериментов, которые заведомо в ближайшие 15-20 может быть лет точно может быть будут осуществлены, что существенно для проверки предсказаний инфляции?



Андрей Линде: В первую очередь может быть мы обнаружим что-то с помощью «Планка» - это спутник, который запускают в Европе, по всей видимости, в 2008 году и то, что с помощью этого спутника обнаружится более точный спектр квантовых возмущений, усиленных во время инфляции.



Александр Сергеев: То есть более точное чем то, что намерили сейчас с точностью до одной стотысячной градуса?



Андрей Линде: Дело не в том, с какой точностью по градусам, а дело в том, на каких углах. То, что сделал первый спутник, он тоже увидел эти флуктуации с точностью до десять в минус пятой градуса, но только большими пятнами размером в 10 градусов, 20 градусов. После этого люди стали достигать большей точности, они хотели посмотреть на маленькие пятнышки. Это очень важно, потому что теория инфляции не просто говорит, что на уровне десять в минус пятой у вас небо становится пятнистым, оно говорит, как пятнистость выглядит, спектр этих возмущений, эта пятнистость. Она зависит от того, какая модель и она зависит от того, вообще инфляция или нет. Есть много разных теорий, которые пытаются предсказать пятнистость неба, но часть из них исключены за счет того, что были сделаны более точные измерения. «Планк», он сделает более точные измерения пятнистости на очень маленьких углах, очень маленькие пятнышки. Кроме того, может быть, и это только может быть, «Планк» может обнаружить отпечатки гравитационных волн на этом же микроволновом излучении. Это то, что называется поляризация микроволнового излучения. Это очень сложная вещь, она может существовать или не существовать на том уровне, на котором «Планк» меряет. Есть целый ряд экспериментов, которые планируются на этот счет, часть из которых могут у «Планка» украсть славу первооткрывателя поляризации. Поэтому мы ждем в 2011 году какую-нибудь информацию на этот счет. Эксперименты такого типа планируются далеко в будущее все с большей степенью точности. Вот это замечательно. Но с точки зрения физики в целом, которая не непосредственно, но все-таки связана с этой наукой, ускоритель в Женеве - это потрясающая вещь, если он найдет то, чего от него хотят, либо он найдет бозон, что является примером скалярной частицы, а скалярная частица - это квантвозбуждение скалярного поля, если будет впервые увидено, значит вот вам дополнительный аргумент в пользу инфляции. Они могут найти суперсимметричные партнеры нормальных обычных частиц, то есть у каждой частицы будет ее тяжелый двойник, который предсказывает теорию суперсимметрии. Если это будет так, тогда замечательно, потому что тогда многие части современной теории элементарных частиц станут более определенными и мечты многих людей сбудутся. И поэтому эти эксперименты идут все вместе. Часто люди занимаются одновременно и феномелогией элементарных частиц, и наблюдательной космологией, и теорией струн, и инфляцией. Это эффект последних лет, когда вдруг они поняли, что есть совокупность экспериментальных данных, эта совокупность идет из совершенно разных экспериментов но они говорят о чем-то едином. И если мы все вместе будем заниматься этим с разной степенью квалификации, но все вместе, может быть мы увидим чего-то, что поодиночке не могли бы.


XS
SM
MD
LG