Борис Штерн - Прорыв за край мира

Б. Ш.:Так, пожалуй, это и есть главный результат «Планка» на данный момент. В остальном — только уточнение относительно WMAP.

А. Л.:Согласен, это и есть главный результат.

На этом интервью завершилось без пафосно закругляющегося конца, поскольку оба устали — Андрей устал говорить, а автор, принципиально не пользующийся электронной записью, устал воспринимать и фиксировать сказанное закорючками на бумаге.

P. S.Интервью было взято до объявления результатов по обнаружению гравитационных волн экспериментом BICEP2 в Антарктиде (см. главу 37). Вот что Андрей написал вдогонку: «Недавние результаты полученные на установке BICEP2 рядом с Южным полюсом, показывают, что амплитуда гравитационных волн может оказаться очень большой, вплоть до r = 0,2, близко к тому, что предсказывают простейшие варианты хаотической инфляции. Если эти результаты подтвердятся, то это достижение будет сопоставимо по значению с открытием бозона Хиггса. Но пока еще рано подводить итоги. Нужно провести независимую проверку и понять причины разницы в результатах BICEP2 и предыдущих попыток найти сигнал от гравитационных волн. Одно несомненно: мы живем в эпоху великих космологических открытий!»

Иногда, особенно к концу, полезно становиться и отрефлексировать: не слишком ли мы увлеклись одной стороной картины? Не слишком ли тешим себя тем, что всё ясно и прозрачно? В таком случае полезно поговорить с умным человеком, который берет на себя роль адвоката дьявола.

Борис Штерн:Я попробую сделать сильное утверждение: теория космологической инфляции благодаря WMAP и «Планку» утвердилось настолько, что ее можно считать победившей окончательно и бесповоротно.

Адвокат дьявола: Когда мне говорят, что теория инфляции доказана, я обычно отвечаю, что это не теорема. Да, свидетельств в ее пользу много, но «окончательно и бесповоротно» — это перебор.

Б. Ш.:Хорошо, давай по порядку. Перечислим подтвержденные предсказания теории инфляции так, как это сделал Вячеслав Муханов в интервью (глава 41). Предсказано, что Вселенная с подавляющей вероятностью должна быть неотличима от абсолютно «плоской». Подтверждено с точностью около процента.

А. Д.:Во всех альтернативных теориях Вселенная тоже получается «плоской», иначе такие теории никто и рассматривать не стал бы.

Б. Ш.:Хорошо, к тому, как это получается в альтернативных теориях, вернемся позже. А сейчас — предсказание спектра мощности неоднородностей плотности. Теория инфляции предсказывает почти плоский спектр — он и есть почти плоский. Предсказано, что он чуть-чуть отличается от плоского — он и отличается на столько, на сколько предсказано.

А. Д.:Плоский спектр проистекает из общего свойства масштабной инвариантности. Это естественное свойство и некоторых других теорий. А отклонение спектра от плоского может появиться как небольшое нарушение этой самой инвариантности — тоже ничего сверхъестественного, многие симметрии в природе нарушены.

Б. Ш.:Дальше у нас гауссовость. Анизотропия аналогична белому шуму. Предсказали — подтвердили, во всяком случае, подтвердили на уровне, который закрывает целый ряд хитрых моделей.

А. Д.:Если амплитуда возмущений 10 -5, то и негауссовость должна быть маленькой. Да, есть модели, где она велика, но это отнюдь не абсолютный индикатор инфляции. Например, конформная симметрия дает малую негауссовость. Между прочим, негауссовость, если ее на каком-то уровне обнаружат, может оказаться очень информативной. Это ведь не число -это функция, корреляционная функция. По ее виду можно судить о теории, работавшей в момент генерации неоднородностей.

Б. Ш.:Дальше адиабатичность. Еще одно подтвержденное предсказание.

А. Д.:Ну, это общее место. Почти в любой модели есть адиабатичность. Достаточно, чтобы в начале горячей стадии было полное термодинамическое равновесие — дальше всё пойдет как по рельсам. Почти в любой модели есть адиабатичность.

Б. Ш.:Хорошо. Дошли до последнего следствия — гравитационных волн. Если результат BICEP2 верен — вопрос закрыт. Но предлагаю считать, что его не стоит использовать как аргумент в споре на данный момент — слишком много неясностей и подозрений. Слишком велики шансы, что эффект проистекает от поляризованной пыли в близкой оболочке сверхновой. Итак, есть предсказание гравитационных волн, но нет четких предсказаний на их амплитуду. Почему именно гравитационные волны так важны?

А. Д.:Гравитационные волны были бы прямым указанием на высокий энергетический масштаб: сгенерировать гравитационные волны достаточной амплитуды можно только при плотности энергии, не слишком сильно отстоящей от планковской. Или очень большой постоянной Хаббла, что то же самое. А это и будет значить, что идет инфляция.

Б. Ш.:Предположим такое. Пройдет несколько месяцев. «Планк» выдаст результаты по поляризации, и окажется, что результат BICEP2 объясняется пылью, а В-мода на уровне, доступном для нынешних установок, отсутствует. Тогда следующим перспективным уровнем окажется r ~ 0,5%, как это предсказывает модель Старобинского, хиггсовская инфляция и еще целый ряд моделей. Андрей Линде считает, что попадание предсказаний целого ряда очень разных моделей в одну точку — некая подсказка.

А. Д.:Да, вполне возможно, что подсказка…

Б. Ш.:Ну так вот, вдруг окажется, что реликтовых гравитационных волн на уровне нескольких процентов нет. Тогда придется ждать эксперимента PRISM, который достанет до уровня модели Старобинского и других. Но ждать придется довольно долго. Если так случится, будет ли это означать, что теория инфляции останется подвешенной на годы?

А. Д.:Да, останется подвешенной, в том смысле, что альтернативные модели останутся актуальными. Впрочем, в теории инфляции есть элемент, который не имеет реальных альтернатив. Это механизм генерации возмущений, рассчитанный Мухановым и Чибисовым, — усиление вакуумных квантовых флуктуаций скалярного поля. Другого механизма никто не предложил, и во всех альтернативных моделях используется именно он.

Б. Ш.:Перейдем к альтернативам. У многих на слуху экпиротическая модель. Пиротехническая, как назвал ее Андрей Линде. Есть еще модели с отскоком…

А. Д.:Экпиротическая модель и есть одна из моделей с отскоком. Там в чем проблема? Если при расширении вселенной рост возмущений происходит не очень быстро, то при сжатии перед отскоком он резко усиливается. И всё, за что борются, — несингулярное однородное состояние — ломается. Вселенная перед отскоком становится сильно неоднородной и хаотичной — совсем не то, что нужно, Это, кстати, давно известный результат Белинского, Лифшица и Халатникова. Чтобы этого избежать, придумали очень жесткое уравнение состояния: давление больше плотности энергии со знаком плюс.