Дмитрий Горбунов о поиске других моделей эволюции Вселенной

Знание – силаНаука

Связывая микромир с громадной Вселенной

Беседовал Игорь Харичев

Дмитрий Сергеевич Горбунов, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. Область исследований Д. С. Горбунова – передний край современной фундаментальной физики, рассматривающей с единых позиций явления микро- и макромира. Мы продолжаем начатый в «З‑С» № 4/24 разговор с Дмитрием Сергеевичем о находящихся в тесной внутренней взаимосвязи законах физики элементарных частиц и космологии как науки об эволюции Вселенной.

«Знание – сила»: Почему многих космологов не устраивает сингулярность, которую предполагает модель горячего Большого взрыва? По сути, от нежелания признать возможность сингулярности начался поиск других моделей эволюции Вселенной, в частности, инфляционной модели.

Дмитрий Горбунов: Тут сложная история – отчасти зависящая от конкретного ученого. Разные люди по-разному на эту проблему смотрят. С одной стороны, мы понимаем, что когда мы описываем Вселенную в целом с ее большими расстояниями, говоря: вот у нас большое облако частиц, мы приближенно говорим, что это облако может характеризоваться давлением и плотностью, и этого нам достаточно – мы отлично описываем Вселенную в целом, считая что она заполнена такими частицами. С другой стороны, когда мы пытаемся описать некоторые эффекты, связанные с нейтрино – это относится к изучению процессов, происходящих на малых пространственных масштабах в каких-то небольших структурах, – нам уже важно, что на самом деле отщепившиеся нейтрино все-таки частицы, что они летают отдельно, свободно. Есть такой эффект, который в англоязычной литературе называется фристриминг – свободное распространение – он приводит к тому, что если где-то было частиц больше и они свободно распространяются, они оттуда улетят туда, где их было меньше. Таким образом, неоднородности небольших пространственных размеров исчезают. Соответствующие размеры, конечно, определяются расстоянием, которое проходят нейтрино в ту эпоху. Приближение облака частиц, характеризующегося давлением и плотностью, для описания такого процесса не работает. Когда мы говорим про ситуацию с сингулярностью, мы двигаемся, двигаемся, двигаемся по уравнениям Эйнштейна от современной эпохи назад по времени и можем прийти к сколь угодно большой плотности энергии. Но тут мы приходим к ситуации, когда классические уравнения перестают работать. Действительно, у каждой частицы есть квантовый размер, характеризующийся волной де Бройля. Мы понимаем, что она квантовая, и если мы рассматриваем еще меньшее пространство – там квантовые свойства надо использовать, – частицы начинают активно взаимодействовать друг с другом, и это всё при еще неизвестной нам квантовой гравитации, и так далее. То есть возникает много всяких вопросов, которые говорят в пользу того, что наверняка классические уравнения тут не работают и, соответственно, нужно предлагать какие-то другие уравнения. Тогда зачем обсуждать в рамках классических уравнений эту сингулярность? Можно, например, так к этому относиться. С другой стороны, можно пытаться построить математически корректную теорию в рамках общей теории относительности или ее модификации, которая позволяла бы провести эволюцию Вселенной, решение уравнения Фридмана, через эту сингулярность, предположим, в рамках классической физики. И если, например, смотреть на модель Старобинского1, это одна из инфляционных моделей, то там проблема сингулярности – как раз основная мотивация в ее создании. Старобинский хотел построить модель, в которой такой космологической сингулярности нет изначально.

1 Алексей Александрович Старобинский – российский физик-теоретик, автор работ по гравитации и космологии, академик РАН.

Вместе с тем, если обсуждать проблемы модели горячего Большого взрыва, где сингулярности есть, то там возникают такие физические проблемы: почему Вселенная однородная? Почему области, которые в прошлом вроде бы не были в причинной связанности, если смотреть на расширение Вселенной, в какой-то момент времени начинают выглядеть одинаково? Если в момент условной сингулярности испустить фотоны, они пролетят какое-то расстояние, и это расстояние есть размер причинно-связной области. Что расположено за этой областью? Условно говоря, мы не могли «их там предупредить», не могли заставить во всех областях «покрасить все, к примеру, в зеленый цвет». Там, скажем, синий будет. На следующий день открываем глаза, видим бόльшую Вселенную, видим те области, которые не были причинно связаны, и видим – там все зеленое, как и здесь! Что такое?! Почему так?! Непонятно с физической точки зрения. Не могли там «успеть получить информацию». Это не объясняется в рамках теории горячего Большого взрыва, ее все равно нужно как-то модифицировать. А модификация в инфляционном представлении – что в ранней Вселенной была эпоха, которая выглядела как экспоненциальное ее расширение, – она объясняет эти проблемы. Это очень экономная и продуктивная идея, но при этом замечательном экспоненциальном расширении Вселенной нет вообще шансов заглянуть в более ранний период – а что было до этой эпохи? Потому что экспоненциальное расширение приводит к тому, что любая предшествующая информация, все намеки на предыдущую историю, они просто смываются, любые «горки» становятся экспоненциально плоскими. Это как если бы вы диск компьютерный с записями взяли и по-настоящему его отформатировали – что там останется? И если такая модель работает, задаваться вопросом, что было до этого, была ли там сингулярность или не было там сингулярности, не имеет смысла. Не очень понятно, как этот вопрос сформулировать с точки зрения наблюдаемых данных. Да, можно обсуждать, как начинался инфляционный период, что было до этого. Что было до этого в этой части Вселенной, в этом куске пространства. Но что можно теперь посмотреть, чтобы убедиться, что так и было в вашей модели? Ничего, потому что все разглажено. Это весьма обескураживающая особенность данного подхода. Он жесткий, мощный, решил все проблемы горячего Большого взрыва, но при этом не позволяет заглянуть, что было до него. Там сингулярность, которую никак не обойти. Можно что-то вместо нее придумать, но для экспериментального подтверждения конкретной идеи после инфляционного расширения ничего не осталось.

«ЗС»: Неоднородности, которые объясняет инфляционная модель, они оттуда же идут?

Д. Г.: Они из эпохи инфляции – не из доинфляционной эпохи. Они образовались именно в этот момент, когда происходило экспоненциальное расширение. В этом смысле они не требуют никакой предыстории. Более того, тот спектр неоднородностей, который мы наблюдаем, хорошо согласуется с очень естественным представлением – оно выглядит так: начальные условия для инфляционного квантового поля до инфляционной эпохи были такие, что не было никаких частиц. Это был чистый вакуум2. Были бы частицы, мы всегда могли бы умствен-но провести такой эксперимент: инфляция началась в какой-то момент. А давайте подумаем, что было немного раньше. Тогда, если у вас было квантовое состояние, в котором находилось несколько частиц в более раннюю эпоху, а у вас экспоненциальное расширение – длины волн растут, энергии все падают экспоненциально, – значит, в прошлом, наоборот, они экспоненциально больше. Тогда в более раннюю эпоху у вас должны были быть частицы с импульсами больше планковских3. Нужна квантовая гравитация. Нам необходимо построить теорию квантовой гравитации. При чистом вакууме, когда никаких таких частиц нет, и не нужно для объяснения строить квантовую гравитацию, мы имеем решение, которое работает вполне замечательно.

2 Стоит напомнить, что вакуум – это не пустота, а некоторое энергетическое состояние.

3 Планковский импульс – единица измерения импульса в планковской системе единиц. Это верхняя граница импульса для безмассовых частиц.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Это надо не видеть Это надо не видеть

Насколько идея создания человека-невидимки фантастична?

Вокруг света
Источники энергии Источники энергии

Почему кетодиета подходит не всем?

Лиза
Человеческий фактор Человеческий фактор

Как голландцы спасли свои каналы, а упавший самолет – целый район?

Вокруг света
Психологические травмы: чем они могут быть полезны — беседа с психотерапевтом Психологические травмы: чем они могут быть полезны — беседа с психотерапевтом

Что такое травма? Чем она опасна как для нас, так и для окружающих?

Psychologies
«Все, что было его, – нынче ваше» «Все, что было его, – нынче ваше»

Место творчества Булата Окуджавы в современной литературе и литературоведении

Знание – сила
Каменные плитки из затопленного памятника эпох мезолита и неолита оказались функциональными орудиями Каменные плитки из затопленного памятника эпох мезолита и неолита оказались функциональными орудиями

Ученые исследовали 11 каменных плиток, обнаруженных на затопленном памятнике

N+1
Как болельщики императора свергали Как болельщики императора свергали

Спортивные игры – идеальная среда для социального взрыва

Вокруг света
От комичного до трагичного: кто и как играл Зигмунда Фрейда в кино От комичного до трагичного: кто и как играл Зигмунда Фрейда в кино

Кто и как играл австрийского психоаналитика на экране?

Правила жизни
Забота только на словах: почему по факту дети в России не получают должной защиты Забота только на словах: почему по факту дети в России не получают должной защиты

Соответствуют ли изменения в законах в России интересам детей на самом деле?

Forbes
«Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи «Отменить свадьбу проще, чем жить в несчастливом браке»: 17 вопросов, на которые надо ответить до росписи

17 вопросов, которые нужно задать себе и партнеру перед росписью

Psychologies
Как избавиться от платяной моли: рекомендации профессиональных клинеров Как избавиться от платяной моли: рекомендации профессиональных клинеров

Рассказываем, какие существуют способы борьбы с платяной молью!

VOICE
Как наладить отношения с деньгами: 4 главных правила управления капиталом Как наладить отношения с деньгами: 4 главных правила управления капиталом

Как его сбросить ложные установки и дать зеленый свет энергии денег?

Psychologies
Родиной баобабов назвали Мадагаскар Родиной баобабов назвали Мадагаскар

Общий предок баобабов появился на Мадагаскаре 41,1 миллиона лет назад

N+1
Бум внутри периметра: можно ли удвоить долю фондового рынка в российской экономике Бум внутри периметра: можно ли удвоить долю фондового рынка в российской экономике

Быстрый рост фондового рынка возможен, считает главный экономист «Эксперта РА»

Forbes
Инновации, для которых нужно немного сойти с ума Инновации, для которых нужно немного сойти с ума

Как небольшая фирма начала выпускать лазерное оборудование мирового класса

Монокль
Невидимый след потребления: чем опасен микропластик Невидимый след потребления: чем опасен микропластик

Как микропластик влияет на наше здоровье?

Psychologies
ДКС: двигатель технологической революции в России ДКС: двигатель технологической революции в России

Глава компании ДКС: «Нам нужно постоянно крутить педали — и мы это делаем»

Монокль
«Чиназес»: что означает это новое слово в подростковом сленге «Чиназес»: что означает это новое слово в подростковом сленге

Почему сленг для подростков — важная часть построения коммуникации?

Psychologies
Жизнь после: 6 фильмов о преодолении психологических травм Жизнь после: 6 фильмов о преодолении психологических травм

Фильмы о людях, которые смогли примириться со своими психологическими травмами

Psychologies
От выгорания к гармонии: как построить здоровые отношения с работой От выгорания к гармонии: как построить здоровые отношения с работой

Отрывок из книги «Я больше не хочу всем нравиться»

Inc.
Дуэты с мировыми звездами, болезни и одна женщина: горе и радости жизни Николая Носкова Дуэты с мировыми звездами, болезни и одна женщина: горе и радости жизни Николая Носкова

Строчка «на меньшее я не согласен» лучшего всего описывает жизнь Николая Носкова

VOICE
«Место авиакатастрофы напоминало кадр из фильма»: трагедия 1997 года в Иркутске «Место авиакатастрофы напоминало кадр из фильма»: трагедия 1997 года в Иркутске

Крушение самолета Ан-124 «Руслан» 1997 года в Иркутске: как это было

ТехИнсайдер
Книжные клубы знаменитостей: что читают и рекомендуют Эмма Уотсон, Риз Уизерспун и Сара Джессика Паркер Книжные клубы знаменитостей: что читают и рекомендуют Эмма Уотсон, Риз Уизерспун и Сара Джессика Паркер

Книжные клубы актрис, певиц и телеведущих и их рекомендации

СНОБ
«Монтессори: Воспитание любовью»: байопик о женщине, которая изменила педагогику «Монтессори: Воспитание любовью»: байопик о женщине, которая изменила педагогику

«Монтессори: Воспитание любовью»: фильм про педагога, чья методика покорила мир

Forbes
Странная новая мода: зачем пилоты выключают двигатели перед приземлением Странная новая мода: зачем пилоты выключают двигатели перед приземлением

Как заходили на посадку раньше и почему мода включать двигатели появилась сейчас

ТехИнсайдер
Лавочка древностей: секреты мастерства торговца антиквариатом и советы начинающим Лавочка древностей: секреты мастерства торговца антиквариатом и советы начинающим

«Каким антикваром быть не стоит»: ценные советы от Дрю Притчарда

Forbes
Резервная копия человечества на Красной планете: узнали у экспертов, когда ждать первых марсианских колоний Резервная копия человечества на Красной планете: узнали у экспертов, когда ждать первых марсианских колоний

5 вопросов о колонизации Марса писателю-фантасту и популяризатору науки

ТехИнсайдер
Почему «Министерство неджентльменских дел» — самый обманчивый фильм Гая Ричи Почему «Министерство неджентльменских дел» — самый обманчивый фильм Гая Ричи

«Министерство неджентльменских дел» — фильм о тех, кому нет покоя в мирной жизни

Правила жизни
«Конан О'Брайен должен уйти»: почему стоит смотреть тревел-шоу от культового американского комика? «Конан О'Брайен должен уйти»: почему стоит смотреть тревел-шоу от культового американского комика?

Конан О'Брайен ездит по миру, изучает незнакомые культуры и идиотничает

Правила жизни
Как сохранить подруг, когда вы на разных этапах жизни: 7 подсказок Как сохранить подруг, когда вы на разных этапах жизни: 7 подсказок

Семь советов, которые помогут сохранить дружбу

Psychologies
Открыть в приложении