Борис Штерн - Прорыв за край мира

P.S.Интервью у Владимира Лукаша было взято еще до публикации финальных результатов экспериментов WMAP по измерению реликтового излучения и первых результатов более чувствительного эксперимента «Планк». Эти результаты уже закрыли целый ряд моделей инфляции, а какие-то поставили под сомнение. Видимо, утверждение, что рынок моделей инфляции не убывает, уже устарело. Из новых данных также видно, что модель Старобинского (вместе с группой других моделей, см. интервью с Андреем Линде) оказывается предпочтительней других: она лучше вписывается в совокупность данных.

P. P. S.Однако в связи с заявленным результатом BICEP2 (глава 37) над моделью Старобинского нависла некая угроза. Насколько она серьезна, узнаем в ближайшее время.

Еще одно важное замечание. Всё, изложенное про проблески будущей парадигмы, подвержено аберрации места. Так история выглядит из России — она основана на личных впечатлениях, воспоминаниях и контактах участников. На самом деле идея носилась в воздухе по всему миру, и догадки по поводу механизма космологической инфляции высказывались в той или иной форме людьми из разных стран еще до статей Старобинского и Гута. В частности, в 1980 году японский физик Сато Кацухико опубликовал статью, где предложен механизм экспоненциального расширения, весьма похожий на излагаемый ниже сценарий Алана Гута. Однако из статьи не видно, что автор понимал фундаментальную роль этого механизма. Другое имя, которое иногда звучит в связи с ранними версиями теории, — Демос-фенес Казанас. Однако, пионером все-таки был Эраст Глинер, хотя его идеи были выдвинуты в той форме, в какой они работать не могли.

18.5. Исторический снимок 1974 года, сделанный непосредственно после защиты Владимира Лукаша (второй слева). Крайний справа — Сергей Новиков (ныне академик РАН), второй справа — Игорь Новиков (ныне член-корр. РАН) Крайний слева -однокурсник Лукаша Александр Марковский.

В этой части мы описываем теорию космологической инфляции, или раздувающейся вселенной, которая ответила на фундаментальные вопросы, разрешила парадоксы, касающиеся Большого взрыва, и находит всё новые подтверждения.

Выше описаны детали картины, которая впоследствии получила название «космологическая инфляция». Эти детали оставалось только собрать воедино для того, чтобы выявилось нечто очень важное, произошедшее в самом начале. Напомним, Большой взрыв давно стал такой же очевидностью, как шарообразность Земли. Однако теория Большого взрыва имела одну очень смутную сторону: начальные условия. Они привели к удивительной однородности в причинно не связанных областях, к гигантским размерам, «плоской» геометрии и обеспечили громадное содержимое. Начальные условия выступили тем ковром, под который приходилось заметать основные проблемы космологии. Причем казалось, что вопрос о начальных условиях будет в терминах науки решен не скоро, что это, скорее, вопрос для философов или, прости господи, теологов.

Оказалось, что этот проклятый вопрос решается той же силой природы, что придала Земле шарообразную форму, — гравитацией. Только не в ее тяготеющей ипостаси, а в отталкивающей.

Это был, конечно, прорыв. Возьмем на себя смелость назвать его второй космологической революцией, которая произошла в начале 1980-х годов в несколько стадий, которые мы осветим, придерживаясь хронологической последовательности.

Исторически первый достаточно проработанный вариант механизма инфляции предложил Алексей Старобинский в 1980 году. В основе механизма лежала модификация уравнений Эйнштейна — такая, что сказывается только при огромной кривизне пространства-времени. Модификация заключалась в добавлении члена, пропорционального квадрату кривизны пространства-времени. Основания для такой модификации были почерпнуты из квантовой теории поля. Это напоминает эффект Казимира, в котором металлические пластины «деформируют» нулевые колебания электромагнитного поля в вакууме. В модели Старобинского нулевые колебания вакуумных полей «деформируются» большой кривизной четырехмерного пространства-времени. При этом энергия вакуума не уменьшается, как в эффекте Казимира, а увеличивается, причем очень сильно. Это в точности соответствует возникновению скалярного поля, которое дает гравитационное расталкивание пространства. Тот же эффект, с другой стороны, эквивалентен действию лямбда-члена Эйнштейна, только в данном случае он не постоянен, а становится ничтожным, когда ускоренное расширение Вселенной прекратилось.

19.1. Алексей Старобинский (фото из «Википедии»)

Ретроспективный анализ показал, что модель Старобинского эквивалентна более поздней и наиболее реалистичной модели инфляции с сильным полем (сценарий медленного скатывания). К сожалению, в момент появления эта работа не вызвала должного резонанса. Называют разные причины, в частности, вспоминают о самоизоляции советской науки тех времен. Однако статья была опубликована в хорошем международном журнале и впоследствии неплохо цитировалась. Более того, в свете новых данных по реликтовому излучению модель Старобинского, дополненная работой В. Муханова и Г. Чибисова (см. ниже) вышла в число фаворитов. Сейчас, когда опубликованы окончательные данные космического микроволнового телескопа WMAP и когда они проанализированы вместе со всей совокупностью разнообразных данных, добытых разными инструментами, видно, что эта модель лучше многих других вписывается в общую картину.

Рис. 19.2. Потенциал поля инфлатона в сценарии Алана Гута. Разные кривые соответствуют разным температурам

19.3. Алан Гут (фото из «Википедии»)

Наконец работа Старобинского завоевала заслуженную популярность. Осознавал ли сам Алексей всё значение своей работы? Действительно, в статье не говорится, что этот механизм позволяет решить главные проблемы космологии. Впрочем, лучше мы об этом спросим его самого ближе к концу книги.

Заявления, что инфляция решает основные парадоксы, совершенно явно и с изрядной настойчивостью начал делать Алан Гут, опубликовавший в том же году, но позже статью с другим механизмом космологической инфляции. Именно эта статья привела к появлению новой парадигмы. Возможно, даже не столько статья, сколько интенсивная пропагандистская кампания, которую вел Гут, выступая на десятках конференций и семинаров по всему миру, убеждая и вдалбливая.