Стандартная космологическая модель и космогенезис - Владимир Лукаш - Они-1 - 2011-01-23
А.НАСИБОВ: Работает радиостанция «Эхо Москвы». Ашот Насибов у микрофона.
Я приветствую уважаемых слушателей. Программа «Они» - открытия, находки, исследования.
В начале программы – новости науки от журнала «Наука и жизнь». Алексей Соломин изложит нам их.
А.СОЛОМИН: Группа британских учёных выявила генетически модифицированных кур, которые не распространяют птичий грипп. В клетки зародышей кур был внедрён специальный набор рнк- молекул, способных вступать во взаимодействие с одним из ферментов вируса.
Инфицированные гриппом птицы, таким образом, становятся не опасны для здоровых сородичей. Потомство трансгенных кур так же сохраняет способность противостоять птичьему гриппу.
Учёные говорят, что для подтверждения безопасности трансгенных кур для человека потребуется ещё несколько лет исследований.
По мнению экспертов, после завершения клинических испытаний трансгенные куры, устойчивые к птичьему гриппу, могут стать доступными, как для крупных производителей, так и для мелких фермерских хозяйств.
По данным НАСО и другой научной организации Национального управления океанических и атмосферных исследований 2010 год сравнялся по температуре с прежним рекордсменом – 2005 годом. Подсчёты среднегодовой температуры поверхности Земли ведутся с 1880 года. Для ХХ века этот показатель, усреднённый за сто лет, составил 13,9 градуса Цельсия.
В 2010 году средний показатель был превышен на 0,60 градуса. Такое же превышение отмечалось в 2005.
Последним годом, удержавшимся в рамках средних значений, был 1976, а по влажности = 2010 оказался рекордным с 190-го, хотя количество осадков сильно различалось по разным регионам.
Например, в Канаде 2010 был самым сухим с 48-го года.
В 2006-м году Дэвид Ферручи, старший менеджер отделения IBM по семантическому анализу проверил, насколько эффективно самый мощный компьютер компании справляется с задачами телевикторины «Jopardu», её российский аналог – «Своя игра».
Тогда результат оказался катастрофическим – количество правильных ответов не превышало 15%. Ферручи заинтересовался причинами неудачи суперкомпьютера, и в 2007 году смог убедить руководство дать ему возможность заняться разработкой системы, способной эффективно отвечать на неформализованные вопросы.
И вот результат: компьютер победил живых игроков, пользуясь только тем, что было у него в памяти. Поиск в Интернете был запрещён.
Предполагается, что в будущем подобные суперкомпьютеры будут помогать врачам принимать правильные решения, с учётом всех результатов обследований. А также заменят операторов в компьютерных и телефонных службах.
Сто лет назад, в 1911-м году, физики впервые наблюдали явления сверхпроводимости. При очень низкой температуре металлы могут терять электрическое сопротивление.
А сейчас группа учёных из Англии, Германии и Японии обнаружила переход к сверхпроводимости под действием лазерного луча.
Материал на основе окислов меди совершенно не пропускает электрический ток, даже при температуре 253 градуса Цельсия.
Когда же его подвергли удару инфракрасного лазерного луча, он на несколько долей секунды стал сверхпроводником.
Авторы эксперимента предполагают, что такая встряска выстроила электроны в общий поток, движущийся через атомную решётку без сопротивления.
А.НАСИБОВ: Алексей Соломин с новостями от журнала «Наука и жизнь».
Спасибо Алексею. Новости подробнее вы можете узнать на Интернет-сайте этого журнала – «Наука и жизнь».
Недели три назад мы говорили со слушателями, и я тогда задавал вопрос: какие программы, какие темы вы хотели бы услышать в ближайшие полгода в программе «Они». И было очень много предложений послушать известного космолога, чтобы нам рассказали о космологии, такой науке о Вселенной.
И сейчас у нас такая возможность предоставлена.
Владимир Лукаш, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики, Астрокосмического Центра Физического института Академии Наук.
Я Вас приветствую, Владимир Николаевич!
В.ЛУКАШ: Спасибо.
А.НАСИБОВ: У нас есть такое расхожее убеждение, я его неоднократно повторял в эфире, что космологи на вопрос о структуре солнечной системы они говорят: «Мы на мелочи не отвлекаемся», или на частности. Это правда?
В.ЛУКАШ: Ну, отчасти так.
А.НАСИБОВ: Что такое космология тогда?
В.ЛУКАШ: Космология – это наука о Вселенной.
Вселенная – один из объектов, которая защищает человека, в общем, окружающего мира. Но особенность в том, что находится внутри этого объекта, то есть, это очень большой объект. Большая система.
Более того, свет приходит к нам, оставаясь внутри этой системы. То есть, границ мы пока не наблюдаем, и оттуда просто информация до нас ещё не дошла.
А.НАСИБОВ: А есть границы Вселенной? И значат ли Ваши слова то, что за пределами Вселенной ещё что-то есть?
В.ЛУКАШ: Ну, в общем, это вопрос важнейший, один из важнейших. Конечно, теоретически есть принцип Коперника, который, так сказать, в науке вполне уважаемый, нормален. Что таких вселенных, как наша, должно быть много. То есть, должен быть механизм космогенезиса, который генерит, или называется это иногда «малтиверса», перевод дословный с английского, если так. Ну вот, принят этот термин и в русскоязычной литературе тоже.
Если, допустим, в ХХ веке была единственная модель «Универса». Универс – это и есть вселенная в переводе с английского – «Юниверс». То есть, это единственный объект, который мы наблюдаем. В какой-то мере это действительно так. Эмпирический путь познания науки он фиксируется на эксперименте, наблюдениях, на опыте, ну, а если информация снимается с конечного, так сказать, с конечной части вот этого объекта, которого мы называем Вселенной, ну, что тут поделать?
А.НАСИБОВ: Напомню нашим слушателям, что они могут присоединиться к нашей беседе, присылая sms-ки на номер: +7 (985) 970-45-45.
У нас есть довольно много вопросов на Интернет-сайте радиостанции «Эхо Москвы» и в фейсбуке, где я тоже предложил моим друзьям обсудить эту тему.
Мы обсуждаем стандартную космологическую модель, и космогенезис.
Владимир Николаевич, а что такое стандартная космологическая модель? И когда она была разработана?
В.ЛУКАШ: Самый главный момент: всё-таки наука – это эмпирический путь познания человечества через опыт, через наблюдения строятся модели, физические модели, которые отображают реальный окружающий мир. И на основе наблюдений, конечно, создаются теории, которые дают представление о том, какие реальные процессы происходят в окружающем мире, на каких законах базируются. Закон сохранения энергии и импульса, например, такие базовые веши, которые закладываются в теории. И дальше расширяются границы этой теории.
В начале этого века произошло важнейшее событие в истории науки, не только в истории физики, в истории вообще в истории науки – это создание стандартной космологической модели.
А.НАСИБОВ: Значит, до этого стандартной космологической модели не было, и было несколько моделей космологических?
В.ЛУКАШ: Да. Был так называемый «Рынок моделей». Это всё было связано исключительно с тем, что был недостаточно хороший уровень наблюдений экспериментальных данных, наблюдательных данных. Какие-то черты свойства окружающего мира были уже известны, но какие-то – нет. И в этой ситуации, это обычная, так сказать, ситуация, часто в науке встречающейся, естественно, есть конкурентные модели.
Но вот в начале этого века был осуществлён проект
ДаблЮ маф – ДаблЮ Эм-Эй-Пи – это космичский телескоп, который наблюдал реликтовые излучения, его структуру. Собственно говоря, это стандартная модель того, что сейчас называется. Она существовала в рынке моделей, она ещё и в восьмидесятые, и в девяностые годы, естественно, была, с определённым успехом, так сказать, конкурировала. Но строгого доказательства не было. И вот эта вот структура анизотропии реликтового излучения подтвердила все предыдущие данные, которые были с большими ошибками сделаны. Всегда идёт экспериментальное, наблюдательное развитие по пути увеличения точности наблюдений. Вот это очень важные моменты.
Произошёл качественный скачок в понимании того, какая же модель действительно наиболее, стандартное слово означает, что эта модель объясняет всю совокупность наблюдательных и экспериментальных данных на сегодняшний момент, которые имеет человечество в пределах тех ошибок, которые есть. То есть, развитие моделей, их совершенствование возможно только по пути дальнейшего увеличения точности экспериментальной работы.
А.НАСИБОВ: И в чём же был прорыв? В чём суть этой модели, к которой привёл вот этот самый прорыв?
В.ЛУКАШ: Ну, прорыв состоял в том, что все конкуренты отпали. То есть, они ушли в недосягаемое прошлое. И это стандартная модель, я уже сказал: главное её свойство то, что она объясняет все данные, которые мы сегодня имеем. То есть, даёт основание нам полагать, что, в общем, мы понимаем физику процессов, которые происходят. Но в этой модели есть параметры, конечно, которые модели просто задаются. Эти параметры определяются эмпирически.
А.НАСИБОВ: Можете привести тезисно хотя бы два-три тезиса из этой модели?
В.ЛУКАШ: Ну, ключевые параметры стандартной космологической модели хорошо известны. Это тёмная материя, тёмная энергия – основные компоненты вещества материи, из которой состоит наша Вселенная.
Когда я говорю слово «Вселена», я имею в виду вот видимая Вселенная – та часть, которую мы изучаем и можем изучать, и видим.
Но надо сказать, что мир-то один, в котором мы живём. И модель должна быть одна. И поэтому режет ухо, может быть, многим людям, когда говорят: «стандартная космологическая модель».
Надо напомнить, что есть стандартная модель элементарных частиц ещё. То есть, единой модели мира, конечно, у нас ещё нет. Есть, так скажем, диосимтотики этой модели. Вот стандартная модель элементарных частиц – это малые масштабы. И стандартная модель космологическая – это большие масштабы.
А.НАСИБОВ: А пересечения нет между ними?
В.ЛУКАШ: Пересечения интересные очень.
А.НАСИБОВ: Потому что я в детстве читал книжки, там говорили: «Если у нас электроны вокруг атома бегают, это очень похоже на движение планет вокруг звезды».
В.ЛУКАШ: Ну, нет, нет! Пересечения – имеются в виду параметры. Мы можем только про параметры говорить.
Вот параметры – теория, на которых базируются данные космологической модели, - теория относительности, теория Эйнштейна. Ну, тут ничего удивительного нет, потому что, во-первых, это теория, все эксперименты и тесты, которые до сих пор люди делали с этой теорией, они успешно подтвердили её. Но это не означает, что это, так сказать, всеобъемлющая теория. Бесспорно, есть границы. Но пока никаких оснований в той области, которая энергию и масштабы, которые мы изучаем, нет никаких оснований считать, что эта теория не работает. Но это предположение. То есть, вот на этой теории базируется сама модель.
А параметры – это, как я уже сказал, экспериментальный путь экспериментальных исследований свойств.
Но надо сказать, отвечая на Ваш вопрос, что параметры не пересекаются. Вот это самое интересное. То есть, наши знания о мире не полны. Наша физика не полна. Значит, например, такие свойства вещества, которые мы наблюдаем вот, как в структуре тёмной материи, то, что мы называем «тёмной материей», - это частицы неизвестной природы, их нет в стандартной модели элементарных частиц. То есть, эту модель надо расширять, и бесспорно, это совершенно нормально для науки. То есть, отодвигается край познания, расширяется область познания. Но естественно, наука пока на все вопросы ответить не может. И, наверное, никогда не сможет ответить.
А.НАСИБОВ: Владимир Лукаш, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики, Астрокосмического Центра Физического института Академии Наук – гость программы «Они» на «Эхо Москвы».
К слушателям обращаюсь: присылайте свои комментарии и вопросы на номер: +7 (985) 970-45-45, sms-ками.
Мы обсуждаем Стандартную космологическую модель и космогенезис.
А я так правильно понял, что вот в последние 10 лет разработана стандартная космологическая модель, которая космологами всего мира в принципе принята за единую. Правильно?
В.ЛУКАШ: Абсолютно.
А.НАСИБОВ: А что такое космогенезис?
В.ЛУКАШ: Ну, Вы знаете, космогенезис – это вопрос, на который вообще учёные все люди, занимающиеся наукой, не позволяли никогда дискутировать.
А.НАСИБОВ: Они не позволяли задавать эти вопросы?
В.ЛУКАШ: Они позволяли. Но, в общем, считалось несерьёзной такая дискуссия, потому что это было дело, так сказать, фантастов, может быть. И то я не знаю таких фантастических разработок и тем, где о космогенезесе говорилось бы достаточно интенсивно.
Но надо сказать, что сейчас пришло время об этом сказать, потому что есть стандартная модель. То есть, есть адекватное отражение действительности того мира, который нас окружает.
Есть параметры этой модели, ну, с какой-то точностью. Точность там порядка десяти и меньше, разные параметры. Достаточно хорошая точность определения этих параметров. То есть, мы фиксируем состояние Вселенной в последние 10 миллиардов лет, начиная где-то от секунд, и до 14 миллиардов лет её существования сегодня. Фиксируем её вот той моделью, о которой мы говорим.
Теперь возникает потрясающая, удивительная совершенно задача: аппроксимация и экстраполяция этой модели в прошлое, по закону общей теории относительности.
А.НАСИБОВ: Ещё раз?
В.ЛУКАШ: Экстраполяция в прошлое этой модели – откуда она взялась? Из чего она развилась?
Во-первых, мы видим, что мы живём в потоке материи. Этот поток называется Хабловским потоком, потому что это расширяющаяся система, расширяющаяся материя.
И Хабловская она называется, ну, может быть, термин не вполне общепринятый, ну, так сказать, в космологии это называется «Хабловский поток», потому что это расширение по определённым законам очень симметрично, в нём нет центра.
Ну, это хорошо известные вещи, и я их повторять не буду. Расстояние между элементами материи увеличивается, скорость их удаления пропорциональна расстоянию между ними. Вот это единственный закон, который не даёт центра. То есть, относительно любого элемента материи, любой частицы вы видите тот же самый, такой же способ организации расширения этого потока, который инвариантен, не зависит от места положения наблюдателя.
А.НАСИБОВ: То есть, у Вселенной нет центра, получается?
В.ЛУКАШ: В той области, в которой мы находимся, центра нет, в той области. Но как только мы получим информацию о границах, конечно, мы вычислим, где центр, и откуда всё это возникает. Но мы пока, так сказать, находимся в ограниченной области, доступной нам в наблюдениях.
Но надо понимать, что характерные времена идут колоссальные. Это ни сегодня, ни завтра не случится. Характерные времена – это десятки миллиардов лет.
Я хотел ответить на Ваш вопрос насчёт космогенезиса.
Это потрясающе! То есть, есть фиксация модели сегодня. Мы видим, что этот поток расширяется, значит, он откуда-то расширяется. Значит, мы можем посмотреть и достаточно далеко сделать экстраполяцию, как он расширялся, откуда?
Значит, выясняются удивительные факторы.
Во-первых, поток детерминированный, он очень симметричный, достаточно симметричный. Но я сказал Хабловский, это только, так сказать, приближение. На самом деле, если строго говорить, это квазихабловский поток. То есть, у него есть малые возмущения.
Есть структура у этого потока, вот которая, так сказать, даёт отклонения от однородности изотропии. И, собственно, отклонения реального потока материи, в котором уже от строго Хабловского потока – это то, что мы называем структурой галактики, скопление галактик – это структура. Они нарушают, конечно, Хабловский поток.
А.НАСИБОВ: А скопление галактик получается – исключение?
В.ЛУКАШ: Нет, они нарушают Хабловский поток, значит, не участвуют в нём. Это те области материи, которые эволюционно обособились, и уже дальше в общем расширении не участвуют и эволюционируют самостоятельно.
А вот это расширение материи, которое мы называем «Хабловским потоком», на больших масштабах происходит. То есть, в малых масштабах поток нарушен. И мы реально, так сказать, вот живём на планетах, на галактике, и видим, что никакого расширения здесь нет. Это галакционно захваченная, развивающаяся самостоятельно область материи.
А.НАСИБОВ: То есть, наша Земля – это нарушение закона о расширении Вселенной?
В.ЛУКАШ: Ну, не только Земля, галактика, - лучше так сказать.
А.НАСИБОВ: И галактика. Хорошо.
Ну, Земля, какой-то характерный такой пример. Мы живём на нарушении, да?
В.ЛУКАШ: Так вот, космогенезис – это удивительное предпочтение, которое можно сделать, взяв стандартную модель, и, посмотрев, откуда всё это появилось.
Мы видим, что этот поток был детерминирован. Вот эти возмущения, которые привели галактику к структуре, они были маленькими очень вначале. Очень маленькие, там уровень – одна стотысячная в безразмерных единицах нарушения вот этого вот строгого однородного изотропного расширения материй.
Это значит, что полностью предсказуемый был поток. То есть, задайте начальные условия, и дальше мы вам всё объясним, как всё это развивается.
Самое интересное: какие были изначальные условия?
Начальные условия, самое главное свойство этих условий - что это был импульс на расширение, не нажатие. Потому что есть ещё противоположный процесс – коллапс. Это было импульсное расширение.
И второй важнейший фактор, может быть, даже первый, то, что это была колоссальная плотность. То есть, поток расширяется от очень большой плотности. И вот это главный вопрос, на который можно теперь пытаться отвечать. Собственно, и раньше люди пытались отвечать, но сейчас это можно делать достаточно строго и научно: как возникли такие вот начальные условия? Как это произошло?
Кто зажигает, или как зажигаются эти громадные плотности? Как возникает импульсное расширение?
Надо сказать, что человечество проходило несколько этапов понимания.
А.НАСИБОВ: Этот вопрос не находится на границе между космологией и теологией, например?
В.ЛУКАШ: Нет, теология – это другая сфера человеческого опыта.
А.НАСИБОВ: Я хотел задать этот вопрос, собственно говоря, после перерыва на Новости. Потому что это – один из основных вопросов, что нам присылают слушатели.
В.ЛУКАШ: Я хотел бы сразу разделить.
Теология – это опыт человечества совершенно иного плана, это мистический опыт. Там принимаются на веру многие положения, которые не оспариваются.
А научный опыт – это эмпирический путь. То есть, вы исходите только из того, что вы видите вокруг – из опыта, из наблюдения. Я уже это говорил. Ещё раз повторю. И вводите минимальный набор гипотез, параметров, даже не гипотез, а параметров, которые, дальнейшее развитие теорий может объяснить, а может, нет. Но обязан объяснять. Следующий этап построения теорий должен объяснять, как возникают эти параметры. Но, когда устанавливается первый этап, в теорию просто вводятся параметры.
И эти параметры появляются, определяются экспериментом.
Минимальное количество этих гипотез оно не включает понимания того, что люди понимают под Богом. Пока что не требуется такая гипотеза, - так скажем. Пока то, что мы видим, наука вполне, так сказать, опираясь на эмпирический путь познания, вполне может объяснить. Но, что будет дальше, мне трудно сказать.
А.НАСИБОВ: Вопрос от студента из Москвы, под ником: «Фотополк». Он на Интернет-сайт прислал вопрос: «А сколько может существовать по времени наша Земля, Солнце и Вселенная?». Но ограничимся Вселенной.
Понятно, что 14, примерно, миллиардов лет назад, правильно я понимаю?
В.ЛУКАШ: 14 миллиардов лет назад вот эти громадные плотности. Ну, я могу назвать единицы. Я не знаю, может быть, это не так важно, это сверхбольшие плотности – на многие, многие десятки порядков больше, чем плотность ядерная. Ну, это считается началом большого взрыва. Не началом Вселенной, а началом большого взрыва.
Как возникли эти условия – это и есть, собственно говоря, то, что мы называем космогенезис. Но об этом мы можем поговорить после перерыва.
А.НАСИБОВ: Вот после перерыва я Вам задам вопрос: 14 миллиардов лет назад это произошло, а, сколько ещё может продлиться?
С этого вопроса мы начнём нашу вторую половину программы.
В.ЛУКАШ: Хорошо.
А.НАСИБОВ: Владимир Лукаш, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики, Астрокосмического Центра Физического института Академии Наук.
Программа «Они». Мы обсуждаем стандартную космологическую модель и космогенезис.
Ваши вопросы и комментарии присылайте sms-ками на номер: +7 (985) 970-45-45. Работает радиостанция «Эхо Москвы». Новости.
НОВОСТИ
А.НАСИБОВ: Работет радиостанция «Эхо Москвы». Ашот Насибов у микрофона.
Наш гость в студии - Владимир Лукаш, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики, Астрокосмического Центра Физического института Академии Наук.
Программа «Они». Мы обсуждаем стандартную космологическую модель и космогенезис.
Телефон, по которому можно присылать sms-ки с вопросами и комментариями: +7 (985) 970-45-45.
Перед кратким выпуском Новостей мы договорились с Вами, Владимир Николаевич, что вторую половину беседы начнём с вопроса: 14 миллиардов лет назад (поправьте меня, если я неправильно формулирую), 14 миллиардов земных лет тому назад произошёл большой взрыв, с которого, собственно, началось формирование нашей Вселенной.
Сколько ещё может существовать в земном летоисчислении наша Вселенная?
В.ЛУКАШ: Ну, термодинамика, законы термодинамики, их никто не отменял, они нам подсказывают ответ: система предоставлена сама себе, и стремится занять минимум энергии. Поэтому то, что мы называем Вселенной, расширением Вселенной, это просто релаксация материальных полей к минимуму. Ну, если совсем упрощать, - релаксация массивных полей к состоянию, при котором они занимают минимальную энергию. Потому что в симметричных теориях, в объединённых теориях все поля безмассовые. И частицы приобретают массы только при нарушении симметрии.
То есть, в процессе расширения ранее происходили какие-то изменения в веществе, в вакууме, их называют фазами-переходами, которые привели к появлению массивных частиц. Идёт просто релаксация системы к минимуму энергии. В разные периоды расширения разные формы материи сменяли друг друга. Так называемый радиационно доминированный период был, когда безмассовые частицы доминировали излучения. Потом этот период сменился материально доминированным, когда доминировала тёмная энергия и обычное вещество, которое мы называем барионным веществом, из которого мы состоим, планета состоит, Солнце состоит. И сейчас, в последние там, допустим, три с половиной миллиарда лет, если точно говорить, идёт доминирование другой формы энергии, которую мы называем «тёмная энергия».
Почему это так происходит? Ответ достаточно тривиален. То есть, в процессе расширения эти формы материи имеют разное эффективное давление. Работа сил давления происходит при расширении, как мы знаем из школьной физики. И плотность падает быстрее, если давление больше, тогда работа сил давления происходит, и величина эта оказывается больше.
То есть, сначала быстро в процессе расширения затухает форма материи, которая имеет положительное давление – это излучение. В изотропном состоянии давление составляет треть плотности энергии. То есть, достаточно большую величину, сопоставимую с плотностью энергии.
Тёмная материя имеет эффективное нулевое давление. Поэтому в процессе расширения плотность этой формы материи падала со временем медленнее, чем плотность её релятивитских частиц. Поэтому настал период, когда релятивитские частицы подсели, их плотность сильно уменьшилась из-за расширения материи, и по плотности стали доминировать обычные материи. Имеется в виду то, что мы называем в узком смысле материей, это тёмная материя, это узкий такой термин. Вообще, всё, что вокруг нас, - это материя, бесспорно, включая пространство и время. Но в узком плане мы называем «тёмная материя», здесь, чтобы путаницы не было, вопрос языка – это не вопрос споров, а вопрос договорённости, есть такие условности языка, бесспорно.
А сейчас доминирует форма материи, которая имеет эффективно отрицательную плотность. Отвечая на Ваш вопрос…
А.НАСИБОВ: То есть, эффективно отрицательная плотность, и она ведёт…
В.ЛУКАШ: Я прошу прощения. Эффективно отрицательное давление. Это тоже форма материи, которая просто ждала, когда упадут по плотности излучения.
А.НАСИБОВ: Если давление отрицательное, то значит скорость расширения Вселенной она получается не связана с….
В.ЛУКАШ: Нет, здесь тоже, понимаете, это всё язык. Значит, когда я говорю: «давление», я имею в виду, если строгое определение давать, это просто пространственная компонента тензор энергии. Нам, вообще говоря, не нужно все свойства материи знать, чтобы понять, как происходила эволюция. Достаточно знать только её динамические свойства – её энергия и импульс. Есть тензор, имеющий 10 компонент. Временная компонента называется «плотность энергии», а пространственные компоненты – мы их называем давлением, эффективным давлением. На самом деле, конечно, не нужно путать здесь с нашим обыденным представлением о давлении, как о давлении частиц. Потому что состояние материи не обязательно может быть в форме частиц. Оно может быть в форме полей, в других формах. Понятие «частицы» - это достаточно такое узкое понятие, скажем, не обязательно. А понятие «энергия импульса» - это самое широкое понятие движений и состояний движения.
А.НАСИБОВ: Так всё-таки, Владимир Николаевич, я хочу всё-таки услышать от Вас, космолога, более конкретный ответ на вопрос: сколько ещё продолжится расширение Вселенной? Сколько?
В.ЛУКАШ: Это зависит от того, как релаксация эта пойдёт дальше. Отвечая на этот вопрос, нужно подойти к обсуждению того, что такое «тёмная энергия», поскольку это основной компонент, который сейчас определяет темп расширения Вселенной.
На этот вопрос я не могу ответить. Я могу только, опять-таки, сказать в рамках простейших моделей, что это может быть. Это может быть просто массивное поле. И это поле эволюционирует в двух состояниях: так называемого состояния медленного скатывания, или то состояние, в котором имеет отрицательное эффективное давление. А есть состояние частиц, массивных частиц этого поля. И процесс релаксации идёт сначала через стадию медленного скатывания, и потом идёт в стадии частиц.
Когда наступит стадия частиц, то опять эффективное давление будет около нуля. Сколько продлится эта стадия медленного скатывания, когда эта форма массивного поля имеет эффективно отрицательное давление, сказать трудно. Это вопрос экспериментальной проверки.
А.НАСИБОВ: А какой порядок?
В.ЛУКАШ: Сегодняшние данные не позволяют нам поставить параметр. Это параметр массы и параметр начальной плотности, откуда началась эта эволюция.
Экспериментальные данные, наблюдательная точность пока не позволяет определить массу. Вообще, в гравитации массу очень трудно определять. Практически невозможно. Только косвенным образом, косвенным путём, через другие взаимодействия это можно сделать.
Но, отвечая на Ваш вопрос, я могу точно сказать, ну, точно – в рамках той модели, которую я обозначил, - массивного поля, что период вот этот ускоренного расширения, которое связано с тёмной энергией, и с отрицательно эффективным давлением, он продлится конечное время. Но это время может быть достаточно большим.
Характерное время, за которое масштабный фактор меняется в два раза, все масштабы при расширении изменяются вдвое, для тёмной энергии – это 17 миллиардов лет. И таких периодов – по 17 миллиардов лет.
А.НАСИБОВ: Мы ещё не достигли 17 миллиардов лет.
В.ЛУКАШ: Мы не достигли. Мы находимся в самом начале, у нас – 14. Мы находимся в самом начале динамического влияния тёмной энергии, по сути, вот в рамках той модели, которую я обозначил, я могу ответить так: расширение в фазе того, что мы называем «тёмной энергией», оно будет конечным, но может быть достаточно большим. Мне трудно цифры называть, - там до сотни миллиардов лет, может быть, и больше. Но оно закончится.
А.НАСИБОВ: Оно конечное.
В.ЛУКАШ: Оно конечное в рамках этой модели. Но оно закончится.
А.НАСИБОВ: Понятно.
В.ЛУКАШ: В другой стадии, в стадии с эффективно нулевым давлением, и там возможно, что угодно. Там в рамках простейших моделей космогенезиса там возможны остановка расширения и коллапс.
А.НАСИБОВ: То есть, схлопывание внутрь, обратно.
В.ЛУКАШ: Схлопывание. Но до этого, скорее всего, будут уже видны границы. То есть, дойдёт информация о границах. А, когда она дойдёт, сильно всё изменится: однородность изотропии будет нарушаться. Но надо понимать, что эти времена колоссальные совершенно. То есть, человеческий мозг пока такие времена представить себе не может.
А.НАСИБОВ: Насчёт человеческого мозга – у нас есть вопрос о месте разума в Вашей теории космогенезиса. Есть ли, включено ли понятие «разум»?
В.ЛУКАШ: Нет, мы просто находимся на стадии развития. Я имею в виду, если говорить о человеке, который может строить представление об окружающем мире в рамках физических моделей. Вот в этом смысле, если Вы говорите о разуме, то это забавно, интересно очень. У нас свой язык. Вот этот язык, то, что называем физикой. Состояние моделей – это наш язык, понимание описания природы.
У природы другой язык. Понять язык природы – это значит сильно продвинуться в понимании, как она устроена. И это очень интересно. Ну, разные языки, так сказать, нужен переводчик.
А.НАСИБОВ: Давайте коротко пройдёмся по некоторым вопросам.
Анатолий спрашивает: «Развенчивают ли учёные бред о Теории струн и червоточин?».
Теория струн?
В.ЛУКАШ: Насчёт «бреда» я не буду комментировать, я пытаюсь комментировать только научные высказывания.
Если речь идёт о Теории супер-струн, да, это более глубокий уровень понимания природы, понимания природы фундаментальных взаимодействий в малых, в очень малых масштабах. Это гипотетическая вещь.
Значит, она связана с определённым представлением о материи в очень малых масштабах и позволяет сильно продвинуться в предсказаниях.
Но вот именно в вопросах предсказаний имеются большие проблемы. То есть, эта теория пока не вышла на уровень. Все надеялись, что появится этот уровень сравнения с опытом, где можно будет проверять опытным путём, экспериментальным путём предсказание этой модели, предсказание этой теории
супер-струн. Но пока что это не достигнуто, и здесь, можно так сказать, - большое разочарование существует в этой области на сегодняшний день.
Что касается червоточин, или «кротовых нор», принят более правильный термин: «кротовые норы», ну, никакой это не бред, есть строгие решения, уравнение Эйнштейна.
Вопрос, как они образуются астрофизически, конечно, открыт, скорее всего, нет таких механизмов образования, как, например, механизм образования чёрных дыр. Но это ни о чём не говорит. Есть решения, их можно исследовать.
А.НАСИБОВ: Нет, или, может быть, мы просто о них не знаем?
В.ЛУКАШ: Ну, на сегодняшний день мы можем сказать, что мы не знаем однозначно, но не видим пока таких способов образования.
А.НАСИБОВ: Но теоретически возможно?
В.ЛУКАШ: Мне трудно. Я не могу на все вопросы ответить. Но строго могу сказать, что есть такие решения, исследовать их устойчивость, исследовать их свойства вполне уважаемое дело, и это можно делать.
А.НАСИБОВ: Ольга и Ирина интересуются: «Откуда взялось то, что взорвалось?».
В.ЛУКАШ: Я всё пытаюсь к этому вопросу подойти. Не знаю, успею ли я?
Это потрясающий вопрос. Спасибо Ольге за этот вопрос. Потому что он мне позволит всё-таки два-три слова сказать о космогенезисе.
Человечество прошло несколько этапов понимания космогенезиса. Ну, первый – я уже сказал. Это с того времени, как в 22-м году Александр Фридман, русский математик, который слушал лекции Фредерикса по теории относительности в Петербургском университете, написал после очередной лекции и уравнения Эйнштейна для однородной изотропной среды, получило знаменитое уравнение Фридмана, Фридманскую модель, Фридманское решение, как сейчас называется, или Модель Фридмана, которое описывает вот это вот расширение. И буквально через два года подтвердилось наблюдениями, что да, действительно имеется такое расширение.
Ну, вот это вот начало, так сказать, универса. Парадигма универса. Но она никого не устраивала. Как это вот? Надо постулировать однородность изотропии. В общем, достаточно симметричное состояние вещества. Уравнение Эйнштейна нелинейное и непонятно, откуда всё это взялось.
Потом в восьмидесятых годах появилась парадигма инфляции, которая говорила, что не надо. В результате оказалось, что не нужно постулировать однородность изотропии, надо постулировать довольно общие свойства материи. Ну вот, эффективно отрицательное давление должно быть. И расширение, конечно, надо постулировать. И после этого сама система, гравитация приведёт к однородности изотропии потока. Это удивительное свойство гравитации, оно связано с дальнодействием.
Вот я приведу пример коллапса. Есть звезда, сложнейшая система, там температура есть, частицы, потоки, магнитные поля, и так далее. В конце концов, ресурс звезды расходуется, реакции термоядерные заканчиваются. Звезда коллапсирует. Образуется чёрная дыра, у которой единственный параметр – масса внешняя. Куда девалась эта информация? То есть, гравитация из достаточно произвольных начальных состояний, но с определёнными, конечно, ограничениями, формирует упорядоченную систему.
Оказывается, точно такое же свойство гравитации при расширении.
Если вы зададите эффективно отрицательное давление, достаточно сравнительно гладкие распределения плотности и гравитационных полей, вы получите систему, которая будет приближаться к Хабловскому потоку. К идеальному Хабловскому потоку. Это удивительное свойство гравитации. То есть, она формирует и на расширении, на сжатии, формирует симметричные системы.
Конечно, должно быть много вселенных. С принципом Коперника не понятно, что делать? И ясно, что не должно быть выделенных. Каков механизм космогенезиса?
На самом деле, инфляция тут не помогает, потому что инфляция не отвечает на вопрос: почему были большие плотности? Она просто говорит, как из малого сделать большое. Как сделать такой большой объект, как Вселенная, основное свойство его то, что оно очень большое.
Ну, конечно, это всё возникло из микропроцессов, из маленьких масштабов. Вот инфляция отвечает на этот вопрос. Достаточно блестяще отвечает, как из малого сделать большое.
Но как большие плотности задать, конечно, инфляция здесь бессильна, и она, собственно, не претендует…
А.НАСИБОВ: То есть, я правильно понял – теория объясняет существование Вселенной с момента, собственно, начала большого взрыва? А вот что было до, до конца не ясно.
В.ЛУКАШ: Ну вот, сейчас как раз колоссальный бум связан в литературе научной, связан с космогенезисом, потому что, по сути, я на этот вопрос уже ответил: при коллапсе возникают большие плотности неизбежно. Вы только должны перевести фазу коллапса в фазу расширения. Вот, собственно говоря, и есть эта гравитация, которая зажигает вот эти большие плотности.
Но эпоха прохождения сверхбольших плотностей она чрезвычайно, даже это не эпоха, это одноразовое, кратковременное состояние. А вам нужно просто построить решение. И такие решения сейчас строятся, в частности, в нашем коллективе – в Астрокосмическом центре, в теоретическом отделе.
Есть модели, которые вам позволяют перевести коллапс в энергию. Импульс вы никуда не денете, импульс на сжатие он переходит на расширение. И формируется поток, который, если он будет подхвачен инфляцией, переходит в Хабловский поток.
Но нужно понимать, что такие вот Вселенные, или мы их называем «Астрогенные вселенные», они и образуются в абсолютно будущем по отношению к материнской вселенной, где и произошёл коллапс.
Коллапс может быть любой. Например, обычная звезда может сколлапсировать с звёздной массой и явиться причиной рождения астрогенной вселенной, где-то на другом листе, абсолютно будущем, по отношению к нашему пространству. Вот такие модели сейчас.
Ответ принципиальный вот какой: высокие плотности зажигаются коллапсом.
А.НАСИБОВ: То есть, сами по себе плотности?
В.ЛУКАШ: Два свойства гравитации и – коллапса и расширения.
А.НАСИБОВ: Владимир Лукаш, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий отделом теоретической астрофизики, Астрокосмического Центра Физического института Академии Наук. Вот такое длинное перечисление мест работы и научных достижений нашего гостя.
В.ЛУКАШ: Спасибо.
А.НАСИБОВ: Благодарю Вас, Владимир Николаевич, за участие в программе.
Когда меня выгонят с радиостанции «Эхо Москвы», я пойду в космологи. Примите? Вот буду работать под Вашим началом. Потому что что-то я для себя сегодня прояснил.
Спасибо. Моё представление о Вселенной расширилось.
Я, Ашот Насибов говорю до свидания. Встретимся через неделю.
Благодарю всех, кто прислал очень многочисленные вопросы и sms-ками, и на Интернет-сайт, но лишь на часть этих вопросов мы смогли сегодня найти ответы.
Всего доброго!