Skip to content

29.10.2015

КОСМОС ДАЛЁКИЙ И В ЧЁМ-ТО ОЧЕНЬ ДАЖЕ БЛИЗКИЙ

Генезис Вселенной: почему наш мир именно такой?

ЛИХАЧЕВА: Добрый вечер. В эфире программа «В первом приближении». Продолжаем цикл программ по астрофизике. Все наши программы можно читать, слушать или скачивать на нашем сайте, на finam.fm, здесь же на нашем сайте можно задать любой вопрос. Все ваши вопросы я обязательно переадресую нашим экспертам в итоговой программе по космологии, которая состоится уже через понедельник. Темы, которые мы уже затрагивали: «Темная материя» и «Темная энергия», «Внеземная жизнь» и «Черная дыра», «Эволюция Вселенной» и «Большой взрыв».

Вот на этих двух последних темах мне, честно говоря, хотелось бы остановиться чуть более подробно. Большой взрыв, конечно, объясняет многое, но не все. Собственно, что было до Большого взрыва, и кто этот Большой взрыв устроил? Вот давайте продолжим этот разговор. Тема нашей сегодняшней программы этим понедельником звучит так: «Генезис Вселенной. Почему наш мир именно такой».

В ПЕРВОМ ПРИБЛИЖЕНИИ: эксперты в студии.

Владимир Лукаш: «А внутри может быть другая Вселенная. Это вход, как бы вход в другую Вселенную. Тогда на ваш вопрос легко ответить. Значит, мы находимся в белой дыре, а вокруг полно черных дыр. В общем, это известное дело, люди с ума сходят по этому поводу. Бывает и такое!»

Доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики Астрокосмического центра Физического института имени Лебедева РАН.

ЛИХАЧЕВА: Владимир Николаевич, у меня первый вопрос такой. Мы говорили в одной из наших программ о Большом взрыве, но у меня остался все-таки вопрос: объясняет ли Большой взрыв в хоть какой-либо степени, что наша Вселенная именно такая, какая она есть?

ЛУКАШ: Ну, вы знаете, сначала надо договориться о терминах, что такое Вселенная, что такое Большой взрыв. Потому что это некие слова пока что только для слушателей. Для науки Вселенная это просто объект исследования обыкновенный, так сказать. Необычность его состоит в том, что это большой очень объект, что мы его исследуем изнутри, сами находясь внутри этого объекта.

ЛИХАЧЕВА: Что, видимо, как раз самая большая сложность и есть.

ЛУКАШ: Ну, это некая необычность, сложности тут большой нет, здесь некая… Эксперименты вы не можете как на столе делать с электронами и с ускорителями, а вы просто можете наблюдать, потому что расстояния очень большие, это объект большой. И один из важнейших вопросов – вообще понять, почему такой большой объект, почему он существует, почему то, что его наполняет – звезды и галактики, они такие большие. А дальше уже их структура, из чего они состоят, из чего сделаны, как они движутся в этом пространстве.

ЛИХАЧЕВА: Размер имеет значение в данном случае?

ЛУКАШ: Наука вообще занимается… Она много вопросов ставит. Но она строит модели окружающего мира. Человек, он отображает… Это язык науки, и язык не только науки, язык вообще всего нашего мышления. Мы ориентируемся в этом мире внешнем, в котором мы образовались, в котором мы живем, в малых и больших масштабах строя отображения, какие-то модели и теории, которые определяют законы существования таких вот моделей и так далее. Это все язык моделей.

Но если возвращаться к стандартной космологической модели, то она описывает очень простые вещи. Мир, вообще-то говоря, очень сложный и очень… Если посмотреть, вы увидите сотни миллиардов звезд, вы увидите сотни миллиардов галактик, громадные совершенно пространства, взаимодействующие системы, сливающиеся галактики. Очень-очень большое многообразие сложных нелинейных процессов. Но вопросы поведения в больших масштабах, движения этих объектов, они очень простые – это так называемый хаббловский поток или хаббловское расширение, об этом у вас в передаче уже говорилось.

Галактики разбегаются, значит, кто-то их толкнул. Ясно, что если они разбегаются и уходят на большие расстояния, то они начинали с малых. Они сами имеют большие размеры, значит, они не могли быть галактиками, когда они были близко, это была совершенно другая форма – это плазма была,

но она тоже расширялась. Если брать сегодня вот эту стандартную модель, которая описывает расширение, разбегание Вселенной…

ЛИХАЧЕВА: С ускорением.

ЛУКАШ: Ну, ускорение, не ускорение – это уже вопрос не столь важный. Потому что в истории Вселенной, у вас же были передачи по эволюции, там были периоды ускорения Вселенной, были периоды замедления Вселенной. Это совершенно нормально.

Если вы посмотрите уравнение Фридмана, которое описывает расширение, вы увидите, что при определенных соотношениях между давлением, плотностью и материей, которое гравитирует и создает, заполняет вот этот поток… Собственно говоря, когда мы говорим «расширение Вселенной», мы не имеем в виду расширение никакого пространства. Надо понимать, что пространство, время – это просто отрезки, расстояния между точками и интервалы временные между событиями, больше ничего, ничего там не расширяется. Расширяется материя. Вот вы возьмете частицы, их можно так толкнуть, что они начнут сжиматься, коллапсировать, а их можно так толкнуть, что они будут расширяться. Это вопрос начальных условий, поэтому… Вот почему начальные условия были такие, что они… Вот за 14 миллиардов лет появился наблюдатель, вот мы изучаем, мы видим, что это продолжает расширяться. То есть остатки… Слово «Большой взрыв», собственно говоря, так и появилось, как обозначение вот этого явления разбегания.

ЛИХАЧЕВА: Кто-то так толкнул, что-то так толкнуло, и это потом обозвали Большим взрывом. Хотя тут, конечно, больше юмора, чем рационального зерна.

ЛУКАШ: Ну, это в науке часто бывает, да. Сначала шутят, а потом возникает научный термин.

ЛИХАЧЕВА: Сначала пошутили, мол, хлопушка большая космическая, а потом так и осталось как название. Но до сих пор совершенно непонятно, кто или что толкнуло так, что стало все разбегаться.

ЛУКАШ: Вы попали в точку, да. То, что мы наблюдаем, то состояние, которое мы видим, оно появилось из очень простых начальных условий, и эти начальные условия формулировать можно двумя пунктами. Первый – что кто-то их толкнул, как-то толкнули. Мало того, не просто эту материю на разбегание пустили, а по определенному еще закону это разбегание устроено,

это так называемый хаббловский закон. Скорость удаления точек, галактик, элементов среды, так лучше сказать, которые находятся на большем расстоянии, она увеличивается пропорционально.

ЛИХАЧЕВА: Ага, по сценарию.

ЛУКАШ: Не просто толкнули, не просто бомбу взорвали, а еще такой ковер сделали красивый…

ЛИХАЧЕВА: С заданными параметрами толкнули.

ЛУКАШ: С заданными параметрами. Параметр-то один – хаббловская константа или хаббловская функция, которая есть коэффициент пропорциональности между скоростью относительного разбегания частиц и расстоянию между ними. Они просто пропорциональны друг другу. Это первый пункт, значит, что кто-то толкнул, как вы сказали.

А второй пункт – что это все расширяется от очень больших плотностей, как говорят, кривизн. Если элемент… Язык стандартной модели – это язык теории относительности. Это базовые, ключевые моменты теории относительности – пространство наше четырехмерно, и время это не что-то отдельное, а время это одна из координат, просто у нее другой знак сигнатуры. Это не так сейчас важно. Это одна из координат. Поэтому мы можем говорить о четырехмерии. И в четырехмерии, значит, скорости… Вот эта хаббловская функция, хаббловская константа, о которой я говорил, она имеет с точки зрения геометрии смысл кривизны пространства времени. Вот почему это начиналось от очень больших кривизн? Если вы сейчас посмотрите хаббловскую константу, то это будет 70 километров в секунду на мегапарсек. В единицах таких безразмерных или планковских, как говорится, это очень маленькая величина, а в прошлом она была большой. Значит, она в процессе вот этого разбегания, вот этого расширения космологического, вот эта кривизна уменьшается. Хаббловская функция уменьшается, а раньше она была большой.

Плотность Вселенной сегодня чрезвычайно низкая, если об этом говорить. Температура ее известна – 3 градуса, плотность ничтожная – 10 в минус 30-й грамм в кубическом сантиметре. Понятно, почему. Потому что этот объект существует конечное время, это время не такое уж большое, но и немалое – 14 миллиардов лет. Кому-то оно может показаться большим с точки зрения… Оно больше, чем время жизни человека, конечно, но время, поверьте, не очень большое на самом деле, по сравнению с теми объектами, которые в этой Вселенной живут, например, с возрастом галактик. Галактики тоже такого же порядка могут жить около 10 миллиардов лет. Значит, ясно, что этот объект расширяющийся, значит, плотность падает. Вот если вы хотите представить себе, что такое кривизна, это вот характеристика – это плотность материи.

ЛИХАЧЕВА: Значит, давайте я сейчас повторю, правильно ли я поняла, о чем мы сейчас с вами говорили. Значит, с самого начала плотность материи была несравненно более высокой, вот именно в тот момент, когда кто-то или что-то толкнули нашу Вселенную, вернее то, из чего потом получилась вот эта Вселенная. В этой точке плотность материи была невероятно высокая, и там же была невероятна высокая кривизна пространства-времени, да?

ЛУКАШ: Да, все правильно.

ЛИХАЧЕВА: Кривизна пространства-времени и плотность материи находятся во взаимодействии, которые объясняются уравнением…

ЛУКАШ: Да, но мы не будем по уравнение сейчас говорить.

ЛИХАЧЕВА: Да, я думаю, это довольно сложно. Кому интересно – пожалуйста, можно поподробнее.

ЛУКАШ: Проще всего представить себе, что это расширяющаяся система, плотность в ней падает, потому что расстояния растут между элементами системы.

ЛИХАЧЕВА: Ну и, соответственно, кривизна становится менее кривой!

ЛУКАШ: Да. Самое интересное, что согласно модели стандартной, если вы смотрите, что было в прошлом, плотность только нарастает. Если вы экстраполируете эту ситуацию сегодня, стандартную модель, сегодняшнее положение Вселенной, сегодняшнее ее состояние. Но никто вам не запрещает взять уравнение Эйнштейна и по этим равенствам посмотреть, откуда это все.

ЛИХАЧЕВА: Отмотать обратно.

ЛУКАШ: Отмотать обратно.

ЛИХАЧЕВА: До какого момента можно откатать?

ЛУКАШ: До какого хотите, достаточно большие возможности есть. Там экстраполяция на 30 порядков по энергии может быть. Ну, вы приходите к невероятно большим значениям плотностей и характерных энергий, это так называемые планковские энергии.

Ничто не говорит о том, уравнение не свидетельствует о том, что было какое-то статическое состояние или какое-то другое, что-то взорвалось, висела граната на стене. Вот как Большой взрыв обычно представляют – что-то висело, потом какая-то неустойчивость, все это взорвалось и поехало. Вот такого нет. Если вы посмотрите результаты этой экстраполяции, вы увидите, что чем дальше вы уходите в прошлое, тем более плотное состояние, и все равно это все продолжает…

ЛИХАЧЕВА: Бесконечно уплотняться.

ЛУКАШ: Бесконечно уплотняться. Это так называемая сингулярность, об этом было много разговоров в прошлом веке, теоремы даже были придуманы, что это неизбежно. Все так называемая сингулярность, от очень больших, сверхплотных состояний, из какой-то области или точки чрезвычайно маленькой. Но дело в том, что сегодня можно серьезно обсуждать вот эти, ну, будем называть их сингулярные состояния, вот эти состояния, которые в гравитации возникают. Потому что свойства этих областей, откуда происходит, начинается это все расширение, от очень больших этих плотностей, о которых мы говорили, они задаются, определяются именно существованием стандартной модели. Вы ее экстраполируете в прошлое и видите, какие геометрические характеристики вот этого потока.

Он очень детерминирован, он очень просто устроен, там никаких галактик, конечно, не было, никакой структуры практически не было. Это расширение, так называемый хаббловский закон расширения сверхбольших плотностей, сингулярный плотностей. И дальше экстраполяцию сделать нельзя. Формально по уравнению вы приходите вот в эту точку бесконечной плотности. И это было табу на протяжении десятков лет с момента создания, полвека или даже почти 100 лет создания теории относительности.

Давайте вернемся к вопросу о геометрических свойствах этого раннего хаббловского потока. Вот первое свойство, что это кто-то толкнул, как вы сказали, я возьму это слово на вооружение, а второе свойство, что это система, которая расширяется от сверхбольших плотностей.

ЛИХАЧЕВА: Это основные постулаты стандартной космологической модели?

ЛУКАШ: Это начальные условия, это не постулаты. Вы приходите к этому состоянию, а дальше нужно пытаться понять, откуда оно взялось, как протащить систему через сверхбольшие плотности, да еще толкнуть, чтобы она… А дальше все считается по уравнениям. Если вы задали этот толчок и очень большие плотности, и смогли это сделать, то дальше уравнение описывает 14 миллиардов лет, эволюцию. Вот ваши передачи были.

И то, что Вселенная ускоряется, расширяется – это не проблема, это разные формы материи в разные эпохи доминировали, в гравитационном смысле доминировали. Вот эта общая плотность, на которую реагирует гравитация, общая масса, она состоит из разных форм вещества. Там может быть… Там ключевую роль играет давление вещества, потому что

плотность энергии есть у всех форм, а давление разное. У фотонов давление релятивистское, например, у темной материи давление вообще отсутствует, оно ничтожно по сравнению с плотностью энергии. А вот у темной энергии давление отрицательное эффективное,

и это приводит к разному темпу расширения, она может расширяться с ускорением, может расширяться с замедлением. Поэтому в процессе расширения разные формы материи доминировали общую плотность, как говорят.

Плотность состоит из пяти, например, компонентов, но из-за того, что они все в процессе расширения по-разному ведут себя от времени, какая-то одна становится более доминантной по отношению к другим. Какое-то время она существует как доминантная, а потом другая выходит. Вот эти периоды сменялись. И то, что были периоды расширения, ускорения – это совершенно нормальная ситуация.

Слово «гравитация» вообще-то возникло, здесь тоже интересный вопрос, как притяжение. Вот мы на Земле, обычно у нас образ такой, что это притяжение, обязательно Солнце притягивает Землю и так далее. На самом деле это связано только… Этот образ правильный для материи нерелятивистской так называемой, у которой большие массы и давление практически ничтожно. Там действительно гравитация проявляется как притяжение между частицами.

ЛИХАЧЕВА: А в релятивистской системе?

ЛУКАШ: А в релятивистской системе, где давление существенно по отношению к плотности энергии, тем более, если оно знак имеет отрицательный, там гравитация проявляет как отталкивание себя, и возникают вот эти эпохи с ускорением. Гравитация – это не притяжение, это и притяжение, и отталкивание в разные…

ЛИХАЧЕВА: В разные периоды.

ЛУКАШ: В разные периоды, и совершенно два крыла, так сказать, гравитации. Это и коллапс и антиколлапс. Поэтому вот это взгляд, так сказать, на космогенезис – это взгляд на антиколлапс, потому что

вы видите вокруг себя коллапсирующие системы. Это не проблема, это черные дыры, их полно. Мы живем на кладбище звезд. Ясно, что звезды живут конечное время, куда они деваются? Массивные звезды превращаются в черные дыры, и эти системы уже живут гораздо больше хаббловского времени.

Ну, ничего стабильного нет в этом мире, и черные дыры испаряются, но это времена гораздо большие, чем…

ЛИХАЧЕВА: Чем житие звезд.

***

ЛУКАШ: Чем и житие звезд, и житие Вселенной, скажем так. Так вот, если вспомнить вот эту вещь, которую люди недавно сравнительно освоили, несколько десятков лет, два десятка лет или три, не больше, что гравитация это и притяжение и отталкивание, тогда понятно. Это свойство дальнодействия гравитации, так называемое дальнодействующее взаимодействие, оно не может создавать стабильных конфигураций, они либо сжимаются, либо расширяются. И вопросы сжатия и расширения это и есть вопросы коллапса, антиколлапса или космологии. Космология – это расширение. Поэтому мы просто вот тот объект, который мы называем Вселенная – это расширяющийся объект, а те объекты, которые идут на сжатие – это черные дыры, это результат коллапса, сжатия. И вопрос, почему какие-то сжимаются, а какие-то расширяются – вопрос к свойствам вещества.

Опять же, все очень просто. Была звезда, она долгое время существовала, 10 миллиардов лет, истощила свой ресурс, водород прогорел, гелий прогорел, все, не на чем ей держаться. Давление падает, и она начинает неудержимо сжиматься под действием гравитации, и коллапсирует. Образуется черная дыра. Почему образовалась черная дыра? Потому что такие вот условия создались. Давление пропало, и образовалась черная дыра. А если вы создадите другие условия, вот это отрицательное давление, например, эффективной темной энергии или квинтэссенции, как говорят сейчас, и толкнете систему, то она начнет с ускорением расширяться.

Гравитация – это такая наука, которая не дает вам стабильной конфигурации, и здесь типичная конфигурация либо сжимающейся системы, либо расширяющейся. Как вы их толкнете, и какие свойства вещества будут. Поэтому подсказка очень простая насчет космогенезиса, насчет образования космологического потока расширяющегося. Потому что посмотрите вокруг, вы видите очень много результатов противоположного процесса – процесса коллапса. Если вы сможете посмотреть, как продолжается коллапс дальше, когда он уходит под горизонт, эти модели вполне можно решать в рамках теории относительности…

ЛИХАЧЕВА: Имеется в виду горизонт событий, а не тот горизонт, который…

ЛУКАШ: Горизонт событий и тот, и тот. Есть горизонт космологический. В процессе ускорения галактики уходят за космологический горизонт, просто свет оттуда до нас не доходит. В этом смысле. А есть горизонт при сжатии – горизонт черных дыр. Они сжимаются до таких расстояний, до таких напряженностей гравитационного потенциала, что оттуда свет не может выйти к вам. Ситуация та же самая, только вывернутая. И оттуда свет не приходит, с космологических расстояний больших, и здесь свет уже с малых не приходит, но просто из-за того, что сильные гравитационные поля. Но это все одно и то же с точки зрения гравитации, просто вопрос начальных условий, вопрос симметрии, по-разному ставятся задачи. Ну вот, собственно говоря…

ЛИХАЧЕВА: Подсказки, да, простой.

ЛУКАШ: Подсказка о космогенезисе, она очень интересная. Если вы можете построить модели, которые в процессе коллапса… Раньше это просто табу было для исследований. Коллапс тоже кончается сингулярностью. Космология начинается сингулярностью, а коллапс кончается сингулярностью. В процессе коллапса неудержимо идет сжатие до больших плотностей. Поэтому вопрос «откуда взялись большие плотности?» – это уже не вопрос, это элементарно – это свойство гравитации. Поскольку это нестабильная система, значит, у вас возникают такие условия, когда, наоборот, развиваются большие плотности, система входит в большие плотности в процессе коллапса.

Ну а дальше просто нужно посмотреть, можно ли построить такие модели. Я уже говорил, что язык науки это язык моделей, другого языка нет, которые как бы выворачивают этот коллапс. Ясно, что если вы дошли до сингулярности и руки опустили, дальше вы ничего не сделаете. Но если вы смогли построить такие модели, которые, и посмотреть, что происходит дальше, например, пускать пробные частицы в эту систему, и смотреть, могут ли пробные частицы пройти через эти сверхбольшие плотности. Если они проходят, значит, вы можете посмотреть, куда они проходят, что происходит с ними дальше, где они распространяются потом. И ответ… Такие модели строятся, и ответ получается очень интересный: они попадают в область так называемой белой дыры.

Есть черные дыры, а есть белые дыры. Если вы посмотрите уравнение Эйнштейна, то разницы никакой нет, разница в начальных условиях. Что такое белая дыра? А вот толкните так материю, и получится белая дыра.

А вы скажете: «А это же космология», и я вам отвечу: «Правильно, это космология». Значит, один из вариантов ответа, что мы просто находимся в белой дыре. Почему…

ЛИХАЧЕВА: Которая есть противоположность черной?

ЛУКАШ: Противоположность черной. Но «противоположность» это слово тоже такое человеческое. А с точки зрения уравнений, это совершенно все равно значит, что это вопрос начальных условий, все равно имеется в виду… Допустим, внешнее поле, поле Шварцшильда так называемое, оно и для черной и для белой дыры одинаковое, внешнее статическое поле. А источник поля Шварцшильда может быть либо сжимающийся шар, например, либо расширяющийся шар. С точки зрения решения общей теории относительности, никакой проблемы нет ни с черной дырой, ни с белой.

ЛИХАЧЕВА: Подождите, значит, в этой модели мы говорим о коллапсе, который коллапсирует, коллапсирует, коллапсирует, потом, выворачиваясь наизнанку…

ЛУКАШ: Ну, можно так себе представить, да.

ЛИХАЧЕВА: Ну, как бы выворачиваясь, превращаясь из черной в белую, начинает дальше расширяться. Потом в какой-то момент опять начинает коллапсировать, такая пульсация.

ЛУКАШ: Здесь очень интересный момент, понимаете. Это не некие фантазии. Дело в том, что вы скажете: «А как же вы прошли вот эту область сверхбольших плотностей? Там уравнение Эйнштейна неприменимо».

ЛИХАЧЕВА: Для того чтобы вывернуть, нужно…

ЛУКАШ: Нужно знать уравнение. Нет, представить человек себе это может с трудом, сначала надо посмотреть…

ЛИХАЧЕВА: Давайте попробуем все-таки.

ЛУКАШ: …На уравнения и дальше это можно интерпретировать. Образ правильный. Но первый вопрос, который тут возникает: а чем вы занимаетесь, уравнения-то там могут быть неприменимы, и вообще язык другой, там квантово-механические эффекты важны квантовой теории. Все правильно.

Но дело в том, что здесь, конечно, понимаете, в науке всегда так, какие-то гипотезы надо делать. Вот если вы никаких не введете предположений, то вы ничего не получите. Но основные предположения, которые нужны, чтобы пробные частицы проходили эту область – это просто… Ну, что-то должно, так сказать, чтобы построить модели, какие-то аксиомы надо постулировать, иначе невозможно. Но вот эти постулаты минимальны оказываются, это просто закон сохранения. Мы предполагаем, что есть… Ну, мы знаем прекрасно, что в общей теории относительности есть сохранение энергии импульса, все формы материи там…

ЛИХАЧЕВА: Никуда ничего не пропадает.

ЛУКАШ: Да.

ЛИХАЧЕВА: Вы извините, что я так упрощаю, но потому что нас могут слушать гуманитарии, понимаете, им нужны образы такие.

ЛУКАШ: Эти законы никто никогда не отменял. Но если будут какие-то другие теории, если эти законы поплывут, тогда, извините, я не знаю, что делать. Но если мы предположим, что и там это будет выполняться, закон сохранения энергии импульса, то этого оказывается достаточно, чтобы построить такие модели. Уравнение можно написать таким образом, что выполняется энергия импульса, и уже тогда не важно, тогда любые уравнения, какие бы вы теории ни построили, вы можете в эту форму положить, чтобы выполнялись условия сохранения энергии импульса для всех форм материи, включая гравитацию и материю. Здесь уже не важно, потому что здесь все степени свободы перемешиваются в этой области.

И, на удивление, этого оказывается достаточно, чтобы построить так называемые сингулярности, мы их называем интегрируемые сингулярности. Это настоящие сингулярности, но они слегка ослаблены в том плане, что частицы свободно проходят эту область, они не разрушаются, приливные силы остаются конечны. Вот в чем была, так сказать, казалось, долгое время опасность сингулярности? Там бесконечные приливные силы возникали.

Вообще, что такое приливные силы? Ну, вот Луна воздействует на Землю, мы знаем. Это вообще… Проявление гравитационного взаимодействия только через приливные механизмы проявляется. В каких-то направлениях система начинает разрываться, в каких-то направлениях она сжимается. Как, например, Луна воздействует на океаны, в направлении к Луне океанская… Приток воды получается, если вы на поверхности Земли находитесь, а на экваторе, например… Если это к полюсу было, если Луна находится в направлении полюса, полюса вытягиваются как бы. Северный полюс, допустим, ближе к Луне вытягивается, а южный, наоборот, отходит, а экватор поджимается. Ну, вот эти приливные взаимодействия, они типичны для гравитационных любых форм взаимодействия.

И если посмотреть приливные силы, которые управляют этими сжатиями и расширениями, они, конечно… Сильную сингулярность, скажем так… Они бесконечны были, и тогда действительно ничего сделать нельзя. Частицы не могут пройти эти области, там любое тело будет разрываться под действием приливных сил. Но мы построили такие сингулярности, мы их назвали «интегрированные», где приливные силы остаются конечные. Это значит, что вы можете просто систему отсчета, построенную на пробных частицах, провести через вот эту область очень больших плотностей.

И получается очень интересный вопрос, вы дальше можете… Это как пробные шарики, вы дальше смотрите, по какому же пространству-времени они дальше расширяются, или продолжают путешествовать фотоны, например, корпускулы, которые пустили. И вы видите, что они идут в белой дыре.

Вот черная и белая дыра. Это один и тот же объект оказывается. Мы их назвали черно-белыми дырами или черными-белыми дырами. Мы соединили через сингулярность вот эти области – области сжатия и области расширения. На самом деле это и есть игра приливных сил,

сжатие и расширение – это и есть приливные силы.

ЛИХАЧЕВА: По сути, это, в принципе, одно и то же.

ЛУКАШ: Это одно и то же последовательно во времени происходит. Сначала идет фаза сжатия, потом она, как вы говорите, выворачивается. Ну, можно так сказать, проходит вот это состояние сверхбольших плотностей. А система отсчета, построенная на пробных частицах, она проходит эту область без проблем, потому что приливные силы конечны остаются, и частицы не разрушаются, они существуют, и они оказываются в области белой дыры.

Чтобы дальше получить космологию, вам нужно сделать эту систему большой, потому что никто не говорил, не сказал, что эта система может быть большой. Но если вы ее взяли, смогли организовать такие условия, что она прошла от сверхбольших плотностей и начала расширяться, она может быть микроскопической все равно. Ну, размер какой угодно может быть. Допустим, если это был коллапс солнечной массы звезды, например, ну и эта космология, так сказать, которая в области белой дыры, можно предположить, что она тоже, может быть, имеет массу порядка солнечной. Но масса-то Вселенной гораздо больше. Но вот эта область, вот это свойство, как сделать из малого большое, как раз хорошо известна науке. Есть механизмы, как это можно делать – это так называемые инфляционные механизмы.

Если вы смогли толкнуть систему от больших плотностей на расширение, дальше она может войти в фазу инфляции, это вот как раз фаза ускорения, о которой мы говорили до этого. Для этого нужно, чтобы эффективное давление доминирующей формы материи было отрицательным, и тогда она начнет расширяться с ускорением и как бы раздувается. «Инфляция» означает «раздувание» дословно. Ну, в одном переводе это может быть «ускорение», но образ инфляции это образ раздувания, как будто шарик такой взяли маленький, надули, и поверхность его стала большой. Вот это есть образ инфляции. Как сделать из малого большое? Это в науке космологической известно уже несколько десятков лет, но это никогда не решало вопросы космогенезиса, этот вопрос. Все равно вы должны… Из малого большое вы можете сделать только в расширяющейся системе. А вот как она вошла в стадию расширения – это вопрос, не связанный с инфляцией никак.

ЛИХАЧЕВА: А вот у меня еще такой вопрос. Ну, хорошо, ладно, расширяется вот эта белая дыра, она расширяется, расширяется. В какой момент или что должно произойти, чтобы из расширения она стала коллапсировать?

ЛУКАШ: Как белая дыра снова переходит в коллапс? Ну, вот смотрите, первый вопрос. На языке уравнений белые и черные дыры – это одно и то же решение, по сути, это вопрос только как вы организовали толчок или сжатие. Решение для гравитационного поля одно и то же. И вы скажете: «Как же так? Смотрите, сколько черных дыр, а почему мы ни одной белой дыры не видим?» Их тоже должно быть много, решение-то одно и то же, оно описывает и такие, и такие формы, должны быть и белые дыры. А белых нет.

А ответ на этот вопрос с точки зрения этой теории, которую мы развиваем в нашей группе, очень простое.

Мы живем… Эта белая дыра, она очень большая, она одна единственная, поэтому… Другие есть, но они очень далеко, мы их не видим еще, оттуда свет не пришел до нас.

Просто вот такая интересная ситуация.

ЛИХАЧЕВА: И что нашу белую дыру когда-нибудь в будущем заставит начать превращаться в черную?

ЛУКАШ: Вот-вот, мы начали этот разговор с того, что такое Вселенная. Вообще, договориться о терминах надо. Если слово «Вселенная» и слово «белая дыра» на той фазе, в которой мы находимся, если это назвать белой дырой, это одно и то же тогда, тогда на ваш вопрос легко ответить. Мы находимся в белой дыре, а вокруг полно черных дыр.

В процессе расширения этой белой дыры материя, которая в начале была однородно как-то распределена, она структурировалась, образовались комки, образовались звезды, образовались галактики. Они привели к образованию черных дыр уже меньших масс, чем вся масса этой белой дыры, и эти отдельные черные дыры сколлапсировали, и это входы в новые Вселенные. У вас такая возникает многолистная Вселенная, о которой говорил Сахаров еще в свое время. Но конкретные механизмы воплощения этой идеи в то время построить было невозможно, но в идейном плане он, так сказать, очень приблизился к этому, наверное, сформулировал правильно все. Очень сложная топология. Потому что мы просто живем в области маленьких плотностей, и для нас основной механизм, основной, так сказать, образ пространства-времени – это просто чистый лист бумаги.

А если кривизны большие, плотности большие, то этот лист, правильно вы сказали, изгибается и это совершенно другая геометрия. Вы можете внутрь черной дыры, которая снаружи выглядит как небольшой шарик, допустим, Шварцшильдовская сфера, или вот размер черной дыры, если бы в нее наше Солнце превратилось, это всего 3 километра. С точки зрения наблюдателя внешнего это небольшая область, но если попасть внутрь, то там целая Вселенная может находиться. Это такие геометрические формы, которые представить человеку, который родился на Земле, очень трудно, бытового такого представления у нас нет. Но на самом деле уравнения позволяют нам это сделать, не уравнения, а вот наука… Ну, в общем, это известное дело, люди с ума сходят по этому поводу, бывает и такое.

ЛИХАЧЕВА: Аккуратнее со слушанием нашей программы каждый понедельник, а то, знаете, мы не отвечаем, если что. Правда, Владимир Николаевич?

ЛУКАШ: Нет, часто задают вопрос: откуда масса берется, например? Через черную дыру солнечной массы вы родили Вселенную, у которой масса в сотни, тысячи порядков больше. Ну, они не бесконечные, но очень большие. И как это может быть? Нет закона сохранения массы на самом деле, есть закон сохранения энергии. А если вы посмотрите на закон сохранения энергии, собственно, ответ на этот вопрос был давно известен – там есть члены, которые отвечают за гравитационное взаимодействие, которые имеют отрицательный знак. Сумма у вас как бы равна нулю или маленькая, а члены, которые входят в эту сумму, один входит с большим положительным знаком, другой – с большим отрицательным. С большим отрицательным – это гравитационная часть, а с большим положительным – это все частицы. Вот ее можно сделать сколь угодно большой.

Вы можете внутри черной дыры маленького размера, если вы туда внутрь не попадаете, а смотрите со стороны на нее, а внутри может быть другая Вселенная. Это как бы вход в другую Вселенную.

Ну, если вы сможете пройти и так далее. Вопросы с приливными силами, они, конечно, ключевые здесь. Можно ли открыть эту дверь или только посмотреть, что там есть – вот эти вопросы остаются. Но вообще на все вопросы ответить не могу.

***

ЛИХАЧЕВА: Так все-таки, какое будущее, по-вашему, или, скажем, варианты будущего нас ожидают, если мы действительно принимаем вот эту модель, что мы живем в белой дыре, а вокруг нас спокойненько существуют себе черные дыры. Притом, что черные дыры небольшого размера могут быть ходами в другие вселенные. Ну, соответственно, и мы как живущие в этой белой дыре, мы сами тоже являемся ходом в какую-то другую Вселенную?

ЛУКАШ: Мы уже в ней находимся, мы наблюдатели. Посмотрите, вот здесь какая интересная вещь…

ЛИХАЧЕВА: Вот здесь давайте проясним, потому что это момент важный.

ЛУКАШ: Это очень сложная топология вот этого, можно назвать это естественным космологическим отбором, если хотите. Чтобы… Вот эти белые дыры или новые вселенные, которые образуются, они могут дать потомство, а могут – нет. Это как вот детки и родители. Вот если черные дыры образуются в ней в результате каких-то астрофизических процессов, этапа жизни звезд, например, или центральных областей галактик, чего угодно, если образуются черные дыры, то опять они создают вот эти области пространственно-временные с бесконечными плотностями или с очень большими плотностями, через которые снова переходит перемешивание гравитации и материальных степеней свободы. Образуется новая материя, она рождается.

В сильных гравитационных полях эти эффекты тоже хорошо известны, достаточно хорошо известны. В сильных гравитационных полях, когда возникают эти большие напряженности гравитационного поля… Вот вы спрашивали, что такое большая кривизна? Это большие интенсивности гравитационного поля. Они как бы вакуум разрывают, частицы из него сыплются, возникают эффекты рождения частиц, поляризация вакуума и так далее. А это есть уже язык материи. У вас происходит перемешивание степеней свободы гравитационных или пространственно-временных и материальных вот в этих точках бифуркации, как… Их лучше назвать точками бифуркации, а не сингулярностями – это области, где происходит перемешивание степеней свободы.

А потом снова возникают области космологические или малых плотностей, малых кривизн, где разделено четкое понятие – есть пространство-время, есть материя. И одно движется в другом, одно на другое воздействует. Это язык теории относительности. И там уже можно говорить о вакууме, ну, естественно, вакуумы все могут быть разные. Значит, это низкоплотностной предел вот этих более общих теорий с большими кривизнами. А при больших интенсивностях гравитационного поля происходит перемешивание степеней свободы. Это можно сравнить с фазовыми переходами, например, в жидком гелии. Вот есть такое понятие сверхтекучести, оно существует при очень низких температурах в гелии. При очень низких температурах вы имеете сверхтекучую фазу, и вы имеете… Ее можно описывать… Над этой фазой, которую можно условно назвать вакуумным состоянием, возникают какие-то возбуждения. Экситоны там, вихри – это отдельные частицы.

Вот такая ситуация может быть и в нашем мире. То, что мы называем вакуумом – это состояние без частиц, наинизшее по энергии возможное на сегодня состояние. А все возбуждения над вакуумом мы называем частицами. Электроны те же самые, протоны и так далее. Но когда возникают области… Но так можно говорить только в области малой интенсивности гравитационного поля, в которой мы сегодня находимся, а если вы проходите эти области бифуркации, где гравитационные поля большие, там, конечно, этот вакуум рвется, раздавливается, никаких вот этих делений на частицы, на вакуум, на гравитацию там нет.

ЛИХАЧЕВА: Там все вместе.

ЛУКАШ: Да. Если жидкий гелий вот этот подогреть, фаза сверхтекучести исчезает, и возникают просто отдельные атомы гелия. Это совершенно другой язык описания. Ну, это вот такой образ тоже можно себе представить.

Есть области спокойной жизни, так сказать, есть области, где происходит бифуркация, где происходит рождение новых форм материи. И, соответственно, они заполняют новую Вселенную.

Вот так можно сказать. Ну, это…

ЛИХАЧЕВА: Я, честно говоря, даже не ожидала, что это может быть так интересно.

ЛУКАШ: Нет, это безумно интересно, жить вообще интересно. Наш мозг не может… Это не вопрос, когда вы в песочнице играете и придумываете какие-то сказки. Понимаете, сначала вы строите какие-то, ну, вводите какие-то гипотезы, без этого ничего нельзя сделать, какую-то аксиоматику вы должны установить. Получаете динамические уравнения, их решаете и смотрите на эти решения. И вот дальше вы уже начинаете строить интерпретации этих решений. Вот на этой фазе, собственно, мы с вами разговариваем. Вопрос интерпретации. И это, конечно, интереснее любых фантастических романов.

ЛИХАЧЕВА: А есть альтернативные или, может быть, не во всем сходные интерпретации тех же самых наблюдений и решений, о которых вы сегодня говорили? Ну, скажем, над которыми работают другие научные группы, не ваша?

ЛУКАШ: Конечно, да, да.

ЛИХАЧЕВА: Вот из таких наиболее…

ЛУКАШ: Есть концепции. Но я в основном говорил о наших разработках. Бесспорно… Вообще, человечество прошло несколько парадигм, вот если говорить в контексте космогенезиса. Первая парадигма – это была парадигма космологического постулата, как ее называли, или космологической аксиомы. Постулировалась однородность, изотропия, распределение материи, так называемая фридмановская Вселенная или вот та Вселенная, в которой мы находимся. Если вы хотите это решение организовать в уравнениях Эйнштейна, вы должны взять однородное распределение по пространству и изотропные материи. Тогда вы получите… И она гравитирует. Тогда вы получите вот эту фридмановскую модель. Но откуда взялась однородность, изотропия? Это вы руками ее задаете. Это всегда был вопрос непонятный, долгое время, вот весь ХХ век, по сути. Это так называемая гипотеза или парадигма универс – один мир однородный, изотропный.

Потом люди поняли, что не нужно однородность и изотропию постулировать, что она сама возникает, если вот эти формы инфляционного расширения принять. Идеи инфляции, они появились в 80-х годах, в начале 80-х годов. Достаточно организовать общие свойства с релятивистским этим давлением, о котором мы говорили. Ну, еще нужно расширение задать. И сама система подстроится и выйдет на вот это состояние фридмановской космологии – однородного и изотропного. Сама гравитация выровняет все это. Это удивительно. Вот когда звезда у вас коллапсирует, звезда ведь тоже сложный очень механизм, там потоки вещества есть, там магнитные поля есть, там выбросы, ветер и так далее. Но когда организуется черная дыра, единственный параметр ставится внешний – это масса. Все сферически симметрично. Система была, вообще говоря, несимметрична, ну, она почти была сферически симметрична, но далеко, так сказать… Там было очень много разных параметров – температура, состав и так далее. Образовалась система с одним параметром, но еще угловой момент, с двумя параметрами – масса и угловой момент. Все, никакого состава, из чего она возникла – это не имеет значения уже. Гравитация создает упорядоченную систему и при коллапсе, и при расширении.

При расширении, если вы создали инфляционные условия, вы получите из достаточно общих, неоднородных распределений вещества вы получите упорядоченную систему типа фридмановской локально. Это вот свойство гравитации – создавать упорядоченные такие вот системы, упорядоченные распределения. И люди достаточно поняли, что этого делать не обязательно, универс, и возникла парадигма мультиверс.

ЛИХАЧЕВА: Мультивселенной?

ЛУКАШ: Мультивселенных. Но это немножко не то, что говорил Сахаров про многолистную Вселенную. Вот то, что я рассказывал, это ближе к идее многолистной Вселенной. Но можно это тоже мультиверсом в каком-то смысле назвать, но лучше этого не делать, потому что мультиверс это уже такой устоявшийся термин, и под ним вполне определенные вещи понимаются.

Есть какие-то тоже плотные состояния, они там, честно говоря, постулируются руками тоже, это так называемые состояния, близкие к решениям де Ситтеровским так называемым. Сейчас не так важно. Но большие плотности постулируются руками тоже в идее мультиверс. А дальше

с помощью флуктуаций вы можете через инфляционный механизм создавать разные пузыри, из которых возникает Вселенная. Они тоже очень большие становятся, и здесь такая же ситуация – их много, но вы других не видите, потому что оттуда еще информация к вам не поступила и, скорее всего, никогда не поступит.

ЛИХАЧЕВА: Еще раз. Откуда и за счет чего эти пузыри возникают? Кто их надувает, грубо говоря?

ЛУКАШ: Их надувают вот эти… Решения инфляции – это решения, которые… Если вы задали большую плотность и вот это релятивистское давление, то у вас быстрое происходит расширение этой области, из малого создается большая область. Образ простой – надувание шарика. Вот вы берете шарик, надуваете его для своего ребенка – получается большой баллон. И вот поверхность этого шара это и есть, допустим, мир, в котором мы живем, на поверхности шара. Он сначала был маленький, и там мы бы не уместились с вами, а когда вы раздули, то там целые комнаты можно построить, дома и так далее. Вот этот механизм инфляции, он работает. Из малой системы, из микросистемы сделать макросистему это не проблема.

И идея мультиверса, она, собственно, не обязательно с инфляцией связана, но она использует инфляционный механизм, чтобы сделать большие вселенные из вот этого де Ситтеровского состояния с очень большой плотностью. Это парадигма мультиверс. Что это за парадигма? Миров много, нет одного фридмановского мира, есть разные пути прихода к этим… Вы можете по каким-то мировым линиям выйти в какой-то из этих миров по эволюционной траектории, просто миры могут быть разной сигнатуры, разной формы материи и так далее, и тому подобное. И какие-то из них могут превратиться, придти в тот мир, в котором мы живем. Он один из многих.

Вопрос: почему нет других? Они есть на самом деле, просто, я уже повторяюсь, они, так сказать, в причинно не связанной с нами области оказались, потому что они такие большие, что мы помещаемся внутри одного и наш горизонт меньше, чем размер этого мира, в который мы попали. Этот шарик, который мы раздули, а наша комната, она гораздо меньше на поверхности этого шарика, чем размер всего шара. Если бы мы могли посмотреть, то мы бы увидели, что этот шар конечный, что у него своя геометрия, что это вовсе не бесконечный шар и так далее. Вот это мультиверс.

ЛИХАЧЕВА: А еще есть какие-нибудь?

ЛУКАШ: Мне ближе вот эта идея многолистной Вселенной сложной. Ну, это тоже можно в каком-то смысле мультиверсом назвать, но это не совсем. Здесь важно, что вы можете пройти по листам. Есть какие-то… Представьте себе вот такую белую дыру, которая не дает черных дыр внутри. Вот наша Вселенная, допустим, она могла бы быть пустой, в ней могло не быть галактик, могло не быть звезд.

Вообще, вопрос, почему в ней звезды возникли – это очень тонкая вещь.

Если бы звезд не было, не было бы черных дыр, это как бы бесплодная была бы Вселенная, серая такая. Серая в том смысле, что она не дает новое потомство.

Это очень интересные тоже моменты. Какие-то возникают, дают потомства, какие-то – не дают. Ну, как у людей все.

ЛИХАЧЕВА: Да, действительно, прямая аналогия. Скажите, пожалуйста, ну а совсем такой, может быть, вам покажется неправомочный вопрос. Ну а самая-то первая, которая дала потомство, Вселенная, она откуда произошла?

ЛУКАШ: Это сложно, это я не знаю. Вы поймите, мы живем в одном из этих пузырей. Чтобы увидеть геометрию этого пузыря, его границы, нужно точность наблюдательных данных повысить, не знаю, очень сильно повысить. Потому что сегодня мы можем только говорить о том, что наша геометрия… Понимаете, вот эта идея, которую я изложил, с черными дырами, превращением их в белые, они дают очень интересные следствия наблюдательные. Это не фридмановские миры, это геометрия другая, это геометрия сферы на прямой, так называемая. У них должна быть анизотропия или, как говорят, ось зла. Вот часто, исследуя наблюдательные данные в космологии, пытаются найти отклонения от однородности и изотропии в той Вселенной, в которой мы находимся. Ну, мы одну только знаем. И находят их, но находят на грани точности наблюдательных данных. И то ли есть эта анизотропия, то ли нет – это вопрос прогресса технологии, прогресса телескопов и так далее. Мы не можем увидеть границы этого самого мира, в котором мы живем, но оттуда какие-то градиенты, какие-то…

ЛИХАЧЕВА: Мы что-то ловим оттуда.

ЛУКАШ: Ловим оттуда, конечно, какие-то скосы плотности мы ловим. И вот о них и речь идет. И по этим градиентам мы можем восстановить, где кончается этот мир, начинается другой и так далее.

ЛИХАЧЕВА: Владимир Николаевич, если меня когда-нибудь мой шестилетний ребенок спросит: «Мама, как устроен тот мир, в котором мы живем?» – я могу, например, сказать: «Слушай, Ваня, есть такая версия. Представь: тазик такой, и мы туда из трубочки мыльно так надуваем огромное количество разных-разных пузырей. Только теперь представь, что этот тазик, он гораздо больше, чем ты вообще можешь себе хоть что-нибудь представить».

ЛУКАШ: Да, этот тазик еще находится на черепахе, а черепаха на слоне! Так и думали греки поначалу. Образ правильный, вопрос только в том, где этот тазик стоит. Как с Большим взрывом: «На какой стене висела эта граната?»

ЛИХАЧЕВА: Вопрос, кстати, не такой уж и глупый. Действительно, а где висит этот тазик, что за тазик?

ЛУКАШ: Ну, вот смотрите, это, опять же, путаница в нашем сознании. Потому что когда мы говорим «где висит», «где стоит», мы имеем в виду, что есть пространство-время, и есть тазик – это материя. Вот мы поместили ее в пространство-время. Но я вам уже говорил, что это понятия, которые существуют только в той области, где мы живем, это области стабильные, так скажем. Где есть понятия вакуума, основных состояний и так далее, есть понятие частиц. Это такие спокойные области – пространственно-временные домены, где нет большой интенсивности гравитационных полей, больших кривизн. Вот в этих областях вы можете сказать: да, вот есть частица, она распространяется по пространству-времени. Вот такой язык строите, это язык теории относительности, например.

Ну, есть другие теории. Сейчас мы говорим о стандартной модели, она на теории относительности стоит. А когда вы попадаете в области бифуркации или сингулярности, где перемешены степени свободы, у вас нет ни пространства-времени, ни тазика, ничего нет. Там другой язык совсем.

ЛИХАЧЕВА: Владимир Николаевич, жалко, у нас мало времени остается. Мне хочется вам традиционный задать вопрос, традиционный в нашей программе. На какой вопрос самый главный вы сами хотите получить ответ?

ЛУКАШ: Ну, хочется пожить еще, поработать.

ЛИХАЧЕВА: Допустим, вы пожили, да. И вот пока вы живете, при вашей жизни какой вы хотите получить ответ?

ЛУКАШ: Нет, понимаете, вопрос… Вот человек рождается, если он начинает понимать в какой-то момент, что он живет очень короткое время, во всяком случае, ограниченное, дальше он… В какой-то момент, дальше или не дальше, не будем рассуждать, чего там. Для чего он живет, вот чего ему нужно в этом мире? Он решает для себя, понимаете. Это вопрос очень такой персональный. Вот что интересно, что интересно? Вот будет он бизнесмен или будет он экономист или он наукой будет заниматься? Он сам выбирает этот вопрос.

Поэтому вы мне задаете вопрос «что мне интересно?», то я легко на него отвечу, потому что я эти все вопросы себе давно уже задал. Мне интересно знать, посмотреть, в каком ящике мы живем, в чем мы находимся, где, в чем, в какой именно… В области больших масштабов. Если бы я занимался микромиром, то это был бы другой интерес, но мне интересны большие масштабы.

Мне интересны вот эти геометрические структуры, в которых мы находимся. Как они возникли, как они существуют, каким образом они эволюционируют и так далее. Это самый интересный для меня вопрос. Мне интереснее ничего нет.

Вот я на Болотную площадь не пойду по этой причине. Не потому, что я их не поддерживаю или не понимаю этих людей, я их понимаю, но мои секунды я потрачу на то, что мне дороже, понимаете. Потому что это конечное время. Мне очень приятно побеседовать, порассуждать. Не знаю, язык очень сложный, понять друг друга, но люди же должны понимать друг друга как-то, иначе сложно жить. Это вопросы, так сказать, интереса, любопытства, больше ничего.

ЛИХАЧЕВА: Так, друзья мои, если у вас остались вопросы по этой теме или в целом по астрофизике – присылайте на наш сайт finam.fm. Еще два понедельника мы останемся в рамках этого цикла. Закроет же его программа по вашим вопросам. Поэтому на finam.fm принимаются ваши вопросы по этому циклу в целом. Какой цикл будет следующим – пока вопрос. Если есть предложения – пишите, опять-таки, на нашем сайте, на finam.fm.

Я прощаюсь с вами до понедельника. И помните: любопытство – не порок, а думать никогда не поздно. Счастливо!

© Finam.fm



« »
Read more from ДАЙДЖЕСТ

Share your thoughts, post a comment.

(required)
(required)

Note: HTML is allowed. Your email address will never be published.

Subscribe to comments