Борис Штерн - Прорыв за край мира

Кстати, они упростили себе работу, не рассматривая, что происходит с возмущениями после конца инфляционной стадии и до выхода на стадию доминирования излучения, и считая их постоянными. Эта гипотеза естественна, но верна не всегда (опять-таки, модель Гута 1981 года — это пример, когда это не так). Для того, чтобы доказать эту гипотезу, нужно сначала строго вывести уравнения для возмущений в моей модели во всех ее режимах, а не только в инфляционном. Это было сделано только в моей работе 1981 года уже после выхода статьи Муханова и Чибисова. Тем самым задним числом гипотеза, на которой основана их статья, была доказана — черновая, но необходимая работа. Кроме того, они посчитали только скалярные моды (возмущения плотности энергии) — гравитационные волны позже посчитал я, обобщив свою статью 1979 года на случай неэйнштейновской теории гравитации, к которой относится моя модель. Это оказалось очень важным сейчас, когда из данных WMAP и «Планк» извлекли верхний предел на амплитуду первичных гравитационных волн. Он исключает некоторые другие модели, имеющие такую же величину n s , в том числе самую простую инфляционную модель со скалярным полем — просто со свободным массивным полем, но оставляет допустимой мою модель.

Б. Ш.:Ты говоришь, подход Гута понятней для физиков частиц. Я по своему воспитанию и ментальности тоже, скорее, физик частиц, и рассуждения в терминах инфляции за счет скалярного поля мне ближе по духу, чем твоя модификация уравнений Эйнштейна с добавлением члена, пропорционального R 2. Твоя модель, как выяснилось, эквивалентна варианту со скалярным полем в режиме «медленного скатывания», который придумали позже. У меня такой вопрос: какой именно потенциал скалярного поля надо взять, чтобы получить полную тождественность с твоей моделью?

А. С.:Примерно как квадрат гиперболического тангенса. Это при положительных значениях эффективного поля, а при отрицательных потенциал растет экспоненциально. Вблизи нуля это будет квадратичная зависимость, а потом она выполаживается в сторону положительных значений, что очень благоприятствует медленному скатыванию.

Рис. 40.3. Потенциал поля инфлатона, дающего эффект, эквивалентный модели Старобинского

Такой потенциал сильно облегчает старт инфляции — к начальной конфигурации поля предъявляется меньше требований. Ты начал со слов: «Инфляция объясняет то и се». На самом деле я не совсем согласен с такой формулировкой. Правильнее сказать: «Инфляция в рамках адекватных моделей объясняет то и се». Основные же достоинства инфляционного сценария в целом — эстетическое изящество и полная предсказуемость всей дальнейшей эволюции Вселенной, которая может согласовываться, а может и не согласовываться с наблюдательными данными.

Что же касается медленного скатывания, то оно в действительности появилось не после, а до всех работ по инфляции, -еще в моей статье 1978 года, где я рассматривал сценарий «отскока»: замкнутая вселенная сжимается, включается решение де Ситтера, сжатие переходит в расширение, минуя сингулярность. Андрей Линде в своей работе 1983 года, где он предложил хаотическую инфляцию, сделал важный шаг: отбросил стадию сжатия, с которой были связаны некоторые проблемы, и предложил идею произвольных начальных условий (однако при достаточно большом значении скалярного поля — больше планковского) — где-нибудь они окажутся подходящими для старта инфляции. А сами уравнения, в том числе и эффект медленного скатывания, уже существовали.

Б. Ш.:Ну да, собственно, хорошие простые уравнения, типа гармонического осциллятора с трением, везде всплывают. Как понимаю, в случае хаотической инфляции было важно показать, что это работает и там. В твоей работе меня больше впечатлило другое: я написал, что твой механизм инфляции похож на эффект Казимира. Там металлические пластины влияют на плотность энергии вакуума, а у тебя — кривизна пространства дает тот же эффект. Ты одобряешь эту метафору?

А. С.:Одобряю, только надо добавить, что это динамический эффект Казимира. Кривизну дает ускоренное расширение. Кстати динамический эффект Казимира сейчас пытаются зарегистрировать экспериментально — с помощью движущихся пластин.

Б. Ш.:Насколько, по-твоему, теория инфляции доказана? По мнению Валерия Рубакова, для того, чтобы она была окончательно принята и за нее можно было бы давать Нобелевскую премию, нужно обнаружить предсказываемые ею гравитационные волны, которые могут быть выявлены по карте поляризации реликтового излучения.

А. С.:Я согласен с ним лишь частично. Действительно, гравитационные волны надо зарегистрировать, и это стало бы окончательным подтверждением. Но есть и другие способы проверки, пока не будем о них рассказывать.

Б. Ш.:А ты уверен, что гравитационные волны когда-нибудь будут зарегистрированы? Ведь уже видно по данным WMAM и «Планка», что «оптимистические» модели, предсказывающие большую амплитуду реликтовых гравитационных волн, не проходят.

А. С.:Мое предсказание: отношение амплитуды гравитационных волн к амплитуде возмущений плотности — примерно полпроцента. Сейчас верхнее ограничение на эту величину, обычно обозначаемую как r , составляет около 10% Дело в том, что в большинстве популярных моделей r обратно пропорционально числу N (числу раздуваний в е раз, о котором сказано выше), причем с коэффициентом в числителе порядка десяти (точное значение зависит от модели). Поскольку N ~ 50…60, то отношение должно быть 15-20%. Это уже противоречит данным. Модели инфляции с потенциалом скалярного поля V ~ ф 4уже надежно отвергнуты. Самая простая и популярная модель с V ~ ф 2поставлена под сомнение — она противоречит данным на уровне 2σ. А в моей модели в знаменателе стоит N 2и отношение r должно быть на уровне полпроцента. Верхнему пределу еще далеко до этой величины.

Б. Ш.:Ты думаешь, при отношении пол процента гравитационные волны в принципе обнаружимы?

А. С.:Экспериментаторы обещают достичь уровня 10 -4.

Б. Ш.:Это на каком угловом масштабе неоднородностей? Следующие измерения, специально ориентированные на поляризацию реликта, собираются проводить с земли — в Антарктиде. С земли вроде бы легче наблюдать мелкомасштабные неоднородности. По крайней мере, до сих пор было «разделение труда»: космические станции снимали широкомасштабную карту и строили график разложения по мультиполям примерно до тысячи, а наземные телескопы измеряли мелкую пятнистость и дополняли общий график до мультиполей несколько тысяч.