ИНВУР - информационное агенство

Инновационный портал
Уральского Федерального округа

Наши проекты:


  
Расширенный поиск

подписка

Subscribe.Ru
Новости сайта инновационный портал УрФО
Рассылки@Mail.ru
Новости инноваций. Рассылка инновационного портала УрФО
 
важно!
 
полезно!
награды
 
 
 
 
 

партнеры
Официальный портал Уральского Федерального округа
Официальный портал
Уральского Федерального округа
Межрегиональный некоммерческий фонд наукоемких технологий и инвестиций
Межрегиональный некоммерческий фонд наукоемких технологий и инвестиций

Ежедневная газета ''Новости Сочи''.
Ежедневная газета
''Новости Сочи''
 
Институт Экономики УрО РАН
Инновации

» Наши партнеры »


Сейчас на сайте:
30 чел.

Это интересно



Большой взрыв стал жертвой инфляции

МОСКВА. Еще недавно космология, основанная на теории Большого взрыва, не могла объяснить существующую крупномасштабную структуру Вселенной. Двадцать пять лет назад началось бурное развитие модели инфляционной Вселенной, которая с высокой степенью точности дала ответ на вопрос, почему так быстро из однородной плазмы и газа образовались те галактики, которые мы наблюдаем сегодня.

Рассказать о том, как менялись представления ученых о первых мгновениях зарождения Вселенной, мы попросили одного из тех, кто стоял у истоков теории инфляционной эволюции Вселенной - доктора физико-математических наук, заведующего кафедрой космологии Мюнхенского университета Вячеслава Федоровича Муханова. Интервью взяла Ольга Орлова.

Чем характеризуется инфляционная стадия развития Вселенной?

Согласно инфляционной теории, Вселенная в какой-то момент вступила в стадию, когда гравитация действовала, как антигравитация, и вместо того, что тормозить расширение Вселенной, она наоборот ускоряла ее расширение. После окончания инфляции Вселенная начинает расширяться нормальным образом.

И до сих пор так расширяется?

Когда она была в два-три раз меньше, чем сейчас (т.е. когда ей было примерно три-пять миллиардов лет), она стала опять ускоряться. Таким образом, Вселенная в недавнем прошлом опять вступила в стадию ускоренного расширения.

Что собой представляет антигравитация? Просто изменение в уравнении знака плюс на минус?

Гравитация создается не только энергией, но и давлением. И когда соответствующая комбинация энергии и давления, которая отвечает за создание гравитации, становится отрицательной, тогда и гравитация становится антигравитацией. Потому и в уравнении меняется знак.

Неужели процессы на таких ранних стадиях развития Вселенной стало возможно изучать экспериментально?

Если бы это было невозможно, то мы бы говорили не о физике, а философии.

Но зачастую вашу область в шутку и называют «гуманитарным разделом физики».

Тем не менее, сейчас уже имеются такие наблюдения, которые могут проверить предположения, например, о том, что было в первые доли секунды после Большого Взрыва – хотя его в том виде, в котором мы себе раньше представляли Большой Взрыв, скорее всего, и не было.

А ведь его так красочно изображают в научных музеях и научно-популярных фильмах…

Да, но теперь представление о том, что Вселенная началась с бесконечных скоростей, уже не является необходимым условием для объяснения ее дальнейшего развития. Ведь раньше мы знали о том, что Вселенной для развития нужно было преодолеть гравитацию, а значит, должно было случиться нечто, что придало ей мощнейшую скорость для продолжения движения. Теперь мы знаем, что гравитация отвечает еще и за разгон вещества. В тот самый период когда гравитация действовала как антигравитация, все предыдущие свойства Вселенной девальвировались и потеряли свою ценность. Именно поэтому и можно забывать о том, что было на более ранней стадии развития Вселенной, и именно по этои причине период ускоренного расширения и называют инфляционной стадией.

В теоретическом аспекте этот период изучается с помощью теории относительности с участием физики элементарных частиц.

Но что все-таки в этой области можно проверить экспериментально?

Довольно много. Например, можно установить, когда именно произошел разгон вещества - это были доли секунды после рождения Вселенной (10 в минус 35 степени).

А про саму инфляцию что известно?

То, что Вселенная на ней разгонялась, становясь все более и более однородной. Но, конечно, не идеально однородной - квантовые неоднородности невозможно сгладить. Их неизбежное присутствие связано с принципом Гейзенберга, который гласит: невозможно какую-то частицу остановить в определенной точке и держать там бесконечно долго, поскольку есть неопределенность положения частицы и есть неопределенность скорости, и произведения этих двух вещей должно быть не меньше квантовой постоянной Планка (h) . Таким образом, согласно квантовой механике, несмотря на то, что все, существовавшее прежде до момента инфляции, исчезло, квантовые флуктуации, которые там были, не могут исчезнуть. И именно они оказываются ответственными за крупномасштабную структуру Вселенной (галактики и скопления галактик). Отсюда следует, что физика микромасштабов может быть ответственна за образование структур Вселенной в колоссальных масштабах. В частности неоднородности в безумно маленьких масштабах были растянуты до огромных масштабов и при этом сохранились.

Соответственно - можно использовать Вселенную для изучения физики в микромасштабах?

Именно так. Двадцать пять лет назад у нас появилась идея о том, что происхождение галактик и их скоплений возможно будет понять и объяснить, если привлечь физику частиц в масштабах меньших, чем те, что могут быть проверены на сегодняшний день на ускорителях.

В меньших масштабах, но до какой степени? До какого порядка можно двигаться в сторону уменьшения?

То, что проверяется на современных ускорителях, это еще не самые минимальные масштабы, в пределах которых имеет смысл говорить о пространстве и времени. Можно еще продвинуться на 17 порядков в сторону уменьшения.

А на сколько порядков в сторону уменьшения можно продвинуться, используя Большой адронный коллайдер ( LHC)?

Скорее всего, не более чем на два порядка - то есть в 100 раз. Фактически LHC - это огромный микроскоп. Дело в том, что расстояния обратно пропорциональны энергии – чем выше энергии, тем меньшие расстояния мы видим. Но в принципе чтобы увидеть эффекты квантовой гравитации, которые могут быть ответственны за структуру Вселенной, нам надо продвинуться еще на 10 порядков сторону уменьшения.

Какой же ускоритель для этого нужен?

Для того, чтобы построить ускоритель действительно необходимых масштабов, он должен быть размером со Вселенную. Но всерьез это, как вы сами понимаете, обсуждать нельзя. Поэтому с помощью ускорителя физику таких малых масштабов изучить тоже невозможно. Соответственно, единственное что остается – это ранняя Вселенная – которая, по выражению Якова Борисовича Зельдовича, является «ускорителем для бедных». Именно там были колоссальные энергии, которых нельзя достигнуть на Земле, поэтому с помощью космологических измерений мы и можем сказать что-то о физике сверхвысоких энергий.

Когда Вселенная была совсем маленькая и только начала расширяться, там происходили процессы, которые наложили отпечаток на реликтовое излучение – то, что сейчас называют флуктуации реликтового излучения, которые мы и наблюдаем.

Известно ли их происхождение?

Можно измерить детальную структуру этих флуктуаций и объяснить их происхождение, если в принципе предположить, что Вселенная ускорялась, а не замедлялась. На этой стадии генерировали «зародыши» неоднородностей, которые потом усилились и привели к возникновению галактик и их скоплений. Таким образом, мы в принципе можем рассчитать и предсказать то, что должны были бы увидеть сегодня. Так вот: то, что было предсказано двадцать пять лет назад, и то, что мы видим сейчас, находится в полном соответствии. Таким способом мы и проверяем наши предположения.

Какие из открытий последних лет в космологии вы назвали бы самыми значительными?

Наиболее значительный результат был получен четырнадцать лет назад – открытие флуктуаций реликтового излучения, о котором я уже говорил (Нобелевская премия 2006). Это был настоящий прорыв в космологии.

Расскажите об истории этого открытия.

Она довольно давняя. Дело в том, что само реликтовое излучение было открыто в еще в 1965 году Пензиасом и Вилсоном. Как я уже говорил, реликтовое излучение дает нам фотографию ранней Вселенной. В радиоволнах мы можем видеть Вселенную, когда она была в тысячу раз меньше и существенно моложе, чем сейчас.

За счет чего это технически происходит?

Дело в том, что свет имеет конечную скорость распространения. И если вы фотографируете кого-то, кто находится далеко от вас, то вы получаете изображение объекта в более юном возрасте. Этот юный возраст равен моменту, когда получили снимок, минус время, которое нужно было свету, чтобы дойти от объекта до нас. Так вот реликтовое излучение «отвязалось» от материи в тот момент, когда Вселенная была в тысячу раз меньше, а до нас это излучение дошло только теперь, что мы и видим на «фотографии».

Если реальный возраст Вселенной 14 миллиардов лет, то каков ее возраст на «фото»?

100 тысяч лет. С помощью этого «фото» люди и заключили, что в прошлом Вселенная была однородной и изотропной - без галактик. Но сейчас во Вселенной существуют галактики, которые повырастали, словно деревья, там, где на «фото» была безжизненная пустыня. И тогда возник вопрос: откуда взялись "семена и саженцы", из которых потом получился этот "космический оазис"? Было понятно, что эти неоднородности – «семена» – должны были быть видны как неоднородности в распределении температур реликтового излучения, но их до 1992 года не видели.

Может, «фотоаппарат» для мелких объектов был не очень хорош?

Конечно! Надо было использовать более качественную аппаратуру. Этим новым по качеству «фотоаппаратом» стала экспериментальная установка СOBE. В процессе работы COBE были выявлены «зародыши» – флуктуации температур в тысячные доли процента. Этот результат был получен в 1992 году. Тогда и изменился портрет Вселенной. На изображении она стала сине-красного цвета: красные пятна на синем фоне говорили о том, что где-то вещества было поменьше, где-то побольше.

Означает ли это, что именно ранние флуктуации, генерированные на инфляционной стадии развития, и предопределили структуру современной Вселенной?

Именно так.

Как развивались в дальнейшем эти исследования?

После это в течение десяти лет технологии совершенствовались, что позволило космологам получить супердетальную картину распределения неоднородностей температуры юной Вселенной – в тот самый момент, когда это реликтовое излучение оторвалось от вещества. В часности итальянскими и американскими ученым совместно были проведены эксперименты «Boomerang» и «MAXIMA» , которые выявили подробности «портрета» раннеи Вселеннои. Затем был осуществлен самый продвинутый в технологическом отношении эксперимент WMAP, о котором я уже упоминал, который дал наиболее подробную картину распределения неоднородностей температур реликтового излучения. Первые результаты были опубликованы в 2003 году, но эксперимент еще продолжается и точность результатов постоянно увеличивается .

Какие основные детали подтвердила ваша теория и не подтверждали другие теории?

Потрясающее, что теперь подтверждаются даже самые тонкие детали, которые были предсказаны. Например, подтверждается очень слабая зависимость амплитуд возмущений (флуктуаций) от масштаба (длины) этих возмущений.

Какие еще были значительные результаты?

Открытие темной энергии, которое было сделано в 1999 году благодаря измерению скорости расширения Вселенной. Темная энергия была обнаружена с помощью сверхновых звезд, наиденных на очень удаленных расстояниях. Прежде это невозможно было сделать без компьютерных мощностей и новых технологий. Было установлено, что когда Вселенная была в два раза меньше, чем сейчас, она опять начала ускоряться (тогда начался новый виток инфляции). Это можно объяснить, только если предположить существование некоей материи с эффективным отрицательным давлением – так называемой темной энергии. Вскоре существование темной энергии было также подтверждено точными измерениями флуктуаций реликтового излучения, осуществленными в эксперименте WMAP. В это же время было обнаружено, что 25% общего вещества во Вселенной составляет темная материя не барионного происхождения.

Еще одно замечательное открытие последних лет – это построение детальной трехмерной картины распределения материи во Вселенной. Все сделанные открытия говорят о том, что наши предположения об ускоренном расширении в значительной степени подтверждаются .

По каким параметрам темная материя отличается от темной энергии?

У темной материи нет давления, и она может скапливаться, образовывать неоднородности. И главное - это нормально гравитирующая материя. А темная энергия не может скапливаться, не может образовывать неоднородности, у нее отрицательное давление и она антигравитирует.

А не противоречит ли открытие темной энергии инфляционной теории, согласно которой антигравитация (отталкивание материи) была только на ранних стадиях развития Вселенной, а потом, как вы сказали, гравитация стала обычной – притягивающей?

Нет, даже наоборот. Ведь инфляционная теория не делает никаких предсказаний о том, из чего должна состоять материя в наблюдаемой сегодня Вселенной. Более того, поскольку инфляция предсказывает полную плотность всей материи во Вселенной, открытие темной энергии только подтвердило инфляцию, поскольку только с учетом темной энергии наблюдаемая плотность энергии вещества во Вселенной, находится в соответствии с предсказаниями инфляции.

То, что вы рассказали – относится к более романтической стадии развития Вселенной – к молодости. А не могли бы вы прокомментировать ее современную зрелую стадию. Когда ученые сообщают о недавнем обнаружении скопления частиц в месте скопления галактик и о том, что галактики начали сжиматься, в результате чего произошел гигантский выброс энергии, что наблюдается в данном случае?

То, что мы увидели, скорее всего, объясняется с помощью обычной гидродинамики и физики плазмы. Это не имеет отношения к темной энергии, а относится к обычной барионной материи – водород и гелий. Вообще астрофизические открытия – это открытия новых объектов, новых структур, но они менее экзотичны, так как описываются в рамках известной и твердо установленной физики.

Не так давно астрофизики сообщили об открытии газообразования на Луне. Казалось бы – это самый нам близкий объект, и мы должны были бы про него все знать, раз ученые забрались так далеко и уже изучают процессы, которые происходят на расстоянии нескольких тысяч световых лет. Однако такие важные свойства естественного спутника обнаруживаются только сейчас. Непосвященному человеку, признаюсь, это кажется странным. Предположим, в истории или литературоведении, мидиевисты – специалисты по Средневековью – обычно профессионально не пересекаются со специалистами по ХХ веку. А у космологов и астрофизиков тоже нет пересечений? Не было бы естественно изучить полностью ближние объекты, потом – подальше и т.д., и таким образом продвигаться в познании Вселенной, опираясь не на время, а на пространство?

Нет. Продвижение в познании от близости объекта не зависит. Возьмем биологию, которая занимается очень сложными вещами, описывая их феноменологически. В ней очень много непознанного и неясного. Если обратиться к геологии, то мы структуру Земли до сих пор не до конца изучили.

А что касается профессиональных пересечений, то у нас, и правда, как у историков, есть разные области, которые между собой практически не перекрываются. Обычно астрономией, астрофизикой и космология занимаются разные группы людей с разными задачами и интересами.

Как вы могли бы прокомментировать высказывание известного физика и научного популяризатора Стивена Хоукинга о том, что «когда мы поймем законы, на которых строится Вселенная, мы поймем замысел Господа»?

Я не думаю, что замысел Господа полностью исчерпывается физическими законами. В этом смысле человечеству всегда будет над чем поразмыслить.

Существует довольно распространенное мнение о том, что настоящий физик и космолог не может быть верующим человеком, поскольку он пытается установить истинную, не мистическую, историю Вселенной, которая, скорее всего, отрицает религиозную (библейскую, в частности) версию происхождения мира.

Физика не доказывает и не опровергает религиозный взгляд на мирозданье. Эти области рассказывают о разных явлениях на разных языках. Религиозную версию происхождения мира не обязательно интерпретировать буквально. Язык слов в данном случае менее совершенен - или более богат? - чем язык формул. Он допускает неоднозначные трактовки. Если не утрировать утверждений в физике или религии, а пытаться понять подлинный внутренний смысл, то нетрудно избежать внешних противоречий.

Полит.РУ

 
Индекс Цитирования Яndex Rambler's Top100
дизайн, программирование: Присяжный А.В.