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
3 причины, по которым ваш телефон становится медленнее, и как это исправить 3 причины, по которым ваш телефон становится медленнее, и как это исправить

Что именно приводит к замедлению работы телефона и как это исправить?

ТехИнсайдер
Человеческий фактор Человеческий фактор

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

Вокруг света
CRISPR-терапия показала безопасность и частичный эффект при дегенерации сетчатки CRISPR-терапия показала безопасность и частичный эффект при дегенерации сетчатки

Успех клинических испытаний CRISPR-терапии наследственной дегенерации сетчатки

N+1
Свержение Аполлона Свержение Аполлона

Как возник «лунный заговор» — главная теория фальсификации XX века

Вокруг света
«Конкистадоры: Новая история открытия и завоевания Америки» «Конкистадоры: Новая история открытия и завоевания Америки»

Как испанцы покоряли Кубу

N+1
5 советов, как отключить голову во время секса 5 советов, как отключить голову во время секса

Как перестать думать о неважном и начать чувствовать?

Psychologies
Как IT-специалисты из Северной Кореи обманом устраивались в американские компании Как IT-специалисты из Северной Кореи обманом устраивались в американские компании

Как специалисты из КНДР использовали поддельные личности в США?

Forbes
Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации» Александр Пиперски: «Нейросети взломали систему человеческой коммуникации»

Как мы будем обмениваться информацией в век новых технологий

РБК
«По закону они просто вещи»: кто и как в России спасает животных во время катастроф «По закону они просто вещи»: кто и как в России спасает животных во время катастроф

Как фонды и волонтеры вызволяют питомцев, оставленных в зоне затопления

Forbes
Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина» Даниил Воробьев: «Женщина — это та драгоценная среда, в которой может проявляться мужчина»

История-турбулентность Даниила Воробьева о взрослении и принятии себя

Maxim
Какими видами спорта занимались наши предки-славяне Какими видами спорта занимались наши предки-славяне

Список исконно русских спортивных игр: от аналога хоккея до мордобоя

Maxim
Принесенные ветром Принесенные ветром

Как Александр Волков перенес американскую волшебную страну на советскую почву

Weekend
Ребенок за штурвалом: страшная катастрофа Airbus A310 авиакомпании «Аэрофлот», которая унесла жизни 75 человек Ребенок за штурвалом: страшная катастрофа Airbus A310 авиакомпании «Аэрофлот», которая унесла жизни 75 человек

Эта авивкатастрофа заняла первое место в рейтинге «самых нелепых»

ТехИнсайдер
Быть «железной леди»: как Марджи Робертс стала Маргарет Тэтчер Быть «железной леди»: как Марджи Робертс стала Маргарет Тэтчер

Какой была Маргарет Тэтчер и почему её все ненавидели?

Правила жизни
10 цитат Бруно Беттельхейма, которые помогут стать человечнее 10 цитат Бруно Беттельхейма, которые помогут стать человечнее

Чему Бруно Беттельхейма научил опыт пребывания в концлагерях?

Psychologies
Дмитрий Леонтьев: BAIC X75 – машина для удовольствия Дмитрий Леонтьев: BAIC X75 – машина для удовольствия

Кроссовер BAIC X75 – тихое наслаждение

4x4 Club
8 грубейших ошибок во время глажки белья, которые допускают все без исключения: узнайте, что портит ваши вещи 8 грубейших ошибок во время глажки белья, которые допускают все без исключения: узнайте, что портит ваши вещи

Как не стоит гладить белье, если вы не хотите испортить ткань и свое настроение

ТехИнсайдер
Как не постареть раньше времени: 9 правил Как не постареть раньше времени: 9 правил

Как сохранить молодость надолго?

Psychologies
Осмелиться быть собой: 5 упражнений Осмелиться быть собой: 5 упражнений

Как вновь обрести свою идентичность и начать собственный путь

Psychologies
2 и 2, то есть в сумме 3 факта или типа того о фильме «Идиократия» 2 и 2, то есть в сумме 3 факта или типа того о фильме «Идиократия»

Факты самого гениального фильма о тупости

Maxim
Короткие встречи Короткие встречи

Как открыть мир для тех, кто заперт

Новый очаг
Археологи обнаружили древнейшую стоянку людей на Иранском нагорье Археологи обнаружили древнейшую стоянку людей на Иранском нагорье

Группа ученых выявила древнейшую стоянку архаичных людей на Иранском нагорье

N+1
8 мужских ролей, доставшихся актрисам 8 мужских ролей, доставшихся актрисам

Боевики, фантастика и триллеры — мужская вотчина, в которую ворвались женщины

Maxim
6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал 6 книг, которые помогут увеличить ваш социальный капитал

Подборка книг для исследования ваших социальных связей и развития эмпатии

Psychologies
«Цербер»: детектив о жестоких убийствах, которые начались в Петербурге в 1826 году «Цербер»: детектив о жестоких убийствах, которые начались в Петербурге в 1826 году

Глава из романа «Цербер» — о серии жестоких убийств, которые происходили в 1826

Forbes
Галина и Евгений Киндиновы: «Коля долго не женился. Конечно же, романы у него были, но не с актрисами» Галина и Евгений Киндиновы: «Коля долго не женился. Конечно же, романы у него были, но не с актрисами»

Близкие друзья откровенно о Николае Караченцове

Коллекция. Караван историй
«Симпатия»: как построить приют для собак на фоне политического кризиса «Симпатия»: как построить приют для собак на фоне политического кризиса

Отрывок из книги Родриго Бланко Кальдерона «Симпатия»

Forbes
Самый богатый спортсмен за всю историю: жил две тысячи лет назад и получал больше Джордана Самый богатый спортсмен за всю историю: жил две тысячи лет назад и получал больше Джордана

Что, если мы скажем, что Джордан — не самый богатый спортсмен за всю историю?

Maxim
«Хитрости»: сериал о том, как уживаются друг с другом женщины разных поколений «Хитрости»: сериал о том, как уживаются друг с другом женщины разных поколений

«Хитрости»: сериал, рассказывающий о легенде стендапа Деборе Вэнс

Forbes
Открыть в приложении