Борис Штерн - Прорыв за край мира

Механизм космологической инфляции, ответственный за близость плотности к критической, сделал свое дело гораздо точнее, чем необходимо с точки зрения антропного принципа. Мы бы могли появиться при современном значении параметра Ω ~ 0,1 или Ω = 2. Если бы этот параметр выпадал случайно, мы бы, скорее всего, обнаружили его где-то в этих пределах, заметно отличающимся от 1. Но измерения показывают, что Ω отличается от единицы не более, чем на 0,01. И мы понимаем, это потому, что есть механизм, обеспечивающий равенство Ω = 1 с огромной точностью. Скорее всего, отличие Ω от единицы на много порядков меньше.

А в случае с плотностью энергии вакуума? Антропный принцип требует, чтобы она по абсолютной величине была не больше 10 -28г/см 3(число дано весьма приблизительно), иначе из-за ускоренного расширения не смогли бы образоваться галактики и звезды поколения Солнца. А на самом деле, если трактовать темную энергию как плотность энергии вакуума, то она составляет ~10 -29г/см 3. От механизма, обеспечивающего малую плотность вакуума, мы были бы вправе ждать гораздо меньшей величины. А тут подозрительно близко к тому, что требуется для обитаемости вселенной. Достаточно малая величина, чтобы мы смогли появиться, но не более того: всего порядок разницы. Наводит на мысль, что это действительно может быть результатом случая. И некоторые серьезные ученые принимают этот аргумент. Соблазн при этом довольно велик: отпадает необходимость искать причину малой плотности вакуума: это просто случай, выпавший с вероятностью 10 -123в бесконечном числе вселенных. И над странным энергетическим масштабом темной энергии, никак не связанным с известными масштабами взаимодействий, не надо ломать голову: случай!

Насколько этот подход рационален?

Он был бы более-менее рационален, если наблюдаемое значение плотности энергии вакуума было бы произвольным с точки зрения законов физики и истории Вселенной. Так ли это?

Нет никаких гарантий того, что темная энергия — вакуум с ненулевой плотностью. Под вакуумом, напомним, мы понимаем состояние с постоянной и однородной плотностью энергии, с уравнением состояния р = -ε . Однако вполне возможно, что плотность настоящего вакуума равна нулю, а темная энергия — скалярное поле, переменное во времени, например, находящееся в режиме медленного скатывания к нулевой плотности. Это заведомо не вакуум, и уравнение состояния здесь другое, напомним: р = -ωε , где ω < 1, что соответствует квинтэссенции. Здесь есть варианты теории, когда нынешнее значение плотности темной энергии, близкое к плотности материи, получается естественным образом. То есть существуют возможные объяснения наблюдаемой плотности темной энергии без привлечения антропного принципа. И что важно, они могут быть подтверждены или опровергнуты. В частности, квинтэссенцию можно отличить от вакуума, измерив величину со, что вполне реально.

Подведем итог. Антропный принцип — метод понимания окружающего мира, который говорит нам важные вещи: вселенных много, они разнообразны, в формировании их физической картины участвует случайность. Это следует из значений физических констант, характерных единственно тем, что они благоприятны для появления жизни. Но есть условия другого типа, тоже необходимые для жизни: что-то с высокой точностью равно чему-то, а что-то удивительно мало. Автор, как и многие исследователи, придерживается той точки зрения, что привлекать в данном случае антропный принцип — нечто сродни капитуляции, которая оправдана лишь в случае полной безнадежности найти прямое объяснение. Пока загадка малой энергии вакуума остается одной из тяжелейших, но до полной безнадежности еще далеко.

Пожалуй, текст, приведенный ниже, можно назвать скорее рассказом, чем интервью. У автора были заготовлены вопросы, но Андрей регулярно предвосхищал их — оставалось только слушать и запоминать.

Борис Штерн:Начнем с истории. Когда вам стало ясно, что теория инфляции — это и есть самый главный ответ на главные вопросы космологии?

Андрей Линде:Пожалуй, это было растянуто по времени, лучше изложить цепь событий. Мы ходили вокруг да около еще в 1976 году, когда с Давидом Абрамовичем Киржницем занимались фазовым переходом по электрослабому взаимодействию. Мы видели, что Вселенная может застрять в переохлажденном состоянии, когда в плотности энергии надо всем доминирует поле типа полей Хиггса, причем застрять надолго. Это как раз то, что потом стало базой для первых инфляционных моделей, но у нас тогда были совсем другие задачи, в этом направлении мы совсем не думали. Мы думали о том, как из этого получить нужную энтропию, как объяснить с помощью переохлаждения барионную асимметрию (напомним, барионная асимметрия требует нарушения теплового равновесия, что и дает фазовый переход с переохлаждением. — Б. Ш. ).

49.1. Андрей Линде

На эту тему у нас была работа с Геной Чибисовым в 1978 году — у нас там тоже сталкивались пузыри новой фазы, как и в сценарии Гуса (фамилию Guth в русской речи произносят и как Гут, и как Гус, поскольку адекватного произношения для Guth в русском не существует, в данном случае автор придерживается произношения собеседника. — Б. Ш. ). Но у нас не было идеи посмотреть, как фазовый переход влияет на динамику Вселенной, нас интересовало рождение барионов.

Первое самосогласованное описание того, как может возникнуть мир де Ситтера, появилось в 1980 году в работе Алексея Старобинского. Это была блестящая работа, в России она оживленно обсуждалось на семинарах и конференциях. Помню, Сахаров находился в состоянии радостного возбуждения по поводу работы Алексея. Но было одно обстоятельство, которое меня озадачивало. Ранняя Вселенная, описывающаяся в его модели решением де Ситтера, была не сингулярной — ее история могла быть неограниченно продолжена назад во времени, минуя состояние бесконечной плотности. Но мир де Ситтера вместе с тем оказывался нестабильным, и эта нестабильность делала такое предположение невозможным. Кроме того, Алексей в своей работе писал следующее: «Наш сценарий прямо противоположен мизнеровскому изначальному хаосу». Это противоречило основной идее инфляционной космологии: нужно описать, как Вселенная стала такой «хорошей», стартовав с чего угодно. Это есть и в сценарии Гуса, и во всех последующих. А у Алексея наоборот — Вселенная начинается с «хорошего» чистого состояния, с мира де Ситтера, а потом уже с ней происходят всякие пертурбации.