Борис Штерн - Прорыв за край мира

Б. Ш.:Надо же такое придумать! Но Андрей говорил, что эту модель не спасает ничего — он считает это социологическим явлением, когда люди создают себе замкнутую экологическую нишу и цитируют друг друга.

А. Д.:Да, жесткое уравнение состояния не спасает — там остается неустойчивость по Ляпунову — малейшее отклонение начального параметра от требуемого значения растет и уводит систему совсем не туда, куда хочется.

Б. Ш.:Ну какая же альтернатива тогда жизнеспособна?

А. Д.:Моя любимая альтернатива — старт с конформной симметрии. Есть конформно-симметричные теории поля…

Б. Ш.:Инвариантные относительно растяжений масштаба?

А. Д.:Да, но не только. Там целый класс преобразований. Но, главное, там действительно нет выделенного масштаба.

Б. Ш.:Но квантовая механика-то есть? А если есть квантовая механика, у любой частицы с массой есть комптоновский радиус.

А. Д.:При конформной симметрии нет частиц с массой, которые, конечно, эту симметрию бы нарушили.

Б. Ш.:Ну, хорошо, но планковский размер-то есть! Вот и выделенный масштаб!

А. Д.:Планковский масштаб связан с гравитацией. Гравитация тоже нарушает конформную симметрию. Предполагается, что изначально пространство пустое и гравитации нет. Потом эта симметрия спонтанно нарушается — появляется гравитация, частицы и всё остальное.

Б. Ш.:Подожди, это происходит одновременно во всем пространстве? А как же проблема горизонта? Как причинно не связанные области узнают, что надо нарушать симметрию вместе с другими? Та же самая проблема, что стояла до инфляции.

А. Д.:А здесь опять конформная симметрия работает. Нет выделенного масштаба — нет проблемы горизонта!

Б. ШИ после нарушения симметрии оно разогревается и выходит на стадию Фридмана? А как получается, что оно правильно выходит — почему Вселенная «плоская» оказывается?

А. Д.:Точно так же. Радиус кривизны — уже выделенный масштаб. Нет выделенного масштаба — нет кривизны.

Б. Ш.:Очень круто! Дай прийти в себя… Я не могу спорить по поводу работоспособности тех или иных моделей в силу непрофессионализма в этом деле. Но хочу призвать в помощь старика Оккама. Мое утверждение: теория инфляции требует наименьших усилий по части привлечения новых сущностей. Более того, я бы отдал предпочтение тем моделям инфляции, которым новые сущности нужны в наименьшей степени. С этой точки зрения лидер — модель Старобинского, там вообще ничего не нужно, работают все существующие поля. А вот хиггсовскую инфляцию, я бы, наоборот, понизил в ранге. Там требуется особое взаимодействие поля Хиггса с гравитацией. При том, что общая теория относительности строилась как геометрическая теория — в основе был принцип универсальности: все формы материи равны перед гравитацией. А тут получается, что поле Хиггса равнее всех. Оккам был бы против. Инфляция со скалярным полем уже проще — есть идея великого объединения, где требуется подходящее поле, т.е. новая сущность тут более востребована. Ну и, конечно, модель Старобинского еще проще в этом плане. Я имею в виду идеологическую простоту с точки зрения критерия Оккама, а не техническую.

А. Д.:Это верно. Но все-таки везде свои проблемы. Та же модель Алексея. Почему именно R 2, а не какая-то другая функция f(R) ?

Б. Ш.:Ну, R 2— просто следующий член разложения.

А. Д.:На самом деле следующие члены типа R 4тоже могут быть большими. Впрочем, ладно, наверное это уже брюзжание. Модель хорошая. Но еще раз повторю: теория инфляции, какой бы привлекательной и многообещающей она ни была, не теорема. Ее нельзя считать окончательно и бесповоротно утвердившейся пока не зарегистрировали гравитационные волны. И до той поры надо продолжать попытки развивать альтернативы.

С точки зрения автора адвокат дьявола выполнил свою миссию лишь отчасти. Он не поколебал уверенности в том, что теория инфляции и есть ответ на вопрос «Откуда взялась Вселенная?» — слишком много у нее достоинств. С другой стороны, автор соглашается, что:

• риторика типа «доказано», «окончательно и бесповоротно» неправомерна;

• альтернативы в данном случае — полезное и правильное занятие. Даже если все они однажды будут отвергнуты. Останется опыт и возможные побочные продукты.

Попробуем просуммировать сказанное. Начнем с того, что нового мы знаем о нашей Вселенной в свете теории космологической инфляции.

Ее размер, скорее всего, конечен, но несомненно огромен. Формально для него мы можем лишь дать нижний предел: в сто раз больше, чем расстояние до горизонта. Мы знаем это из современных измерений кривизны Вселенной. Но в сто раз больше — это крайне маловероятно; скорее, в миллиарды или, скажем, на 20 или на 50 порядков больше. Мы понимаем это из характера космологической инфляции — это экспоненциальный процесс. Ее продолжительность неизвестна и до какой-то степени случайна, а продолжительность стоит в показателе степени. Если для создания Вселенной размером с ее наблюдаемую часть инфляция должна была продолжаться по меньшей мере 10 -35с, то при времени раздувания 210 -35с ее размер будет на 30 порядков больше наблюдаемого (цифры приблизительны). То есть мы с подавляющей вероятностью видим лишь «микроскопическую» часть Вселенной.

Экспоненциальность инфляции говорит и о том, что за горизонтом — то же самое, что мы видим: такая же крупномасштабная структура, такое же соотношение между обычной и темной матерями и темной энергией. По крайней мере, наш пейзаж скорее всего продолжается на расстояниях несравненно больших, чем размер горизонта. Однако нельзя дать голову на отсечение, что Вселенная вся одинакова. На момент инфляции вакуум всей Вселенной и целого огромного куста вселенных был одним и тем же — одного происхождения (см. выше аргумент Алексея Старобинского). Но если этот вакуум подвержен фазовым переходам с образованием разных доменов (как в том же ферромагнетике), то могут появиться области с разной физикой, отделенные друг от друга доменными стенками с огромной плотностью энергии (к том же движущимися с околос-ветовой скоростью). Но мы не знаем, так ли это, просто надо допускать и такую возможность, связанную с неизвестной нам физикой недоступных энергий. Огромный размер Вселенной и ее однородность — хорошо обоснованные предположения, тогда как домены и прочая экзотика, скорее, относятся к теневой стороне картины — это ближе к научным гаданиям.

Мы хорошо понимаем, откуда взялась структура Вселенной — стенки, пустоты (войды), сверхскопления, скопления галактик, сами галактики. Это опять же результат инфляции, точнее, микроскопических квантовых флуктуаций во время инфляции. Понятно, как эти флуктуации растянулись в пространстве, как выросла их амплитуда — это всё хорошо считается, и результат соответствует тому, что мы видим в современной Вселенной, и тому, что мы видим на карте реликтового излучения. Здесь все концы с концами великолепно сходятся, хотя был драматический момент, когда казалось, что их не свести. Напомним, что важную роль в сведении концов сыграла темная материя, которую мы также наблюдаем в галактиках по их динамике и по гравитационному линзированию. Мы неплохо знаем свойства темной материи и точно знаем, сколько ее есть во Вселенной, но не знаем, как она связана с обычной материей.