Пифагоровы штаны: Космос: что мы о нем знаем? - Александр Иванчик - Интервью - 2019-03-26
А. Петровская― Добрый день. У микрофона Александра Петровская. Это программа «Пифагоровы штаны». Мы продолжаем многосерийный рассказ о космосе и рождении вселенной, начатый нами неделю назад. Напротив меня, как и обещали, Иванчик Александр Владимирович, ведущий научный сотрудник Физико-технического института имени Иоффе, заведующий кафедрой космических исследований Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого, член-корреспондент Российской академии наук. Александр Владимирович, еще раз здравствуйте!
А. Иванчик― Здравствуйте!
А. Петровская― Мы неделю назад остановились на теориях, которые существуют в отношении структур черной материи. Мы говорили о том, что некоторые предположения, которые сейчас существуют, могут изменить представления, которые преобладают сегодня в науке. А возможно ли, что все обстоит еще намного сложнее? Я к тому, что возможны ли какие-то открытия из серии, что земля не плоская, а круглая. Совершенно переворачивающие представления и, возможно, меняющие представления о законах физики.
А. ИВАНЧИК: Концепции новые, которые строятся, концепция суперсимметричных частиц, концепция квантовой гравитации – они не перечеркивают наше представление о том, что мы знаем, а расширяют наше представление.
А. Иванчик― Нет, конечно, все возможно. Только в какой-то момент в физике появилась такая парадигма, что все, что не запрещено, то может существовать. Мы видели несколько примеров истории развития физики, когда появлялись новые теории, которые кардинально меняли наши представления о физике. Но тут нужно понимать еще одну такую вещь – новые теории, которые кардинально меняют наше представление, они не перечеркивают то, что мы знаем сейчас, потому что то, что мы знаем сейчас, и те модели, которые мы описываем сейчас, это некие математические приближения. Если мы построим более совершенную модель, которая будет лучше описывать наш мир, она просто возьмет и сделает так, что модель, которую мы раньше описывали, она будет частью этой модель, которую мы построим более новую. Концепции новые, которые строятся, концепция суперсимметричных частиц, концепция квантовой гравитации – они не перечеркивают наше представление о том, что мы знаем, а расширяют наше представление, иногда, может быть, видоизменяя наши парадигмы.
А. Петровская― Еще вопрос, почему материя темная?
А. Иванчик― Это историческое определение. Такой один очень знаменитый астрофизик, Фриц Цвикки, в 1933 году, изучая динамику скопления галактик, обнаружил, что они двигаются в гравитационном потенциале быстрее, чем это можно было бы, чтобы эту гравитационную яму создать и удержать ее в стационарной ситуации. Чтобы эта яма, гравитационный потенциал, гравитационная яма, не разрушилась, он сказал, что должна существовать дополнительная материя, раз в пять большая, чем то, что мы видим – те галактики, которые мы видим. И, поскольку она никак не изучает, то, возможно, это обычная холодная материя, которая просто не излучает. И он придумал для нее термин «темная», несветящаяся материя. Но, по мере накопления наблюдательных фактов о динамике эволюции скопления, о дисперсии скоростей в скоплении, стало понятно, что этой материи должно быть приблизительно в пять раз больше, а тот самый первичный нуклеосинтез, про который я говорил в самом начале, и то самое реликтовое излучение, дало четкий ответ – нашей обычной материи всего 5%. Поэтому в пять раз больше материи – это не наша материя, во-первых, и во-вторых, она действительно будет темной, потому что она не может электромагнитным образом взаимодействовать с нашей материей, с фотонами. Если бы она могла это делать, то она бы перемешалась с нашей материей очень сильно, и эволюция шла бы совершенно другим ходом, и мы бы ее, в конце концов, увидели. Поэтому она, скорее всего, не имеет электромагнитного взаимодействия. Если оно взаимодействует, то только слабым образом. Может оказаться так, что она взаимодействует только гравитационным образом. То есть, то, что мы сейчас видим – гравитационные проявления мы и так видим сейчас. Вопрос – как-то по-другому она с нами взаимодействует или нет, он еще остается открытым.
А. Петровская― То, что мы с вами только что говорили, это в основном история про прошлое. Что говорит наука о перспективе в будущее? Куда идет вселенная?
А. Иванчик― Если мы предполагаем те знания, которые мы знаем, и никаких новых секретов в ближайшее время не откроется, а именно мы знаем, что у нас 70% материи – это темная энергия, которая определяет ускоренное расширение вселенной, то приблизительно на 40 миллиардов лет вперед мы знаем достаточно хорошо, что будет происходить с развитием и динамикой эволюции вселенной. То есть, сейчас происходит процесс, продолжается процесс формирования галактик и скоплений галактик. То есть, гравитационные ямы и потенциалы сейчас нарастают в результате гравитационной неустойчивости, но ускоренное расширение их старается подавить. То есть, два противоборствующих процесса сейчас идут. После 40 миллиардов лет ускоренное расширение замедлит темпа нарастания гравитационной неустойчивости и начнет их подавлять, начнет разглаживать вселенную, начнет удалять галактики друг от друга, начнет растягивать скопления галактик. Ну а дальше уже сложнее прогнозировать, потому что для того, чтобы прогнозировать дальше, нужно понимать природу темной материи – что она из себя представляет. Если это аналог космологического слагаемого, который ввел Эйнштейн, то есть, величина постоянная и неизменная, то тогда расширение будет происходить вечно, выйдет на режим постоянного ускоренного расширения и растащит все галактики и сами галактики, и потом планетные системы. Все это будет разнесено по вселенной. Она превратится в очень-очень пустое место, пустое пространство, где очень сложно будет найти один атом или молекулу. Но это уже так далеко… 40-50 миллиардов лет – это дальше и, как я уже сказал, это очень сильно зависит от физической природы вот этого феномена «темная материя». Возможен, например, реколлапс, когда и ускорение, и расширение остановятся, замедлятся, и вселенная начнет сжиматься в обратном направлении.
А. Петровская― Поскольку есть начало, есть рождение вселенной, то сразу ты предполагаешь, что должен быть и конец, если с линейной точки зрения на эту историю смотреть. Вы просто произнесли слово «вечно» - вечно будет происходить процесс расширения. Поэтому сразу возникает вопрос – конец, значит, непонятен?
А. Иванчик― Да, и в моделях и в уравнениях Общей теории относительности, которые мы сейчас решаем, действительно, есть начало, и это начало было предсказано еще Фридманом, а потом надежно установлено Хокингом и Пенроузом, что в рамках классической Общей теории относительности всегда неизбежна начальная точка сингулярности. По поводу конца – тут есть возможности и варианты. То есть, в зависимости от того, какими формами материи заполнена наша вселенная от ее пространственной кривизны, будущее ее может быть разнообразным. Это может быть, как я сказал, вечное расширение со синтотическим выходом на плоское, почти стационарное состояние, вечное расширением со синтотическим выходом на постоянно расширение с постоянной скоростью, или реколлапс – выход к точке сингулярности, когда селенная остановится, потом начнет сжиматься, и придет фактически к своему начальному условию, из которого она родилась. Но тут есть очень важная проблема…
А. Петровская― Линейно, с точки зрения некой цикличности, ты представляешь себе, что так оно и должно закончиться.
А. ИВАНЧИК: Сейчас происходит процесс, продолжается процесс формирования галактик и скоплений галактик.
А. Иванчик― Да, но вот тут есть очень важная вещь. Понятие сингулярности – оно классическое. Оно входит в противоречие с квантовой механикой. В этом смысле Общая теория относительности – это классическая теория гравитации, и она не согласуется с квантовой механикой. Сейчас становится понятно, что вот эти две великие теории – Общая теория относительности и квантовая механика, которые на сегодняшний момент максимальным образом описывают нам все физические явления макро и микромира, что эти две теории друг с другом не согласуются, и нам необходимо строить более общую теорию, где будет построена концепция квантовой гравитации. И тогда уже точка сингулярности и такое понятие как начало вселенной могут приобретать тоже очень разные варианты. То есть, возможно, предвселенная. Возможно, что мы не проходим ни через какую точку сингулярности, а на планковских масштабах, где пока что у нас нет физики, которую мы умели бы описывать, процессы, которые там происходят, это может означать, что наше начало было на самом деле не 13,8 миллиардов лет назад, а на минус бесконечности, например, это могло случиться. Здесь появляются… ну, пока они конечно, философские концепции, не физико-математические, поскольку, как я сказал, в теории квантовой гравитации их нет, но появляются такие концепции как мультиверса или мультивселенной, где мы являемся всего лишь бесконечно малой частью бесконечно огромной вселенной, в которой рождаются постоянно и гибнут, или развиваются вечно другие вселенные.
А. Петровская― Иванчик Александр Владимирович, ведущий научный сотрудник Физико-технического института имени Иоффе, заведующий кафедрой космических исследований Санкт-Петербургского политехнического университета имени Петра Великого, член-корреспондент Российской академии наук. Александр Владимирович, спасибо.
А. Иванчик― Спасибо.