Юрий Штанов, космолог, доктор физико-математических наук
Инфляционная теория рождения Вселенной настаивает: мир – плоский
06.11.2019 17:31

Очередное интервью в рубрике “Параллельные миры" коснется темы, интересной широкому кругу – как менялись представления человечества о теории создания Вселенной и почему буквально на наших глазах оформляется инфляционная теория, а значит, по сути, всё у мира только начинается.

С доктором физико-математических наук (специальность: теоретическая физика), заведующим лабораторией астрофизики и космологии Института теоретической физики имени Н.Н. Боголюбова Национальной академии наук Украины Юрием Владимировичем Штановым мы условились встретиться в 16:30 – у нас, в “Укринформе”. Объяснял я просто:

- Вышли из метро “Театральная”, мы – наискосок от театра Леси Украинки, поднялись по ступенькам, два шага вправо и большие стеклянные двери.

В 16:20 звонок. По определителю вижу, кто звонит:

- Здравствуйте, Юрий Владимирович.

- Я у театра. Куда дальше? – Объясняю.

- Куда наискосок, к тому вот синему зданию?

- Какому синему зданию?

- Я – возле Оперного театра.

- Ясно, я говорил о театре Леси Украинки. Спускайтесь по левой стороне Богдана Хмельницкого – я вас на улице встречу. 

Спустя пять минут:

- Добро пожаловать, Юрий Владимирович, к нам, на землю… (Смеется, контакт установлен.) Зданиями театров астрофизики не мыслят – в голове они держат звезды, галактики, всю Вселенную.

*  *  *

- Начну с общего вопроса: если бы вам пришлось общаться с инопланетянином – из другого космоса, с чего бы вы начали знакомство с нашей Вселенной?

- Трудно такое представить. Вероятно, он находится на низшей стадии развития.

- Ну, так случилось: он совершенно из другой Вселенной!

- Я бы сказал: – Слушай, мой мир состоит из галактик. Это такие большие конгломераты звезд, разных масс, они вращаются вокруг общего центра. Но галактики наши наполнены не только звездами, но и газом, из которого звезды постоянно формируются. Более того, существует также темная материя и темная энергия, природу которых мы пока что не знаем.

- И всё?

- Нет, сами галактики собраны в конгломераты, скопления галактик. Это группы примерно по десять, по сто и даже тысячу галактик.

ИНОПЛАНЕТЯНИН ВСЕ ПОНЯЛ И СТАНЕТ У СЕБЯ НА РОДИНЕ ГАЛИЛЕО ГАЛИЛЕЕМ

- Если упростить, какой простой пример можно привести? Наш инопланетянин-то, не забыли, находится на низшей ступени развития.

- Что может быть проще и образнее? (Демонстрирует открытую ладонь, будто посылает риторический вопрос. – А.Р.) Ладно, попробую… Галактики, кстати, бывают разные. Та, в которой мы живем, похожа на блинчик, вращающийся вокруг перпендикулярной ему оси. Есть галактики шарообразной формы, где звезды вращаются по хаотическим орбитам, словно гигантский пчелиный рой.

- А где мы во всей этой звездной кутерьме?

- Мы живем в галактике Млечный путь, на одной из планет, вращающейся вокруг своего Солнца.

- “На третьем камешке от Солнца”, – как пел когда-то Джими Хендрикс.

- Да-да-да… Наша галактика – это блинчик, диаметром около ста тысяч световых лет, где на расстоянии около 27 тысяч световых лет от центра находится наше Солнце, вокруг которого вращается Земля. Галактика наша – не однородна, у нее есть спиральные рукава, где интенсивно возникают новые звезды.

- Удивительная картина; надеюсь, инопланетянин понял и станет у себя на родине Галилео Галилеем. Но, вернусь к теме… Сенека презирал людей за то, что они не любознательны. Он утверждал, если бы звезды были видны из одного места, там было бы не протолкнуться. А так людям нет резона поднимать голову, солнце их интересует лишь во время затмения. Почему в массе своей человек не любознателен?

- Это правда, в большинстве своем люди не любознательны. По большому счету единицы смотрят на небо, а единицы из единиц смотрят на небо и что-то там интересное видят. Именно они изобрели и совершенствуют телескоп.

- Лично вы когда посмотрели?

- В детстве, конечно. Мне кажется, все дети смотрят на звезды. Потом становятся взрослыми, и им становится некогда.

- А в телескоп?

- В телескоп я ни разу не смотрел. Я – теоретик.

- Как?!

- Современные астрофизики также не смотрят в телескоп. Они смотрят на экраны мониторов. Даже этого иногда не делают. Зачем? Телескоп снимает цифровые данные и, если нужно, отображает их в картинках – на фотографиях или на экране.

НИ ПО КАКИМ ЗАКОНАМ ИСААКА НЬЮТОНА ОБРАТНО ЗВЕЗДЫ НЕ СОБЕРУТСЯ

- Теперь – немного истории. Скажите, Юрий, существует ли более древняя теория вселенского эволюционного цикла, нежели Дыхание Брахмы, бога созидания? Вдох – выдох, вдох – выдох. Согласно индийским “Ведам”, весь цикл длится 2 160 000 000 лет.

- Это же не научная теория, а религиозное представление. Их много, подобных космогоний, существующих как миф. Не знаю, напишете вы это или нет, но все эти “Веды”, “Упанишады”, прочие духовные сочинения, приписываемые очень древним цивилизациям (характерная скептическая улыбка. – А.Р.), – могут оказаться памятниками более позднего происхождения. Для меня – это, скорее, поэзия.

- Великолепно.

- Чем мифология отличается от физической теории? Мифология ни на что не опирается, это – совершенно умозрительное представление, иногда – с элементами чуда, тогда как физическая теория опирается на законы, которые на Земле ученые открыли, описали и на практике проверили. С их помощью мы и пытаемся понять, как устроена Вселенная, как она возникала, как эволюционировала.

- Последним ответом вы убили пяток заранее подготовленных вопросов. Перехожу к плану “В” – практическое применение физической теории.

- Пожалуйста.

- Несмотря на теорию всемирного тяготения Исаака Ньютона, почему-то под действием гравитации все материальные объекты Вселенной не притянулись друг к другу и не слились в одну точку – эдакую вселенскую “черную дыру”? Ваш комментарий.

- Все зависит от массы параметров: с какими скоростями движутся космические объекты… Возьмем, к примеру, Солнечную систему. В ней планеты движутся по эллипсам, близким к окружностям: Меркурий, Венера, Земля, Марс и так далее. Если бы эту систему изолировать, ничто бы ей не мешало вращаться вечно. Как мы сегодня знаем, в больших объемах Вселенная более-менее однородна. Галактики заполняют ее равномерно. Нет, в ней имеются пустоты, но, если мы увеличим масштаб, то увидим: эти пустоты образуют некую структуру, похожую на соты – не строгие, конечно... Некие пустоты обрамлены скоплениями светящегося вещества. И всё это более-менее равномерно распределено в пространстве (Просто любуюсь, как сложные космогонические процессы собеседник показывает руками. – А.Р.). И вся эта система к тому же расширяется. Поэтому ни по каким законам Исаака Ньютона обратно галактики не соберутся. Кто-то их уже разогнал, и они удаляются друг от друга. 

В КОРОТКОЕ ВРЕМЯ СОЛНЦЕ ДОЛЖНО БЫЛО ДОСТИГНУТЬ ТЕМПЕРАТУРЫ В МИЛЛИОН ГРАДУСОВ И РЕГУЛЯРНО СЖИГАТЬ ЗЕМЛЮ

- Прям заслушался… Между тем, до первой половины ХХ века ученые считали: Вселенная существовала всегда. Что-то менялось, зарождались и умирали звезды и галактики, появлялись новые объекты, но в масштабах мироздания ничего не изменялось.

- Да, но в начале прошлого столетия все решительно изменилось. Произошла революция в фундаментальной физике. Это изменило наше представление о том, как устроен мир. Появилась квантовая механика, ядерная физика, теория атома и так далее. В области теории гравитации Альберт Эйнштейн предложил общую теорию относительности.

- Можно ли сказать, что в начале ХХ столетия у науки появились новые теоретические инструменты?

- Вот именно! До революционных открытий никто не мог объяснить почему, например, Солнце светит. Ученые пытались применять существующие законы физики, но получалась полная чепуха. По этим законам выходило, что в течение суток Солнце должно быстро сжаться и при этом резко разогреться. Иными словами, в короткое время светило должно было достигнуть температуры в миллион градусов и выше, сжечь Землю и затем погаснуть. Почему на протяжении миллиардов лет Солнце стабильно светит, это объяснила только ядерная физика.

- Все изменилось в 1929 г., когда 40-летний американский астроном из обсерватории Маунт-Вилсон – Эдвин Хаббл, обнаружил невероятное явление: далекие галактики удаляются от нас; и чем дальше находится галактика, тем стремительнее она от нас улетает.

- Да, именно Эдвин Хаббл (и несколько ранее Жорж Леметр) установил, что скорость удаления галактик пропорциональна расстоянию. Это было революционное наблюдение, предсказанное ранее. Между тем, открытие Хаббла превратилось в один из важнейших камней в фундамент, на котором потом выстраивалась общепринятая космологическая модель – теория Большого взрыва.

Мир далеких галактик, видимых с помощью космического телескопа имени Хаббла на расстояниях от одного до 14 миллиардов световых лет от Земли. Каждое светящееся пятнышко на этом снимке – это галактика, то есть звездная система типа нашего Млечного Пути
Мир далеких галактик, видимых с помощью космического телескопа имени Хаббла на расстояниях от одного до 14 миллиардов световых лет от Земли. Каждое светящееся пятнышко на этом снимке – это галактика, то есть звездная система типа нашего Млечного Пути

- Нигде не читал о предшественниках Эдвина Хаббла!

- Первую фамилию, которую в этой связи следует назвать, – это основоположник современной физической космологии Александр Александрович Фридман (боевой авиатор, прапорщик Фридман в 1916-1917-х годах служил в Киеве, где преподавал в Военной школе лётчиков-наблюдателей, читал курсы аэронавигации и аэронавигационных приборов – А.Р.). Именно в 1922 г. он применил уравнение Эйнштейна ко всей Вселенной. Это положило начало развитию теории нестационарной Вселенной.

ГЕОРГИЙ ГАМОВ ВМЕСТЕ С МОЛОДОЙ ЖЕНОЙ ЛЮБОЙ НА ДВУХВЕСЕЛЬНОЙ ШЛЮПКЕ ХОТЕЛИ ПЕРЕПЛЫТЬ ЧЕРНОЕ МОРЕ

- Как отреагировали коллеги на открытие физика из Петрограда?

- Они его не заметили. Кстати, когда Александр Александрович послал свою статью, Альберт Эйнштейн отверг публикацию Фридмана в немецком научном журнале. Впрочем, через два года Александру Фридману удалось убедить отца общей теории относительности в своей правоте. Как видите, в сам факт, что Вселенная может расширяться, даже Эйнштейн сначала не особо верил. Подчеркиваю, именно Фридман доказал, что наш мир не может оставаться статичным.

- Уточните, кто еще создал фундамент теории Большого взрыва?

- Нельзя обойти молчанием бельгийского католического священника, астронома и математика Жоржа Леметра, который работал, кстати, в Ватикане и был штатным космологом Святого Престола. Независимо от Александра Фридмана падре Леметр выдвинул теорию расширяющейся Вселенной.

- Наш земляк, 45-летний американский физик украинского происхождения Георгий Гамов, который в 1921 г. работал вычислителем в Одесской астрономической обсерватории, в 1948 г. вместе с Ральфом Альфером и Робертом Херманом выдвинул теорию “горячей Вселенной”…

- …На самом деле Джордж Гамов много где работал. Для начала он получил блестящее образование на физико-математическом факультете Петроградского университета, где входил в троицу молодых гениев: он, Лев Ландау и Дмитрий Иваненко. Компания называла себя “джаз-бандом” или “тремя мушкетерами”, а в 1926-1928 гг. опубликовала первые работы по теоретической физике.

- Как складывалась дальнейшая судьба гения из Одессы?

- В 1928-1929 гг. Георгий Гамов был в заграничной командировке. Сначала он стажировался в Геттингене, который был центром развития квантовой механики, затем – в Институте теоретической физики в Копенгагене, у великого Нильса Бора. За эти два года он опубликовал семь научных работ. Выдвинутая Гамовым теория альфа-распада получила признание мирового научного сообщества. Весной 1929 г. он вернулся в Ленинград известным ученым.

- По-моему, он пытался бежать из СССР…

- Да, летом 1932 г. Георгий Гамов вместе с молодой женой Любой на двухвесельной шлюпке хотели переплыть Черное море, чтобы добраться до Турции... Однако, их застал шторм, и, слава Богу, беглецов спас береговой корабль ВМФ СССР. Есть отличная книга мемуаров Георга Гамова – “Моя мировая линия”, почитайте. В октябре 1934-го они с супругой уехали на Сольвеевский конгресс в Институт радия в Париже и больше в СССР не вернулись.

- Известно, что теория Большого взрыва была обнародована в научной литературе в 1948-1949-м годах. За последующие 70 лет появились ли другие, убедительные теории возникновения Вселенной?

- В данном вопросе нельзя четко установить чье-то авторство. Тот же Жорж Леметр считал, что мир возник в результате взрыва из “первичного атома”. Термин “Большой взрыв” впервые употребил в 1949-м году известный британский космолог Фред Хойл, который сам в эту теорию не верил. Думаю, можно так сказать: опираясь в том числе на теорию бельгийского падре, Джордж Гамов подошел к вопросу количественно и углубил теорию Большого взрыва.

- Как это?

- В построении стройной теории Гамов сделал только первые шаги, а главной задачей, которую ставил астрофизик, были поиски объяснений, как произошли химические элементы: водород, гелий и так далее, из которых состоит Вселенная.

- Повторюсь: за последующие 70 лет появились ли другие, убедительные теории возникновения Вселенной?

- Правильно, на ваш вопрос я-то не ответил (научный аппарат работает как часики, блеск! – А.Р.)… Альтернативные теории какое-то время существовали, но в конце концов в научном мире восторжествовала теория Большого взрыва. Научной загадкой на сегодняшний день остаются два открытые вопроса: темная материя, о которой впервые начал говорить американский астрофизик швейцарского происхождения Фриц Цвикки в 1933-и году, и темная энергия, которая вполне может быть проявлением так называемой “космологической постоянной”, введенной в теорию относительности еще Эйнштейном.

ВСЕЛЕННАЯ САМА РАЗДУВАЕТСЯ, А МЫ – ДВУМЕРНЫЕ СУЩЕСТВА, ЖИВУЩИЕ НА ЕЕ ПОВЕРХНОСТИ

- Теория Большого взрыва конкретизировалась разными учеными?

- Совершенно верно! Дополню только – “в течение времени”.

- Последний раз спрошу и пойдем дальше: за последующие 70 лет появились ли другие, убедительные теории возникновения Вселенной?

- Я всё пытаюсь ответить на ваш вопрос… До сих пор не существует законченной теории Большого взрыва. Постоянно возникают вопросы: А что было до самого Взрыва? А почему он случился? И так далее и тому подобное. Вскоре мы заходим в области, о которых мало что знаем. Или: совсем ничего не знаем... Поверьте, есть огромное количество теорий, объясняющих, как возникла Вселенная, но ни одна из них не дает ответы на все возникающие вопросы.

- Доминирующие можно назвать?

- С другой стороны, большинство из них трудно проверить (Как изящно слушатель подводиться к самостоятельным выводам. – А.Р.). А теперь – по сути. Есть современная теория инфляции (от лат. inflatio, то есть “раздувание”), она описывает мир до так называемого Большого взрыва…

- Вот как! И что было до “Big Bang”?

- Интересно? Именно эта теория сегодня доминирует в научном мире.

- В чем ее суть?

- Даже студентам физмата, специальность: теоретическая физика, – это непросто объяснить.

- Давайте я стану десятиклассником, а вы, Юрий, попробуете.

- Нет, саму инфляционную теорию не так уж сложно описать. Сложнее – зачем она нужна, почему вдруг возникла? Дело в том, что тот мир, который мы наблюдаем сегодня, – мир однородный во всех частях. Ученые искали ответ, а почему он стал, как бы поточнее это сказать, таким одинаковым? Или вторая шарада: например, наблюдаем мы реликтовое излучение, которое к нам идет из далекого космоса. У него низкая температура, это не свечение звезд или галактик, а фоновое излучение. Так вот: температура реликтового излучения одинакова во всех направлениях. Почему, спрашивается?…

- И?

- Теория Фридмана, а потом и Гамова не дали ответа, почему Вселенная одинакова везде?!? Почему в каком-то месте мы не видим больше галактик, чем в другом?

- Ну, да, к эпицентру взрыва их, по логике вещей, должно быть больше.

- В том-то и дело, что эпицентра в нашем мире нет. Аналогия с воздушным шаром – прекрасный пример. Мы живем на его поверхности, и центра у шара нет… Мы — как двумерные существа, живущие на его поверхности. Это наглядная редукция на одно пространственное измерение. И, сколько бы мы ни ползали по нашему шарику, центра на его поверхности мы нигде не обнаружим, все места одинаковы. Поэтому центра у мира нет.

- А на самом деле он имеет объем…

- Да, но на его поверхности нет центра. Шар везде одинаковый, условия везде одинаковые.

- Почему?

- Точнее, почему он не похож на элипсоид какой-то? Почему форма именно шара? Вот на этот вопрос только инфляционная теория дала ответ!

- И каков был ответ?

- До Большого взрыва была эпоха расширения с чудовищной скоростью; ее поддерживали специальные поля. В результате из маленькой однородной области пространства раздулся огромнейший мир, в котором мы и живем. Этот гигантский мир и стал началом Большого взрыва.

- Тогда возникает вопрос, а почему он был-был и вдруг раздулся?

- Есть теория, которая это объясняет. Для объяснения привлекают общую теорию относительности и физику скалярных полей (простейшим примером скалярного поля является температурное поле неоднородно нагретого тела, поскольку каждой точке тела можно поставить в соответствие определенное значение температуры. – А.Р.). Одно из них – поле Хиггса, точнее, бозон Хиггса (элементарная частица, квант поля Хиггса, с необходимостью возникающий в Стандартной модели физики элементарных частиц вследствие хиггсовского механизма спонтанного нарушения электрослабой симметрии. – А.Р.). 4 июля 2012 г. его открыли в результате исследований на Большом адронном коллайдере. Бозон Хиггса мог играть роль агента, который обеспечил стремительное расширение мира на начальном этапе.

- Один агент обеспечил стремительное расширение мира?

- Да. И из маленькой однородной области Вселенная расширилась в миллиарды миллиардов раз. Именно поэтому мир стал таким однородным, каким мы его наблюдаем. Инфляционная теория объяснила, почему мир однороден и откуда взялись галактики. Откуда взялись места, где вещество сконцентрировано. И это объяснение существенно опирается на квантовую физику.

ВСЕЛЕННАЯ ТОГДА БЫЛА ПУСТОЙ, ЗАПОЛНЕННОЙ СКАЛЯРНЫМ ПОЛЕМ

- Кого считают автором инфляционной теории?

- Сама теория появилась в начале 1980-х годов. Ее авторство принадлежит нескольким ученым, которые работали коллективно, обмениваясь результатами и конкурируя друг с другом. С одной стороны, советские физики Андрей Линде (1948; с 1990 г. он – профессор физики Стэнфордского университета) и Алексей Старобинский (1949), главный научный сотрудник Института теоретической физики имени Ландау РАН, а с другой, их западные коллеги, в частности профессор Массачусетского технологического института Алан Гус.

- Теория инфляции вытеснила из научного мира даже Большой взрыв?

- Нет, она его подготовила.

- Или: теория инфляции углубила представление?

- Под понятием Большой взрыв следует понимать процесс. Это не просто какая-то точка, а это непрерывный процесс, который мы детализируем и разбираем, из каких частей он состоял. Согласно современной картине мира, сначала был инфляционный период – быстрораздувающаяся фаза. Вселенная тогда была заполнена скалярным полем. Когда раздувание прекратилось, это поле отдало свою энергию, или, иными словами, родило горячий мир, все его частицы. И с этого момента Вселенная обрела горячее рождение и наполнилась частицами.

- То есть, в наличии два этапа. Верно?

- Правильно: инфляционный период и горячее расширение. И – главное: только весь процесс, окрестность точки, где мир переходит от инфляции к горячему состоянию, – можно назвать “Big Bang”.

- А как проверить инфляционную теорию?

- Проверить ее очень сложно, практически невозможно. Но в нее верят потому, что она сделала ряд предсказаний, которые уже подтверждены наукой.

- Например…

- Инфляционная теория предсказала, что геометрия пространства Вселенной должна быть евклидовой. В космологии кривизна может быть положительной, отрицательной и нулевой. Т.е., бывает что-то подобное сфере, что-то подобное плоскости, а бывает что-то подобное седлу. Какой из трех вариантов у Вселенной, никто не знал. Но инфляционная теория предсказывала, что из-за этого быстрого раздувания большого маленький фрагмент, какую бы кривизну он не имел, будь то сфера или что-то другое, – раздулся настолько, что стал буквально похож на что?

- На плоскость?

- Правильно. Вселенная имеет нулевую кривизну пространства. Это было весьма нетривиальное утверждение, потому что, когда люди реально наблюдали мир, они видели, что обеспечить нулевую кривизну невозможно. Между тем, инфляционная теория настаивала: мир будет плоский, пространство евклидово. И это сейчас проверено с точностью до доли процента.

- А есть еще доказательства?

- Инфляционная теория описала, как будут распределены галактики, скопления галактик в нашем мире. Иными словами, по каким законам они будут скучиваться, сколько их будет в разных масштабах. К такому предсказание ни одна из теорий не могла и близко подойти. И это предсказание убедительно подтверждается сейчас. Правда, Нобелевскую премию ее авторы пока не получили. Шведские академики строги – требуют экспериментального подтверждения любой теории.

- Ну, чтобы подтвердить, можно и еще раз взорвать Вселенную?

- (Тепер и мой собеседник смеется. – А.Р.) А вот сделать это не получится. Как и невозможно заглянуть в прошлое… Вот сейчас, буквально пару недель назад, за теоретические открытия в области физической космологии Джеймс Пиблс (Phillip James Edwin Peebles; 1935) получил Нобелевскую премию, как физик, который не просто внес вклад в изучение Вселенной, а подхватил эстафету Георгия Гамова: предсказал возможность наблюдать реликтовое излучение, стал изучать темную материю.

- Да-да, это, которой во Вселенной 20 процентов...

- Точно. Но есть еще и темная энергия. А она – это 75 процентов Вселенной. Если к ней прибавить 25 процентов темной материи, то окажется, что мы мир видим и состав его понимаем всего на пять процентов.

ГЕНИЙ – ЧЕЛОВЕК, КОТОРЫЙ МЕНЯЕТ ПАРАДИГМУ, МЕНЯЕТ ТОЧКУ ЗРЕНИЯ НА МИР

- Ну, знаете, Юрий, это для меня какая-то темная материя!

- Не только для вас. (Улыбается.) Еще Альберт Эйнштейн вводил в свою теорию относительности космологическую постоянную, или лямбда-член, то есть некую константу природы. Если в теории гравитации Ньютона есть одна постоянная (Ньютоновская постоянная), которую в школе обозначают буквой G, то у Эйнштейна эта константа тоже присутствует, но еще появляется другая – λ, лямбда. Великий Эйнштейн строил теорию статического мира. Между тем, без этой лямбды у него не получалось статического решения. И тогда Эйнштейн ввел в свое уравнение λ-член…

- Подтасовал что ли?

- Нет-нет-нет. Физика – правильный путь. Эйнштейновские уравнения допускали только один простой член. В одном месте уравнений фигурировала G, в другом – λ. Сначала про эту лямбду гений физики, вообще, не думал. Но потом, пытаясь построить космологическую теорию, иными словами, теорию всего мира, он увидел, что статический мир без нее построить невозможно. Уравнения не дают статического решения! А в ту пору (1917-й год) не только Эйнштейн, все думали, что мир в целом статичен. Тогда теоретик вернулся к тому, что можно в уравнение ввести еще один член. Как только он это сделал, сложился статический мир.

- В чем был подвох?

- Потом ученые заметили, что такой мир… неустойчив. Если его чуть-чуть толкнуть, он начнет либо расширяться, либо сжиматься. Это же, по сути, показал в 1922-м году Александр Фридман. И если мир расширяется, или сжимается, – тогда этот λ-член не нужен. Да, есть решения, в которых, согласно уравнению Эйнштейна, мир может расширяться/сжиматься и с этим членом. Такие решения были получены еще в 1917 году голландским астрономом Виллемом де Ситтером. Но в дальнейшем от него отказались, прежде всего, сам Эйнштейн.

Шарж на Виллема де Ситтера по поводу его объяснения идеи расширяющейся Вселенной в датской газете 1930 года. Он изображен в виде перевернутой греческой буквы лямбда (λ), обозначающей космологическую постоянную Эйнштейна. Подпись к шаржу гласит: “Что, в самом деле, раздувает шар? Что является причиной расширения, или раздувания, Вселенной? Это производит лямбда. Другого ответа дать нельзя”. Взят из книги P.J.E. Peebles, “Principles of Physical Cosmology”, Princeton University Press (1993).
Шарж на Виллема де Ситтера по поводу его объяснения идеи расширяющейся Вселенной в датской газете 1930 года. Он изображен в виде перевернутой греческой буквы лямбда (λ), обозначающей космологическую постоянную Эйнштейна. Подпись к шаржу гласит: “Что в самом деле раздувает шар? Что является причиной расширения или раздувания Вселенной? Это производит лямбда. Другого ответа дать нельзя”. Взят из книги P.J.E. Peebles, “Principles of Physical Cosmology”, Princeton University Press (1993).

- Тогда в чем ошибался Эйнштейн?

- Когда путем астрономических наблюдений, включая и наблюдения Эдвина Хаббла, установили, что мир расширяется, Эйнштейн признался, мол-де, эта константа лямбда не нужна. Более того, эту свою теорию назвал “самой большой ошибкой”. Далее теория эволюции Вселенной жила без лямбды в уравнении вплоть до середины 1990-х годов. К тому времени постепенно стало понятно, что без этого λ-члена в уравнении Эйнштейна мир расширяется как-то неправильно.

- Получается, что в свое время гений Эйнштейн в себя не поверил?

- Нет, он в себя поверил.

- Или: преждевременно вычеркнул лямбда-член из уравнения?

- Возможно, и преждевременно. Но тогда таких детальных наблюдений далеких галактик не было, и никто из ученых не знал про эту проблему. Хотя в уравнении Александра Фридмана эта лямбда присутствовала. И Жорж Леметр тоже использовал эту лямбду.

- Именно Эйнштейн был пионером лямбды?

- Конечно! Всю теорию он придумал!

- А потом сам же и отказался?

- Да, потому что сначала он ее использовал исключительно для описания статического мира.

- А остальные физики отказались от λ-члена, когда отказался Эйнштейн?

- Да, остальные тоже сказали: – “Да, по-видимому, она не нужна”.

- Потрясающе!

- Ну, потому что и без нее мир расширяется. Прав оказался Александр Фридман – мир расширяется, и для этого лямбда не требуется. На время от космологической постоянной отказались. А теперь вдруг оказалось, что этот λ-член и есть один из основных вариантов темной энергии.

- В связи с этой историей, приключившейся с Альбертом Эйнштейном, как вы думаете, кто такой гений?

- Гений – человек, который меняет парадигму, меняет точку зрения на мир.

ПРЕДСТАВЬТЕ: ИСКРИВЛЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО, В КОТОРОМ ВСЕ ДВИЖЕТСЯ ПО ПРЯМЫМ!

- Да. А в случае с Эйнштейном?

- Давайте я вам объясню. (Эх, как жаль, что в свое время я не стал студентом физмата, теперь не сидел бы с открытым ртом. – А.Р.) Вот раньше, в до-Эйнштейновскую эпоху, многие пытались построить теорию гравитации. Но в чем заключалась проблема? В то время уже была так называемая специальная теория относительности, в развитие которой огромный вклад внес Альберт Эйнштейн.

- То есть, это открытие совершил не один Эйнштейн?

- Нет, это была специальная теория относительности, которая описывала, например, как распространяется свет. Именно в эту теорию относительности Ньютоновская теория гравитации не вписывалась. Она была неинвариантна относительно преобразований системы отсчета, названных именем нидерландского физика-теоретика Хендрика Лоренца (линейные, или: аффинные – преобразования векторного псевдоевклидова пространства, сохраняющие длины или, что эквивалентно, скалярное произведение векторов. – А.Р.). И многие ученые пытались построить теорию, которая бы вписывалась в теорию относительности. Существовали некоторые пути, которые казались очевидными – по аналогии с другими теориями. Вначале Альберт Эйнштейн тоже двигался по этому пути, но – безуспешно.

- В чем была причина неудач?

- В то время ученые строили теорию гравитации как теорию особого поля в геометрически плоском пространстве-времени, и она выглядела прекрасной, замечательной и простой. Но когда стали изучать, что она предсказывает, что-то не складывалось.

- Например?

- Выходило, к примеру, что вблизи Солнца или в поле гравитации Земли лучи света идут строго по прямой. Они не отклоняются вниз, не притягиваются Землей, а всегда идут прямо! Такой точки зрения Эйнштейн не принимал, ведь у него уже сформировалась концепция, что в поле тяготения все должно отклоняться, и луч света в том числе.

- Почему Эйнштейн оказался дважды гений?

- Говорят, идею ему подсказал в 1912 году коллега-ученый, австрийский математик, профессор Пражского университета Георг Пик. Во время беседы с Эйнштейном он обратил его внимание на старую идею – описать движение тел в гравитационном поле как движение по линиям кратчайшего пути, но в искривленном пространстве. Это же смена парадигмы! Представляете?

- Наверное…

- За эту идею проницательный Эйнштейн ухватился и смог ее развить с помощью своего друга, швейцарского математика Марселя Гроссмана. Это было настолько нетривиально, что те, кто впоследствии занимался общей теорией относительности, говорили, что ждать такой теории смело можно было еще полстолетия.

- Эйнштейн опередил время на полстолетия. Верно?

- Да! Представьте: искривленное пространство-время, в котором всё движется по прямым!

КТО НАПИСАЛ ЭТУ ПЬЕСУ?

- Последний вопрос. В общих чертах я понял теорию Большого взрыва. Но не понимаю – как могло из материи появиться пространство и время?

- Теория рождения Вселенной существует в нескольких вариантах. Но, какую бы из них вы ни взяли, все появляется одновременно – и материя, и пространство, и время. Представить материю вне пространства и времени сегодня мы не в состоянии. По крайней мере, наука на это не способна. Теоретически пространство является фундаментальной ареной/сценой, на которую выходят Герои. Материя может выйти на эту сцену и что-то делать… А если этой сцены нет, тогда материи некуда выйти, ей некуда двигаться? Вопросы, вопросы, вопросы…

- Юрий, кто написал эту пьесу? Как вы думаете?

- Совершенно неясно. В наличии смутные фантазии на эту тему.

- Что станет с миром, когда наконец всё разлетится?

- Согласно современным представлениям, когда все разлетится, из-за приливных сил местные галактики сольются друг с другом. Возьмем, к примеру, галактику Андромеды. Она похожа на Млечный путь, но чуть больше, и приближается к нам. Через несколько миллиардов лет она…

- Столкнется с нами?

- …сольется с нами, с Млечным путем… Звезды пройдут мимо друг друга. Реально звезды редко сталкиваются, так как очень далеко находятся друг от друга. Итак, все сольется в одну галактику. А те галактики, которые удаляются от нас, они улетят за, так называемый, горизонт событий, – перестанут быть видимыми. Это произойдет примерно через 10-15 миллиардов лет. Если кто-то еще будет жить в нашей галактике, ему будет казаться, что живет он на островке, в единственной звездной системе, а вокруг Пустота – черное небо, и ничего более.

Так будет выглядеть галактика Адромеды и видимая часть Млечного Пути на небе Земли через 3,75 миллиарда лет. Еще через пару миллиардов лет наши галактики сольются, образовав в итоге большую эллиптическую галактику
Так будет выглядеть галактика Адромеды и видимая часть Млечного Пути на небе Земли через 3,75 миллиарда лет. Еще через пару миллиардов лет наши галактики сольются, образовав в итоге большую эллиптическую галактику

- Астрономы потеряют работу, а астрофизики останутся при деле?

- Мы живем в интересную космологическую эпоху: миллиард лет туда, миллиард лет сюда, и вырисовываются совершенно разные картины мироздания.

- Огромное спасибо за беседу, было невероятно интересно. Константин Циолковский утешал: “Сколько ни представляйте себе чудес, не перещеголяете мир”.

- Пожалуйста.

- Полагаю, выскажу общее мнение, хотелось с вами встретиться еще раз.

- Спасибо.

- Какую вторую тему мы бы могли заявить?

- Трудно сказать... Вы про физику? Темная материя, темная энергия…

Александр Рудяченко. Киев
Фото Елены Худяковой

При цитировании и использовании каких-либо материалов в Интернете открытые для поисковых систем гиперссылки не ниже первого абзаца на «ukrinform.ru» — обязательны, кроме того, цитирование переводов материалов иностранных СМИ возможно только при условии гиперссылки на сайт ukrinform.ru и на сайт иноземного СМИ. Цитирование и использование материалов в офлайн-медиа, мобильных приложениях, SmartTV возможно только с письменного разрешения "ukrinform.ua". Материалы с пометкой «Реклама», «PR», а также материалы в блоке «Релизы» публикуются на правах рекламы, ответственность за их содержание несет рекламодатель.

© 2015-2019 Укринформ. Все права соблюдены.

Дизайн сайта — Студия «Laconica»

Расширенный поискСпрятать расширенный поиск
За период:
-