Вселенная: за горизонтом горизонт

В середине марта ученые из Стэнфордского университета объявили о сенсационном открытии: в ходе экспериментов на телескопе BICEP2, расположенном в Антарктиде, удалось обнаружить реликтовые гравитационные волны, возникшие еще до Большого взрыва. Это доказывает существование инфляционной стадии ускоренного расширения Вселенной, когда за мельчайшие мгновения доли миллиметра превращались в миллиарды световых лет.

beautiful sunriece at the red planet in space

Американские ученые подтвердили предположение физика-теоретика, сегодняшнего собеседника Eclectic Алексея Старобинского, который еще в 1979 году выдвинул гипотезу, что если стадия ускоренного расширения Вселенной была, то она должна была породить гравитационные волны в астрономических масштабах.

Алексей Александрович, вы один из создателей инфляционной модели Вселенной, которую недавно доказали с помощью эксперимента на BICEP2. В чем суть вашей теории?

Произошло открытие нового этапа в истории Вселенной, предшествовавшего тому горячему Большому взрыву, о котором говорилось в течение последних пятидесяти лет. Как в истории человечества предтечей рабовладельческого строя был строй первобытнообщинный, так и в истории Вселенной перед Большим взрывом была стадия инфляции. Большой взрыв – это что-то очень жаркое, очень высокотемпературное, полное частиц и античастиц. А стадия, предшествующая Большому взрыву, которую Алан Гут потом назвал инфляционной стадией, а я предпочитал в своей работе 1979 года более точное название – деситтеровская стадия (впервые пространство такого типа теоретически обосновал Виллем де Ситтер), была холодной. Другое отличие заключается в том, как расширялась Вселенная: ускоренно или замедленно. Многие слышали об одном из последних открытий – что в последнее время Вселенная начала расширяться ускоренно. Так вот, на самой первой стадии она тоже расширялась ускоренно.

Только не нужно путать две цифры. Одна цифра – это характерное время расширения. На основании эксперимента на телескопе BICEP2 мы можем сказать, что эта величина была 10–38 с. Но сама по себе эта инфляционная стадия могла быть долгой, сколько она длилась – это отдельный вопрос, и мы пока видим только ее самую последнюю часть. Это на будущее, это наша задача узнать, сколько продолжалась инфляция.

А почему ее назвали инфляционной – это как-то связано с деньгами?

Нормальная инфляция цен заключается в том, что цены растут по экспоненте. Закон расширения Вселенной тоже близок экспоненте, поэтому Алан Гут придумал такое понятное широким массам название – «инфляционная стадия».

Алексей Александрович, сама идея, что до Большого взрыва что-то было, переворачивает представление о мире. Вы знаете, какой была материя до Большого взрыва?

Вселенная до Большого взрыва была качественно очень похожа на то состояние, к которому она стремится сейчас и в котором доминирует темная энергия. Это что-то такое без частиц. Например, в школе всегда вспоминают, что в Древней Греции была дискуссия между Платоном и Демокритом. Если Демокрит говорил, что материя состоит из мельчайших частиц, имеет атомную структуру, то Платон был сторонником противоположной точки зрения: истинная структура материи – нечто размазанное, неопределенное, бесформенное. Школьные учителя всегда

4
.

говорили, что Демокрит прав, а Платон в этом споре – проигравший. Оказалось – нет, всё немножко хитрее! Есть материя по Демокриту – та, из которой мы состоим, но есть и материя платоновская, бесформенная, без частиц – то, что мы называем сейчас темной энергией. Первоначальная материя была колоссально плотнее, но качественно она была очень похожа на нынешнюю всепроникающую темную энергию. Просто ее плотность сейчас ничтожна – 10–30 г/см3. В обычной комнате по массе ее не больше одного протона.

Для рождения Вселенной нужен был первоначальный толчок?

Слова о рождении Вселенной – устаревшие слова. Эта теория активно обсуждалась лет сорок тому назад. Сейчас, с точки зрения квантовой теории поля, которая легла в основу инфляционной модели, видно, что вообще нет понятия рождения всей Вселенной. В этой теории оказывается, что таких Вселенных, как наша, существует бесконечно много. Они все возникли из одной предшествующей инфляционной Вселенной, и новые инфляционные стадии все время возникают в других частях пространства и, в каком-то смысле, в другом времени. Наше представление о Вселенной колоссально усложнилось за эти сорок лет.

Но почему эта бесформенная материя инфляционной стадии вдруг стала резко расширяться? И если нынешняя темная энергия на нее похожа, не произойдет ли с ней чего-либо подобного?

Первичная темная материя заведомо была неустойчива, и, если исходить из ее замечательной качественной похожести на ту темную энергию , которая есть сейчас, довольно естественно думать, что и нынешняя темная энергия не есть устойчивая. Такая же ситуация с ядром неустойчивого атома, скажем, урана. Мы его сейчас видим, но мы знаем, что в конце концов он распадется. Однако исходя из того, что мы знаем, можно сказать с уверенностью, что в течение последующих пятидесяти или даже ста миллиардов лет ничего плохого со Вселенной не случится.

5 6

Этот вопрос не относится к науке. Более того, наука не для того создавалась, чтобы отвечать на вопрос, есть Бог или нет. Давайте рассматривать только те теории, те предсказания, в которых мы принципиально отказываемся от ссылки на существование чего-то сверхъестественного. Спрашивается: если мы ограничим себя такой сильной гипотезой об отсутствии потустороннего, далеко ли мы сможем уйти? Ответ очень четкий: да, мы сможем уйти сколь угодно далеко. Более того, мы пока не находим никаких препятствий для рационального объяснения того, что мы видим вокруг. По крайней мере, если говорить о неодушевленной материи. Вопрос с сознанием – более сложный, что видно хотя бы из того, что у нас нет четкого определения, что такое сознание – все мы чувствуем, что такое сознание, но четкого определения нет. Я не очень люблю разговоры на тему, есть ли Бог или нет, потому что начинаются пустые рассуждения и из-за этого не произносятся важные вещи. А важные вещи следующие: если даже Бог и есть, он создал мир таким, чтобы мы могли познавать его и даже управлять им без ссылок на него. Таков был его замысел.

Алексей Александрович, все на Западе превозносят вашего коллегу, выходца из России Андрея Линде, а вы – тот, кто создал базу для его работ, – остаетесь в тени. Вам не обидно?

Надо говорить не «все на Западе», а «все в Соединенных Штатах». Естественно, американцы в первую очередь стараются вытянуть своих, причем к «своим» они относят не по принципу паспорта, а по принципу, где человек работает. В Западной же Европе я считаюсь основоположником этой идеи. И кстати, сам Андрей упоминает меня в своих работах, да и в отчете экспериментаторов BICEP2 мое имя стоит. Андрей употребил больше усилий на то, чтобы эту идею донести до специалистов в других областях и до масс-медиа, а я первый сосредоточился на построении самосогласованных теорий, которые давали бы четкие наблюдательные предсказания, и на поиске того, что могут измерить экспериментаторы. И отношение экспериментаторов резко изменилось после того, как они поняли, что это не чисто теоретическое умствование, что они могут провести реальные эксперименты и им за это «светят» большие премии.

Как вы считаете, достойно ли открытие гравитационных волн на телескопе BICEP2 Нобелевской премии?

Конечно, эксперимент должен быть еще подтвержден, но эта тематика, несомненно, соразмерна Нобелевской премии. Кстати, первые экспериментаторы за наши инфляционные предсказания уже получили Нобелевку в 2006 году. Они имеют за нашу науку одну премию, могут получить и вторую, но тут уже встает вопрос, в каком порядке ее будут давать. Скажем, в случае бозона Хиггса решили вначале дать премию теоретикам, а потом уже кому-нибудь из экспериментаторов. Как будет в нашем случае – посмотрим.

Открытие реликтовой гравитации можно применть на практике? Что-то изменится для простого человека?

Ответ такой: да. Людям интересно, как произошла Вселенная. Как сказал Иисус Христос, «Не хлебом единым жив человек». Но, оказывается, есть и другие следствия. Например, изучая неустойчивость той первичной темной энергии, мы, может быть, лучше поймем, каким образом может быть неустойчива нынешняя темная энергия, а если канал ее распада на видимую материю найдется, это будет колоссальнейший источник энергии. Но это пока в перспективе. Не всё сразу!

7 8 9

Вы трудились во Франции, в Японии, в России. Где вам лучше всего работалось?

С одной стороны, в России работать лучше всего, поскольку это родная страна, но с другой – особенно в последнее время, в связи с реформой РАН – нам ставят очень много бюрократических препон, отвлекают от работы. Практически все ученые, вместо того чтобы думать над научными проблемами, вынуждены тратить свою умственную энергию на обсуждение абсолютно ненужных вещей: как правильно писать отчеты, заявки и так далее. В этом смысле – в смысле организации труда – в Японии мне нравится больше, да и во Франции тоже.

Скажите, а как ученый думает, каким образом? Например, когда вы завтракаете, вы думаете о рождении Вселенной?

Ну, нет, нет, конечно. С одной стороны, есть рутинная работа, ей невозможно заниматься за завтраком, поскольку она требует того, чтобы сесть за стол, включить компьютер и начать что-то читать: я имею в виду написание работ, ответы на критику, рецензирование статей и проектов. Но с другой стороны, действительно, подсознательная работа идет – она идет, когда кушаешь и даже в какой-то степени когда спишь, но она не чувствуется. Однако, действительно, для того чтобы достичь успеха в решении какой-то задачи, нужно о ней постоянно размышлять. Если разбрасываться, если, опять-таки, отвлекают всякими требованиями, формальными отчетами, то успеха не будет.

Над чем вы сейчас так же сосредоточенно думаете?

Кроме таких общих, глобальных, проблем – устойчива нынешняя темная энергия или нет – есть проблемы более конкретные. После открытия на телескопе BICEP2 началась буквально научная гонка, ведь всякий результативный эксперимент не только что-то открывает, но и ставит новые проблемы. Хотя этот эксперимент подтвердил общую концепцию инфляции, оказалось, что ни одна из моделей, предложенных ранее, не работает. Оказалось, что инфляция была существенно более сложной. Условно говоря, раньше для простоты считали, что эта стадия была совсем такой бесструктурной, как я вам и объяснял. Нет – оказывается, это не так. На ней что-то такое небольшое было, и сейчас, используя первичные гравитационные волны, мы как бы можем делать томографию инфляции и находить на ней тонкую структуру. Буквально сейчас мы с коллегами заканчиваем уже вторую статью по этому вопросу. Я подчеркиваю, что это тонкая структура, за каждым эффектом скрыта некая новая физика, и мы сейчас думаем, что это такое. То есть прошедший эксперимент дал нам очень много пищи для последующей работы.

Получается, что за каждым горизонтом вам открывается новый горизонт и процесс этот бесконечен?

– Да, именно так!

Беседовал Алексей Черепанов

Фотография №2 Алексея Майшева
Фотографии №3–9: www.depositphotos.com/Antony McAulay

1 — Автор изображения – Denis Tabler

2 — Алексей Александрович Старобинский

3 — Галактика Головастик

4 — Триплет галактик Arp 274

5 — Галактика Сигара

6 — Галактика Сомбреро

7 — Галактика NGS 3370

8 — Галактика Веретено