http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a85a3d9f-379e-40f2-8b90-4c52af9331e1&print=1© 2024 Российская академия наук
Академик Российской академии наук, главный научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН, профессор МГУ им. Ломоносова Валерий Рубаков — о том, как устроен наш мир.
— Валерий Анатольевич, только что закончилась Нобелевская неделя, и, кажется, в этом году особых прорывов в науке не случилось. Вроде бы все важно, но не покидает ощущение, что наука топчется на месте. Вам не кажется, что все как-то мелковато? Мы по-прежнему познаем Вселенную, глядя в телескопы, как и Галилео Галилей. Ничего не изменилось. А уж за последние десятилетия со времени открытия Большого взрыва ученые и вовсе в тупике.
— Нет, это не так. За последнее время в изучении окружающего нас мира произошли довольно большие открытия и появились поистине революционные теории. Просто многие из них еще не нашли своего экспериментального подтверждения.
— Хорошо, давайте конкретнее. Как устроена Вселенная? Что нового мы про нее узнали кроме того, что она бесконечна?
— Прежде всего, мы уверенно можем говорить на основе наблюдательных данных не про всю Вселенную, а про ту часть, что доступна наблюдению. И это вполне конечные размеры. Почему конечные? Потому что мы видим свет, исходящий из объектов во Вселенной, и этот свет был излучен не раньше, чем 14 млрд лет назад. А раньше ничего не излучалось, потому что Вселенная была заполнена непрозрачной и горячей плазмой.
При этом видимая часть Вселенной еще больше: она составляет 45 млрд лет. Но это происходит потому, что Вселенная с момента своего Большого взрыва постоянно расширяется.
Но за этой видимой нами сферой Вселенная продолжается, просто увидеть мы там ничего не можем и ничего о том, как там все устроено, не знаем. Мы даже не знаем, каков ее полный размер. Одно только можно сказать — он гораздо больше этих 45 млрд световых лет. Я вам скажу так: там дальше она либо огромна, либо бесконечна.
— Изначальный кусочек плазмы взорвался — и получилось это все? Разумом не постичь.
— Опять не так. Сейчас понятно, что это был не взрыв, как мы привыкли его понимать. Скорее как надувной шарик: из маленького пузырька он равномерно расширяется во все стороны. Нам сложно это постичь, потому что мы с вами как бы сидим на поверхности этого шарика. Шарик везде одинаковый, это не взрыв.
— Итак, мы сидим на поверхности шарика, и кто-то невидимый все надувает и надувает его. Это уже не космология, а ближе к религии. Вам не кажется?
— Не кажется. Про окружающее нас пространство мы довольно хорошо все изучили. Да, Вселенная расширяется. Сначала с замедлением, а теперь снова с ускорением.
— Подождите, как с ускорением? С чего ей ускоряться? Если надувать шарик, то со временем надувать его все труднее, и этот процесс замедляется. Что-то не сходится.
— Почему сначала расширение замедлялось — понятно. Речь идет о материи, и скорость разлета частиц действительно со временем падает. А вот почему теперь идет ускорение — это тайна. И, похоже, во Вселенной есть необычная субстанция, которая устроена так, что начинает ускорять разбег. Мы называем ее темной энергией. Своего рода антигравитация.
— И откуда она взялась?
— Никто не знает. Известно только, что она есть, но непонятно, что это такое. Может быть, это космологическая постоянная. Вы представьте себе, что плотность этой энергии не меняется со временем, это удивительно!
Вы спрашиваете, откуда она взялась? Думаю, она существовала с самого начала. Но была очень маленькая, а со временем, когда Вселенная расширилась и стала довольно пустынной, темная энергия, оставшись величиной постоянной, стала в этой пустоте мощной силой и последние 7–8 млрд лет уже сама диктует поведение Вселенной. Заставляет ее разбегаться все скорее и скорее.
— Что же дальше?
— А неизвестно. Как она дальше себя будет вести, мы не знаем.
— Но раньше считали, что Вселенная когда-то все же закончит свое расширение и снова начнет сжиматься.
— Может быть, будет схлопываться, а может, будет расширяться вечно.
— Прямо мурашки по коже. Как же так? Все имеет свое начало и свой конец.
— Это в нашей с вами жизни. А Вселенная однажды родилась и теперь будет жить вечно. И скажу вам, что это наиболее вероятный сценарий.
— А мы эту вечную Вселенную по-прежнему разглядываем в банальный телескоп.
— А во что прикажете разглядывать? Все, что приходит к нам из глубин Вселенной, летит со скоростью света, а быстрее этой скорости в природе ничего не существует.
— Но ведь это для Вечности — скорость неторопливого «космического ослика».
— Да, скорость небольшая. Один световой год — это расстояние до ближайшей звезды. Но больших-то скоростей нет.
— А может, и есть, но мы об этом ничего не знаем. Хорошо, со светом все понятно, но ведь пространство не линейно: оно как-то сворачивается, изгибается, и можно проткнуть его и… мгновенно оказаться в других мирах.
— Да. Такая теория есть, и она вполне самосогласованна, в ней можно проводить расчеты. Согласно этой теории, можно в одну секунду попасть отсюда в созвездие Андромеды, и это, конечно, будет быстрее скорости света. Осталось малость: найти в окружающем нас пространстве такие «дырки», их называют «кротовые норы».
— А как это должно выглядеть?
— Утверждается, что из этих «дырок» должно идти особенное излучение.
— Ну вот, осталось только туда нырнуть. В американском фильме «Интерстеллар», сценарий к которому написал ваш коллега Кип Торн, именно таким образом человечество нашло себе новый дом.
— Я знаком с Кипом Торном, но при всем моем к нему уважении нырнуть в «кротовую нору» в обозримом будущем не получится. Эти объекты если и будут найдены, то они отстоят от Земли на огромные расстояния. Но, повторяю, теоретически такое возможно.
— И вот мы влезли в «кротовую нору». Что там увидим?
— Представьте себе обычную гирю. Мы обитаем на поверхности ее шара, а еще ведь существует ручка. Двигаясь вдоль поверхности шара, мы будем довольно долго перемещаться, а попав на ручку, мы быстро окажемся совсем в другом месте нашей гири. А если такие «ручки» существуют и внутри нашей «гири», то мы сможем быстро путешествовать внутри всего шара, то есть нашей Вселенной.
— А не помогут ли в этих путешествиях, например, уже упомянутые черные дыры?
— Нет, вряд ли. Хотя на сто процентов говорить о том, как они устроены, я бы не стал, но все процессы, которые в этих «дырах» происходят, в общем-то нам известны. Черная дыра — это поглотитель энергии, и самое интересное, что в ней есть, — микроскопический сгусток материи в ее центре. И как раз то, что происходит в этой до невероятности сжатой точке материи, никто пока не знает.
— А вдруг там рождается новая Вселенная, такие зародыши новых миров?
— Откуда вы знаете? (Смеется.) Мы же не можем туда залезть.
— Залезть не можем, но помню, что несколько лет назад в мире был настоящий психоз вокруг Большого адронного коллайдера. Дескать, там вот-вот родится черная дыра и всех нас немедленно поглотит. Значит, чисто теоретически черную дыру можно все-таки искусственно создать?
— БАК исследует взаимодействие частиц на очень малых расстояниях. До каких-то размеров взаимодействия нами довольно хорошо изучены и подчиняются известным законам. Но если расстояния уменьшаются, например, до 10 в минус 18-й степени сантиметра, то там, возможно, действует какая-то другая физика. Ну, например, резко возрастают гравитационные силы. И вот тогда вероятно рождение черной дыры. Но пока мы, проникнув в этот супермикромир, ничего кроме бозона Хиггса не обнаружили. И не исключено, что уже и не обнаружим.
— А не обнаружим ли мы там ту самую темную энергию, о которой говорили в начале?
— Пока не видно. Хотелось бы потрогать, но нет идей, как это сделать. Наверное, у исследователей пока фантазии не хватает. Будет чем заняться молодому поколению физиков.
— Вспомним историю с открытием нейтрино. Тоже все говорили, что невозможно, а через двадцать лет нашли.
— Может, и так. В тридцатых годах прошлого века Паули, первооткрыватель нейтрино, писал своему другу, что, дескать, я сделал ужасную вещь: ввел в обиход теоретической физики частицу, которую никто никогда не откроет. А ведь действительно — открыли через двадцать лет!
— То есть куда ни кинь — всюду тайны, всюду мы чего-то не знаем или еще не знаем. А вот лично вы: какую тайну мироздания открываете, над чем работаете?
— Лично меня больше всего интересуют те самые первые мгновения рождения Вселенной. Мы знаем, что во Вселенной были когда-то зверские температуры и быстрое расширение.
А вот что было до этого? В мире сейчас популярна инфляционная теория, согласно которой до горячей стадии во Вселенной было что-то похожее на современную темную энергию, только она имела огромную плотность, и это приводило к расширению с гигантским ускорением. А что, если наоборот: до горячей стадии Вселенная была такой же пустынной, как и сегодня, потом стала сжиматься, превратилась в сгусток энергии и снова начала расширяться?
— То есть до нашей Вселенной могла быть еще одна?
— Вот вы представьте: самые-самые первые мгновения начала эволюции, а Вселенная уже такая же, как и сейчас.
— А как это можно проверить?
— Звучит удивительно, но из той первой Вселенной до нас могут доходить сигналы…
— Что, там была разумная жизнь? Вы шутите!
— Про разумную жизнь не могу сказать, хотя почему бы и нет: в нашей же Вселенной есть как минимум мы. А сигналы — это особо тонкие свойства Вселенной, они — в распределении плотности вещества по Вселенной. В общем, я считаю, что сигналы из той первоначальной Вселенной вполне могут быть. Если же Вселенная произошла из сгустка энергии, который начал расширяться в инфляционном режиме, то должны быть найдены реликтовые гравитационные волны. Это волны с гигантскими периодами в миллиарды лет. Их сейчас активно ищут. Если найдут, значит, правы апологеты инфляционной теории, если нет — у меня есть шанс.
— А может быть, взять на вооружение популярную теорию струн? Говорят, она вполне точно объясняет окружающий мир. Мол, все, что вокруг нас, — это всего лишь вибрации неких струн. Просто и понятно. Весь мир — одна сплошная вибрация.
— То, о чем вы говорите, это, строго говоря, не теория струн, а вполне себе существующая вибрация полей в вакууме. Есть пустота, в ней появляются и исчезают частицы, которые являются вибрациями полей.
— А горячая Вселенная, а нынешняя пустая? Это тоже вибрации?
— Вот смотрите. Есть пар. Он вполне себе разреженный. Что с ним делать, если не знаешь, непонятно. Но если вы его сильно сожмете, появится жидкость, еще сильнее — раскаленная плазма, а при этом сам пар — это такие же частицы, и они являются вибрациями полей в вакууме. Теория струн как раз ничего из существующих знаний не опровергает. Она просто пытается «поженить» квантовую и гравитационную физику. И та, и другая в отдельности хорошо изучены, но нужна общая теория, которая бы объясняла, как устроен весь мир, проще говоря, мир частиц и мир большой Вселенной.
Как все хорошо начиналось! Американский физик Эдвард Виттен тридцать лет назад приехал в Москву и докладывал на семинаре в ФИАНе. Говорил, дайте время, и мы вычислим с помощью этой теории все на свете — и массу электрона, и заряд протона, предскажем, что происходит на сверхмалых расстояниях.
И вот прошло тридцать лет. И оказалось, что да, теория струн может все это предсказать, но только в одном вакууме (образно говоря, в одном мире), а всего их в этой теории 10 в пятисотой степени «штук».
— Это бесконечная величина!
— Практически да. И сколько надо провести экспериментов, чтобы понять, в каком мире мы находимся. В общем, к большому разочарованию поклонников этой теории, все заглохло.
— Я читал, что Виттен в рамках своей теории предсказал 10 существующих измерений. Это можно как-то понять?
— Это еще до него придумали. Но что тут такого? Мы знаем четыре измерения: длина, ширина, высота и время, а есть еще шесть.
— И где они?
— А они очень маленькие. Их может «увидеть» только элементарная частица. Эти измерения скручены в трубочку. Обычный электрон летает вдоль этой трубки. Но если придать ему мощную энергию, длина его волны станет гораздо меньше — размерами примерно с эту самую трубочку, и он полетит не вдоль трубки, а поперек нее. При этом станет гораздо тяжелее. Как раз сейчас на Большом адронном коллайдере пытаются найти такой электрон.
— Так это значит, что если представить себе человечка размером с электрон, он с помощью новых измерений сможет по-другому путешествовать в пространстве? Чем не новые возможности познания Вселенной!
— Да, возможно такие «микропроволочки» измерений и существуют в нашей Вселенной, но сегодня это предположение ничем не подтверждено и выглядит фантастикой.
ВМЕСТО ПОСЛЕСЛОВИЯ
Нобелевские премии вручены. Что дальше?Конечно, наука не стоит на месте. И нынешняя Нобелевская неделя — тому главное подтверждение. Так, премию по физиологии и медицине дали за открытие механизма биологических часов. Наши читатели обратили внимание на интервью «Новой» главного сомнолога России В.М. Ковальзона («Новая», 02.08. 2017 г.), где не только подробно описывалось действие этого механизма в человеческом организме. Оказалось, что уже разработаны и действуют специальные солнечные лампы, позволяющие нормализовать эти ритмы и тем самым предупредить многие болезни. Просто эти лампы пока очень дорогие. Но теперь, когда мы точно понимаем, как устроен механизм биочасов, возможно, появятся и более приспособленные к жизни разработки.