Ура! Инфляция! Предложенная российским физиком новая модель Вселенной получает признание и премии

Наука № 42(2012)

Янчилин Василий 19.10.2012

 

Ученые иногда называют себя людьми, которые удовлетворяют собственное любопытство за государственный счет. Журналисты, в свою очередь, нередко удовлетворяют

любознательность “за счет” ученых. Давно занимал вопрос: какой была наша Вселенная в первые мгновенья ее возникновения? Недавно появилась возможность получить на него ответ, что называется, из первых рук: удалось взять интервью у известного ученого, признанного авторитета в области космологии. Андрей Линде — ведущий научный сотрудник ФИАН, ныне профессор физики Стэнфордского университета, автор более 200 научных трудов. Наиболее известное достижение ученого — разработка новой инфляционной (раздувающейся) модели Вселенной. Он удостоен многих престижных научных наград, одна из последних — премия по фундаментальной физике, учрежденная российским бизнесменом Юрием Мильнером, кстати, тоже ранее работавшим в ФИАНе.

Первым задаю свой “фирменный”  вопрос:

— С чего начиналась наша Вселенная?

— Из астрономических наблюдений известно, — объясняет ученый, — что наша Вселенная расширяется: чем дальше находится галактика, тем быстрее она удаляется от нас. Если рассчитать этот процесс по времени, то получится, что 13,7 миллиарда лет назад вся материя Вселенной находилась в очень плотном состоянии и была настолько горячей, что даже атомные ядра не могли существовать. При ее расширении материя совершает работу против сил гравитации, и поэтому полная энергия Вселенной со временем уменьшается. При этом ее масса, в соответствии с известной формулой Эйнштейна, также уменьшается. Сейчас она примерно равна 1050 тонн. А в момент Большого взрыва  была на 30 порядков больше. Вот примерно так считали космологи еще в 70-е годы прошлого века.

Теория инфляционной вселенной внесла значительные коррективы в эту космологическую картину. В момент Большого взрыва масса Вселенной могла быть меньше миллиграмма, а вакуум был заполнен неким скалярным полем, обладающим огромной энергией. Это поле было такого рода, что, когда пространство стало расширяться, скорость расширения стала расти по экспоненциальному закону. Грубо говоря, за одно мгновение (примерно ­10-35 секунды) объем пространства  размером с атом увеличился до апельсина, а затем от апельсина до размера метагалактики. После этого сверхбыстрое расширение прекратилось, а скалярное поле превратилось в обычную материю.

— Очень необычное предположение. А кто первым выдвинул его? И как к нему отнеслось научное сообщество?

— Первую модель вселенной такого типа разработал российский физик Алексей Старобинский в конце 1970-х годов. Но она была довольно сложной, на Западе о ней не все знают. Затем в 1980 году американский физик Алан Гут придумал очень простую инфляционную модель. А главное, объяснил, как она могла бы помочь решить многие из существующих космологических проблем. Поэтому его модель стала очень популярной. Правда, как подчеркнул сам Гут, чтобы эта модель была работоспособной, ее следовало бы существенно подкорректировать.

Через год он написал большую статью, в которой доказал, что сделать это невозможно. Но в 1981 году, существенно изменив модель Гута, я предложил новую инфляционную теорию, которая могла решить целый ряд космологических проблем. А в 1983 году мне удалось эту теорию улучшить и сильно упростить.

Большинство ученых-космологов восприняли эти работы с большим энтузиазмом, так как понимали, что они открывают возможность значительно улучшить стандартную теорию Большого взрыва.

— Можно ли какие-то из появившихся предположений проверить экспериментально?

— Конечно. Из этой теории сразу же вытекает, скажем, то, что пространство нашей Вселенной должно иметь евклидову геометрию. В рамках общей теории относительности Эйнштейна это означает, что средняя плотность материи во Вселенной равна критической. Это особая плотность. Если бы она была чуть-чуть больше, расширение Вселенной, заполненной обычным веществом, со временем прекратилось бы, и затем наступило сжатие. А если меньше, то Вселенная расширялась бы вечно. В 1990-е годы астрономы считали, что средняя плотность материи во Вселенной составляет только 30% от критической. Причем 5% — это вклад обычной материи: звезды, газ, пыль, а остальное — так называемая темная материя. Но, начиная с 1998 года, благодаря многочисленным наблюдениям было твердо установлено с точностью до 1%, что полная плотность материи во Вселенной близка к критической.  Недостающий вклад величиной в 70% дает темная энергия. Таким образом, предсказание инфляционной теории подтвердилось.

И это еще не все. Квантовые флуктуации плотности в ранней Вселенной после стадии экспоненциального расширения увеличились до размеров галактик и скоплений галактик, образовав крупномасштабную структуру Вселенной. В рамках инфляционной модели был рассчитан спектр этих плотностей. И после исследования реликтового излучения космической обсерваторией WMAP появилась возможность проверить расчеты экспериментально. Посмотрите на график:

красная линия — предсказание теории, черные и синие точки — наблюдательные данные. Очень хорошее совпадение.

— Есть ли какие-нибудь астрономические наблюдения, которые не вписываются в инфляционную теорию?

— Пока что нет надежных данных, противоречащих инфляционной теории, и нет другого хорошо разработанного объяснения всей совокупности уже имеющихся наблюдательных данных. Но исследования продолжаются. Сейчас начал работу астрономический спутник Европейского космического агентства “Планк”. Одна из его задач — получить более подробную карту реликтового излучения. Скоро эта работа будет выполнена, и тогда можно будет проверить предсказания инфляционной теории с еще большей точностью.

Беседовал
Василий ЯНЧИЛИН
Фото с сайта
http://physicsworld.com