Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
10 декабря 2016, суббота, 09:51
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

Лекции

Что было до того, как наша Вселенная стала горячей?

Дмитрий Горбунов
Дмитрий Горбунов
Наташа Четверикова/Полит.ру

Мы публикуем стенограмму лекции, с которой выступил 24 апреля 2014 года Дмитрий Сергеевич Горбунов, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела теории физики Института ядерных исследований РАН. Лекция прошла при поддержке Фонда «Династия». 

Текст лекции

 
 

Я буду стараться говорить языком, понятным всем и каждому, но когда что-то вам покажется непонятным – сразу спрашивайте, я попытаюсь найти другие слова, чтобы объяснить то же самое. Какие-то фундаментальные вопросы: «Откуда взялась Вселенная» или еще что-то, что естественным образом с такой темой возникают – это на потом. Тема связана с заявленным открытием эксперимента BICEP2,  которое случилось в марте 2014 года. 

Было заявлено, что они наблюдают поляризацию реликтового излучения специального b-типа. И эту поляризацию долго ждали, потому что она могла бы указывать нам на то, что в очень ранней Вселенной была такая стадия, которая называется инфляционной. Это гипотетическая стадия, мы обсудим, зачем она нужна и т.д. И эта стадия – была очень давно. Времена, о которых здесь идет речь – это 10-30 сек «от начала времен», – поэтому залезть туда никак невозможно. 

И если авторы эксперимента BICEP2 действительно увидели то, что увидели, и если их интерпретация правильная, то мы смогли получить знания о физике частиц на расстояниях примерно на 13 порядков меньших, чем мы достигли на БАК. Это указание на то, что такая стадия была, и людям, которые ее предложили, наверняка вручат несколько Нобелевских премий, и среди людей, которые выдвинули эту идею, есть российские ученые. 

Кроме того, мы знаем, что физика – квантовая наука, за исключением гравитации, с гравитацией у пока нас не получилось. Так вот, предлагаемая BICEP2 интерпретация  означает, что  квантовая теория справедлива и для гравитации тоже. Просто мы пока не умеем ею пользоваться для этой новой силы, для гравитации, а так основные принципы такие же. Поэтому это, конечно, очень важное открытие. 

И в то же время к этим данным есть много вопросов, и в этом году ожидается несколько экспериментов, которые должны сообщить информацию, которая позволит как-то определиться: либо это то, что нам объявили, либо это не совсем то, что нам объявили. Поэтому все самое интересное случится в этом году. 

Теперь… План лекции такой – сначала мы обсудим, что мы уверенно знаем о Вселенной, потом – что Вселенная горячая, и мы обсудим проблемы теории «горячего» Большого Взрыва, такой Вселенной, собственно, ради решения проблем которой и была предложена «инфляционная стадия». 

О ней простыми словами можно сказать, что это стадия, на которой происходит «опричинивание», опустошение и сглаживание того, что было до этой стадии. А потом мы обсудим те результаты наблюдений, которые появились, и будут некие заключения с перспективами, ожиданиями. Я также более подробно расскажу о том, о чем я коротко уже сказал. 

Так, что мы знаем о Вселенной? Конечно, все знают, что Вселенная  расширяется, знаем это по эффекту Доплера – покраснению света от далеких источников, и в данном случае, «покраснение света» так и выглядит, что измеряются те длины волн, которые вдруг стали большего размера.

Свет стал более красным. Для описания этого явления удобно представить все, как будто есть некий масштабный фактор, вот буковка «а» на этом слайде, и все физические расстояния ему пропорциональны – речь идет о расстояниях, которые очень большие, это не расстояния между нами и Луной, не расстояния между звездами в нашей Галактике, между нами и Андромедой, а это большие, космологические расстояния.

Удобно представить себе такую картинку, что все физические расстояния изменяются пропорционально этому масштабному фактору. Введем обозначение  a(Т). Сам по себе масштабный фактор не физический, как не физическое утверждение, что вы в метрах измеряете, а потом в сантиметрах, стал фактор один или сто – это не важно, физический размер остался тем же самым. В каждый момент времени этот масштабный фактор можно воспринять единицей и измерять всё в этих физических единицах. Что же физическое? Физическое – его изменение.

Есть такой параметр Хаббла, введенный астрономом Эдвином Хабблом (Edwin Powell Hubble). Его именем назван телескоп, который принес много интересных результатов, в т.ч. для космологии. Так вот этот параметр Хаббла – это скорость изменения масштабного фактора поделить на масштабный фактор. Если Вселенная никуда не расширяется, масштабный фактор от времени не зависит, этот параметр равен нулю, у нас статическая Вселенная, о которой мечтал Эйнштейн.

Но, если у нас Вселенная каким-то образом расширяется, то этот масштабный фактор – нетривиальная величина, его интересно измерять, он нам говорит о нашей современной Вселенной. Собственно, имя Хаббла возникло потому, что он определил закон, закон расширения, который выглядел вот так: расстояние до объекта пропорционально скорости удаления этого объекта.

Скорость удаления объекта измеряется через эффект Доплера и, в данном случае, тот же самый эффект, который мы все знаем, когда мы стоим на перроне, проходит мимо электричка, и частота звука сирены меняется. Таким образом, по изменению частоты – а частоту лучше всего физики измеряют – можно определить скорость движения источника относительно движения приемника. И в данном случае, такое релятивистское обобщение этого эффекта на случай фотонов, на случай света, когда частота света или длина волны – цвет, как бы сказали, если говорить о видимом диапазоне – изменяется.

По этому эффекту можно определить скорости. Например, по этому эффекту можно определить скорость вращения Земли вокруг Солнца. Мы смотрим на свет далекой звезды зимой, и мы смотрим летом, есть относительная скорость вращения вокруг Солнца, которая зимой направлена в одну сторону, летом – в другую, соответственно, зимой она сдвигает частоту в одну сторону, летом – в другую. И, какая бы ни была скорость между звездой и Солнцем, относительную скорость вращения вокруг Солнца мы измерим, вычитая эти два результата.

Здесь аналогичная вещь – мы пытаемся, измеряя частоту излучения, вычислить, с какой же скоростью двигаются те или иные объекты, в данном случае – они разлетаются от нас радиально. Здесь не очень хорошо видно, а хотелось продемонстрировать, как это выглядит на самом деле, потому что как это выглядит по одной линии сказать нельзя. Измеряют спектры (или амплитудно-частотную характеристику). Здесь, по идее, должна быть отложена длина волны в ангстремах, а здесь, так скажем, такой спектр интенсивности далеких-далеких объектов.

Химический состав галактик люди примерно себе представляют, и поэтому есть некоторые линии, излучения, в данном случае, здесь, по-моему, стоял магний и еще какие-то элементы, которые очень характеры. И что замечательно – что для недалеких этих объектов закон очень простой, линейный. И все линии должны сдвинуться на одну и ту же величину. Поэтому вы фактически уже знаете некий такой шаблон в эксперименте, мы все эти линии, все эти переходы, атомы хорошо знаем, у нас здесь, на Земле, в лаборатории.

После этого весь этот шаблон немного сдвинут на одну и ту же величину, и дальше люди берут различные спектры, сдвигают их каждый на разные величины z, получают абсолютно одинаковые спектры, совершенно одинаковых галактик, морфологически одинаковых, просто расположенных на разных расстояниях и поэтому разлетающихся с разной скорость.

И поэтому явление красного смещения, покраснения у них разное. Вот таким образом люди пытаются определять расстояние до галактик. Но, чтобы проверить этот закон, нужно, как вы понимаете, независимо измерить еще расстояния. Что нетривиально, да? Потому что, чтобы убедиться в этом законе, а Хаббл именно то и сделал – убедился в существовании этого закона, надо сказать, неправильно.

Константа, которая стоит в этом законе – сейчас тут такое число стоит, грубо говоря, 0.7, а по его наблюдениям она была где-то 50, поэтому число неправильное и, если бы он делал такую работу в современной лаборатории на первом курсе какого-нибудь факультета физики, то его отправили бы на пересдачу. Но, вот так случилось, что люди восприняли указание, что Вселенная не статическая, а все расширяется, и, в конце концов, этот параметр носит название «параметр Хаббла».

Итак, наша Вселенная расширяется, а кроме того, второе наблюдение – она у нас однородна, изотропна. Астрономы опять смотрят в телескопы и пытаются нарисовать, изобразить трехмерную карту-структуру вокруг нас, где какие галактики расположены. Если расположить так, что каждая точечка относится к галактике, расстояние здесь измеряется в традиционных для астрономии единицах красного смещения, то видно, что, если говорить о небольших размерах, то на них бывают такие скопления, и это, конечно, неоднородность. Но, если говорить о больших расстояниях, на них Вселенная однородна, изотропна, нет никаких выделенных направлений. Как мы об этом судим? Ну, конечно, только по распределению структур. Все, что мы наблюдаем – это свет, который приходит к нам от каких-то источников, больше ничего.

Судя по тому, что этот свет приходит к нам со всех сторон, мы говорим, что, наверное, Вселенная как таковая однородна, изотропна. Еще, конечно, известный всем факт, что Вселенная заполнена горячими фотонами. Реликтовое излучение, измеренное очень хорошо, с высокой точностью, на различных длинах волн. Здесь – интенсивность, здесь – длина волны.

Вот такой вот славный спектр, очень красивый. Здесь много экспериментальных точек, и весь этот славный спектр описывается одним-единственным параметром – температурой. Это чернотельное излучение, замечательно, что не только форма, но и нормировка, (величина максимальной амплитуды), тоже фитируется этим чернотельным спектром, т.е. это, действительно, равновесный спектр, примерно 400 фотонов в 1 см3.

Это еще один факт о нашей замечательной Вселенной. Из анализа этих трех фактов можно сделать вывод, что Вселенная изотропна, расширяется и горячая. Соответственно, можно попытаться немного модифицировать те термины, к которым мы привыкли, когда обсуждаем статический Евклидов мир, где всё у нас плоское. Но есть небольшое исключение, по сравнению с обычным школьным курсом, оно состоит в том, что у нас есть некий закон «Свет распространяется со скоростью света, которая никак не меняется. Есть ограничения – предельная скорость». Соответственно, есть такое понятие, которое с этим связано – интервалы между событиями. Оно тесно связано с темой дальнейшего, с идеей об инфляции.

Есть два события. Одно событие случилось в пункте А в момент времени tА, другое – в пункте В в момент времени tВ. Могут ли эти два события быть друг с другом связаны? С учетом того, что есть самый быстрый распространитель информации – свет, эти два события могут быть связаны, если свет успеет пролететь это расстояние за время tA – tB. Если одно событие случилось, свет полетел, и мы успели сообщить в другую точку B о том, что в точке А случилось событие.

Если он это делать не успевает, события причинно не связаны. Более научная модификация этого утверждения выглядит как формула: с – скорость света; t – интервал между событиями tA – tB,,  где бы они ни произошли; а х – это разница координат, расстояние между двумя точками А и В. Если вся формула вместе больше или равна 0, то это причинно-связанные события. Как только фотон долетел от одной точки до другой, в тот же момент произошло это событие.

 
 

Теперь мы это соотношение модифицируем. Как? Мы говорим: смотрите, всё однородно, изотропно, всё хорошо, всё вроде бы статично, но – немного расширяется. Все физические расстояния изменяются. Вот тогда простая модификация состоит в том, что сюда мы вносим замечательный масштабный фактор, который описывает нам, как изменяются физические расстояния, и этот масштабный фактор зависит только от времени, поскольку всё однородно и изотропно.

Это тот самый масштабный фактор, который нам определял параметр Хаббла. Вот, собственно и всё, это – основная идея. Это единственное, что мы на самом деле измеряем, потому что всё, что мы измеряем – это излучение, которое к нам откуда-то пришло. И свет, который летел в расширяющейся Вселенной, летел по этому закону, и детали его распространения позволяют определить эту буковку «а». Она сама по себе не физическая, поэтому детали распространения позволяют определить не «а», а зависимость, как эта «а» изменяется со временем.

Зачем нам это нужно? Чтобы определить состав Вселенной. Здесь потребуется общая теория относительности, в которой есть уравнение Фридмана. Александр Фридман (1888-1925) – российский ученый, сделавший замечательное открытие в послереволюционную эпоху. Уравнение Фридмана такое: физическая величина – не масштабный фактор, а параметр Хаббла, изменение масштабного фактора со временем, этот параметр определяется плотностью энергии во Вселенной.

Очень простое уравнение: буква G, которая стоит здесь, это постоянная гравитационная Ньютона, которая стоит в законе Ньютона, а «ро» – это полная плотность энергии. Все, что только есть во Вселенной, все компоненты, которые мы знаем и какие мы не знаем, дают вклад в это уравнение. Такая идея. Выводится оно из общей теории относительности Эйнштейна.

Какие компоненты мы в нем знаем? Конечно, радиацию. Или вот это самое реликтовое излучение – мы его знаем, измерили, наблюдаем, оно тоже тут стоит. Мы знаем обычное вещество – собственно, свет от него мы наблюдаем. Это то, из чего мы с вами состоим, т.н. барионы.

Оказывается, там есть еще компонент – «темная материя», еще компонент – «темная энергия», еще есть нейтрино – мы знаем, что они есть, но напрямую их еще не зарегистрировали. Много, возможно, чего еще есть, и всё это вставляется в эту формулу. И понятно, что дальше нам надо как-то их разделить между собой. Поскольку это – сумма, то, если мы просто сегодня измерим параметр Хаббла, мы ее разделить не сможем. Если мы измерим этот закон Хаббла, который там стоял, который справедлив для не очень далеких от нас объектов, мы не сможем разделить эти компоненты, мы сможем измерить полную плотность энергии Вселенной.

Полная плотность энергии Вселенной примерно такая, как, если бы в одном кубическом метре было пять протонов. Это очень легко запомнить. И это – полная плотность энергии во Вселенной. Она совсем не в протонах, но так легче запомнить. В прошлом Вселенная была плотнее и горячее, мы этого ожидаем – раз она расширяется, значит, в прошлом она была более плотной и более горячей.

И именно по этому факту мы можем попытаться определить и разделить эти компоненты. Почему? Потому что эти компоненты по-разному ведут себя при расширении Вселенной. Вот обычное вещество: барионы, пыль, просто галактики, их количество не изменяется, а Вселенная расширяется.

Масштабный фактор изменился в два раза, всё растянулось, объем увеличился в 8 раз. Плотность их в 8 раз уменьшилась. Зависимость их от масштабного фактора – 1 на масштабный фактор3, такая вот степень стоит. Радиация – с ней было бы то же самое, но, поскольку тут квантовый дуализм – фотоны имеют длину волны, длина волны – физический параметр, тоже изменяется, тоже «краснеет», то для радиации закон другой: 1 на масштабный фактор4. Частота тоже падает, изменяется – не только полное число частиц из-за того, что Вселенная расширяется, но еще и частота.

 
 

Итак, у этих двух компонент разная зависимость от масштабного фактора. И теперь понятно, что, если мы умудримся измерить параметр Хаббла в прошлом и измерить, как он изменяется со временем, то мы сможем разделить эти компоненты. Потому что у них разная зависимость от масштабного фактора и разная зависимость от времени. В этом состоит идея, собственно. Теперь – что значит «увидеть, измерить в прошлом»? «Измерить в прошлом» – значит «посмотреть очень далекий объект».

В данном случае «далеко» означает и «давно». Потому что мы измеряем тот свет, который к нам прилетел, а испущен он был когда? Чем больше этот фотон пролетел. Поэтому идея состоит в том, что мы пытаемся пронаблюдать, как изменялся закон распространения фотонов для фотонов, испущенных вчера, позавчера, миллион лет назад, миллиард, пять миллиардов лет назад. Определим из результата функцию и отсюда поймем, как же распределяется полная плотность энергии по этим разным компонентам. Наверное, за исключением радиации – тут мы современную плотность энергии, связанную с реликтовыми фотонами знаем из предыдущих утверждений: мы точно знаем частоту, мы точно знаем число фотонов, точно знаем эту величину.

Что мы точно знаем из всего этого? Что Вселенная такой и была. В прошлом она, действительно, была горячей, действительно была заполнена релятивистскими частицами. Примерно до температур в энергетических единицах порядка МЭВа. Температура в энергетических единицах порядка МэВов – это когда энергия такая, что электрон становится релятивистским. Масса покоя электрона чуть меньше, пол-МэВа, и это означает, что они в плазме такие релятивистские, для них нужно полностью использовать формулы специальной теории относительности для описания движений их частиц. Это мы знаем потому, что у нас есть наблюдаемая, которая относится прямо к той эпохе. И наблюдаемая – это распространенность первичных химических элементов.

Астрономы могут наблюдать облака вдалеке от областей последующего звездообразования, соответственно, ожидаемый химический состав этих облаков остался первичным. Он не портился в процессе последующих пертурбаций. Как они измеряют – опять-таки, измеряют спектры излучения из этих облаков, и по тому, сколько там линий гелия, лития, бериллия – интенсивность – они понимают, какой относительный состав этого облака.

В данном случае, вот здесь отложены относительные составы, приведены соответствующие числа. Наблюдения – это такие вот линии. И есть предсказание. А предсказание из физики частиц. Физика частиц – мы считаем, что знаем ее в лаборатории. Считается, что это – та же самая физика частиц, абсолютно та же самая. Мы просто распространяем эту физику на ситуацию, когда у нас есть плазма с температурой порядка МэВ. Вселенная расширяется, температура падает, и у нас происходит образование первичных химических элементов.

В плазме есть протоны, нейтроны и фотоны, температура падает, плотность падает – и протоны с нейтронами начинают образовывать первичные химические элементы: дейтерий и дальше. Темпы этих процессов – еще раз мы верим, что знаем из лабораторных исследований здесь, на Земле. Что мы не знаем и что конкурирует с этими темпами – темп расширения Вселенной. А он дается нам параметром Хаббла. А параметр Хаббла определяется полной плотностью плазмы. Поэтому отсюда мы знаем плотность плазмы, так вот, отсюда мы можем измерить этот параметр.

Кроме того, еще один параметр, который отложен по этой оси – это т.н. барион-фотонные отношения. А одна из проблем, которую мы с вами здесь не будем обсуждать, но которую нужно упомянуть, состоит в том, что мы с вами состоим из вещества, из материи, из барионов. А анти-барионов, анти-вещества – нету. И в столкновениях на Большом адронном коллайдере рождаются и те и другие, в равном количестве, а у нас с вами та, вторая часть, куда-то делась. Когда делась – мыслится, что когда-то в ходе эволюции Вселенной.

Как это произошло – мы не знаем, но, судя по тому, что здесь представлено, мы точно знаем, что это барион-фотонное отношение должно быть на уровне 10-10- 10-9 – это отношение концентрации барионов к концентрации фотонов. На каждый один протон приходится миллиард фотонов такой плазмы. Это – наша Вселенная. Мы знаем, что такая непонятная ситуация была, по крайней мере, с эпохи первичного нуклеосинтеза, первичного создания химических элементов, потому что наблюдения и теория с этим единственным параметром барион-фотонного отношения славно сходятся одно с другим.

И вот тут есть результаты из нуклеосинтеза, а вот здесь результат из измерения анизотропии  реликтового излучения. Вот тут есть перекрестия одного с другим – это измерения того же параметра в эпоху реликтового излучения, мы видим, что они отлично друг с другом совпадают. Поэтому здесь всё сходится и из всего этого вывод – что, по-видимому, наша Вселенная была горячая, по крайней мере, с эпохи 1 МэВ, с эпохи начала процесса образования химических элементов. Были ли более высокие температуры во Вселенной – мы не знаем, но такие температуры точно были.

Теперь – как мы измеряем параметр «а», как мы измеряем эту величину. Мы уже сказали, что единственное наблюдение у нас – это излучение. Отовсюду к нам летит разное излучение, и мы пытаемся понять, что же происходило с этими несчастными фотонами, пока они летели по расширяющейся Вселенной? Типичные примеры измерений, которые люди делают – они должны быть понятны любому обывателю, это те же самые способы, которые мы используем, когда пытаемся измерить расстояние до объекта, до которого мы не можем физически дойти с рулеткой.

Один способ: если мы знаем физический размер предмета, например, футбольный мяч. У него не ГОСТом, а ФИФА установлен радиус. Если он удален от нас на какое-то расстояние, мы можем измерить угловой размер, под которым мы видим этот мяч. Нам нужно знать, что мы видим мяч, и его физический размер такой-то, И дальше – по окраске, мы говорим, что видим футбольный мяч, у него такой-то размер и под таким-то углом он виден и находится на расстоянии, допустим, 45 километров.

Во Вселенной точно такая же история. Галактики имеют более-менее один и тот же размер. У разных галактик он разный. Чтобы его знать, надо измерить спектр, понять по нему, что это за галактика. В общем, сообразили. После этого мы измеряем угловой размер и по этой формуле определяем расстояние, которое к нам летел фотон. А фотон летел не абы как, а в расширяющейся Вселенной. Он летит к нам, а Вселенная расширяется, т.е., ему приходится пролететь большее расстояние, чем нужно. Потому что точка испускания  фотона и точка регистрации, где мы с вами сейчас находимся, за это время удалились друг от друга. Формула модифицируется, но идейно это именно такое наблюдение.

Другое наблюдение. Предположим, мы с вами знаем, как размер объекта изменяется со временем. Знаем из какой-то другой физики. Или это такой размер, что изменяется пропорционально масштабному фактору. Но этот закон изменения со временем мы знаем. Мы смотрим за объектами, которые находятся от нас на разных расстояниях, на разных красных смещениях, а значит, это объекты, которые мы как бы сфотографировали в разные времена. И опять – измеряя угловой размер такого объекта, зная время или по красному смещению, мы можем проверить этот закон. В буковку l входит вот эта функция.

И примером такого наблюдения за структурами, за тем, как распространены галактики и скопления галактик вокруг нас, здесь фигурируют т.н. «Сахаровские осцилляции», они вот здесь, и анизотропии реликтового излучения – тот факт, что фотоны реликтового излучения, которые к нам прилетают, имеют немного разные температуры – это тоже входит в такого вида наблюдения.

И еще один – тоже понятный – способ измерения. У нас есть лампочка 40 Вт, мы знаем, что она 40 Вт. Она висит у нас на каком-то расстоянии, мы измеряем поток света этой лампочки, и, поскольку свет в обычном мире распространяется по сфере, мы точно знаем о падении этого потока, точно знаем, на каком расстоянии находится лампочка. Т.н. «стандартные свечи». Закон этот немного модифицируется, изменяется время, энергия, но, тем не менее, это такой же закон. И вот таким способом люди измеряют a(t), как она изменяется, и определяют состав Вселенной.

За последние 10 лет две Нобелевские премии по физике непосредственно относятся к этому роду измерений. «Анизотропия реликтовых излучений» – 2006 год, и «Ускоренное расширение Вселенной или темная энергия» – 2011 год, это стандартныесвечи –-  сверхновые. Результат такой: здесь на графике отложены величины, которые называются «относительный вклад той или иной компоненты в полную плотность энергии», вот здесь вклад материи полный, это наше с вами вещество, которое мы знаем, и еще некое гипотетическое вещество, которое точно так же ведет себя с точки зрения расширяющейся Вселенной. Ей, Вселенной, все равно.

Вот эта компонента, чья плотность энергии ведет себя при расширении как единица на масштабный фактор в кубе (1/масштабный фактор3), потому что, само по себе число таких частиц не меняется. Это стабильные элементарные частицы, это галактики, кирпичи – ей все равно, главное – этот закон. И из Вселенной такое вот число. При этом «темная материя» - это 25% и еще 5% – это наше вещество, которое мы с вами реально видим. Т.е, реально мы видим только 5%, а 25% – бог весть что, называется «темной материей», ее ищут, а еще 70% – это такая «темная энергия».

Это вообще очень странная компонента, которая не изменяется при расширении Вселенной. Вселенная расширяется, а плотность и энергия этой компоненты никак не изменяется. Очень странная компонента, нигде в физике частиц она не встречается. У нас с вами, когда мы обсуждаем механику, всегда тело падает с высоты h. С этой высоты относительно чего? Ну, относительно стола, допустим. Стол у нас – 0. Вот высота h. А можно было бы сказать «тело падает с h+50, пролетает расстояние h».

Не важно, где выбран уровень нормировки, уровень отчета, от которого вы отсчитываете. Когда у нас с вами в розетке напряжение, там есть «фаза» и 0. Где выбрал 0 – не важно, важно, какой перепад между одним контактом и вторым контактом. Именно этот перепад может убить. И так всегда. Лампочка излучает, светится, и какой-нибудь переход в квантовой механике из одного уровня на другой – не важно, чему равна величина уровня, важно, чему равен переход. Разность энергий, которые приобрел или отдал атом – вот это важно. Переход. А тут оказывается, что важно само число.

Сейчас эта компонента – это как будто полная плотность энергии, такой гипотетической, которая не изменяется. Самая такая настоящая. Она не чувствует даже фактор расширения Вселенной. В физике частиц такой компоненты нет. Что это такое – непонятно, поэтому опытов в физике частиц по поиску такой компоненты нет. Почему я так долго об этом говорю? Сейчас поймете. Коль скоро эта компонента – константа, то в будущем: Вселенная расширяется, радиация падает как масштабный фактор в четвертой степени. Ушла в ноль. Обычное вещество тоже падает как 1/масштабный фактор3, тоже нет его. Осталась только эта компонента. Константа. Постоянная плотность энергии – осталась.

Тогда, если мы посмотрим на это замечательное уравнение Фридмана, то что получается? Темп расширения Вселенной с этой стороны будет константой. Темп – постоянный, это изменение масштабного фактора со временем, решение этого уравнения – экспоненциальное расширение. И в принципе, это – инфляция.

Такое «дежа вю» случилось, потому что исторически эту константу ввел Эйнштейн, пытаясь сделать Вселенную наоборот, не экспоненциально расширяющейся, а статической, найти статическое решение. Потом от нее отказывались, потом она считалась равной 0, потом такого типа решение – а на самом деле, это инфляция, в ранней Вселенной, вроде сейчас это подтверждает эксперимент BICEP2,  по поводу которого, собственно, мы с вами собрались. Но та стадия, на которую мы сейчас выходим, очень похоже, что выглядит таким же образом. Экспоненциальное расширение с характерным временем порядка 15 млрд лет.

Тут, конечно, должно наблюдаться много всяких интересных явлений. Расстояние между нами и Луной, расстояние между нами и Андромедой (это галактики, гравитационно связанные друг с другом), конечно, не будут изменяться. Но расстояние до всех остальных объектов, конечно, будет экспоненциально увеличиваться, и, в конце концов, мы их перестанем видеть. Такая вот судьба, если, действительно, такая компонента в нашей Вселенной сегодня доминирует. 70%. Пока все сходится.

Хотелось бы еще отметить один факт: тут все разные наблюдаемые, эта сверх-новая – одна Нобелевская премия, вторая Нобелевская – это реликтовое излучение – вот такая плоская линия идет, что это такое. Это наш мир, как трехмерное многообразие можно воспринимать себе… Вообще-то, точка зрения, что Вселенная однородна и изотропна, может быть реализована, если мир – сфера, гиперболоид или плоскость. Но вот плоская линия – это ситуация, когда мир – абсолютная плоскость. Наблюдения по анизотропии реликтовых излучений показывают, что мы, по-видимому, очень-очень плоские. В точности это утверждение проверить будет нельзя.

Представим себе, что мы – муравьишки на воздушном шарике, который очень хорошо надули, так что радиус кривизны по сравнению с размером муравьишки очень-очень большой. Муравьишки ползают, и, конечно, для них поверхность выглядит плоской. Они никогда не смогут убедиться, что это – сфера, а не плоскость. Мы пока в такой ситуации находимся и, возможно, будем находиться в такой ситуации бесконечно долго. Но, если это инфляция, то, даже если мир был кривой, этот радиус кривизны или размер шарика экспоненциально большой. Это такое общее предсказание этой теории.

А теперь – вот такой у нас современный состав, такое у нас будущее, если это темная энергия с такими свойствами, как сейчас кажется, это такой «набросок» истории Вселенной. Теперь мы обращаемся в прошлое. А здесь вот температура – 2.7 К – известная температура реликтового излучения. А сюда – это более плотная Вселенная, более ранние времена. С этой стороны отложено гипотетическое время. От момента гипотетического Большого взрыва.

Что это такое? А вот что. Если я возьму уравнение Фридмана, которое мы с вами там нарисовали, и попытаюсь его решить, задам себе вопрос: если сегодня такой темп расширения Вселенной, сколько жила такая Вселенная? Выяснится, что такая Вселенная имеет конечный возраст, отсчитываемый от момента, когда плотность энергии в этой Вселенной обращается в бесконечность. Вот это решение допускается такое начальное условие, и от этого момента отсчитывается время.

Но время устроено так, что, если говорить о 14 млрд лет, то эпоха, про которую мы совершенно точно знаем, что она была –-  первичный нуклеосинтез, создание первых химических элементов –- отвечает по времени эпохе 1 сек.Поэтому этот возраст набирается на эпохе с понятной нам физикой, а все, что раньше – это такая одна секунда, за всю эту секунду прошло очень много физических процессов. Область энергии, которая сейчас стала доступной на БАК, за предсказание бозона Хиггса была вручена Нобелевская премия 2013 года, у вас была года полтора назад лекция В.А. Рубакова на эту тему.

Масса этой частицы примерно такая – 100 ГэВ, примерно в 100 раз тяжелее протона, и эпоха, к которой относится динамика этой частицы – это такой электрослабый фазовый переход, время 0.1 нсек. А то, что мы сейчас обсуждаем, это вот в эту сторону. Еще раз скажу, что такая интерпретация экспериментальных данных, которые получил эксперимент BICEP2, это время в этих единицах, время примерно 10-35 сек, т.к. это вообще где-то вот здесь.

О чем идет речь? Речь идет о том, что такая вот «горячая» Вселенная с какого-то момента начиналась, и начинаться должна не с этого гипотетического момента, когда плотность энергии была бесконечна, а с какого-то другого. Вот эта предыдущая стадия получила название «инфляция», а между инфляцией должна еще быть стадия «разогрева» Вселенной, и вот к этому этапу обсуждения мы с вами сейчас переходим.

Переходим через проблемы Большого Взрыва, что нам не нравилось в «горячей Вселенной».

Ну, подумаешь, что-то обращается в бесконечность, а мы понимаем, что бесконечности не бывает, и отойдем от этого момента немного. Да, еще раз скажу такой общий момент: спрашивают, когда говорят про Большой Взрыв: «А где был центр?» Если Вселенная такая, какой мы ее сейчас видим – плоская, то никакого центра не было. Даже, если посмотреть на этот мир откуда-то сверху – центра не было.

Вот мы смотрим на поверхность стола и понимаем, что этот стол можно представить себе как плоскость, продолжающуюся во все направления бесконечно, теперь эта плоскость начинает «собираться», становится более плотной. Но она по-прежнему бесконечна. В тот момент, когда плотность становится бесконечно большой, случается Большой Взрыв. От этого центра взрыва нет по-прежнему. Или – вот есть у нас воздушный шар, а мы – муравьишки. Воздушный шар расширяется, а центра у воздушного шара нет. Муравьишка не знает, что у шара внутри – пустота, муравьишка ползает только по сфере. Центра нет. И вот здесь тоже – взрыв был, а центра нет.

Теперь какие проблемы? Их больше, чем достаточно. Мы знаем только 5% из того, что нас окружает, а остальные 95% – это неизвестно, что. Да и как 5% образовались – мы не знаем, потому что 5% – это частицы, а античастицы куда-то пропали. Поэтому это очень большая загадка, но вопросы, которые мы будем обсуждать здесь – они основные. Откуда взялись и что такое – начальные флуктуации или неоднородности в распределении вещества, и проблемы горизонта энтропии и плоскостности.

Мы с вами обсудим только проблему горизонта, но  сначала про неоднородности. Мы сказали, что Вселенная однородна, изотропна, на больших масштабах, если посмотреть на картинку, то в среднем одно и то же количество галактик в объемах характерного размера 100 млн световых лет, например. Но в то же время мы видим, что есть галактики, а есть пустоты, там нет ничего. Т.е., на малых масштабах вещество распределено неоднородно. Это как-то должно было случиться, причина этого – пока загадка.

Кроме того, мы смотрим на анизотропию реликтового излучения – что это такое? Это небесная сфера, в которой, условно называя, «в каждой точке» эксперимент измерил вот этот самый «чернотельный спектр». И спектр оказался действительно «чернотельным», все, как положено, но температура немного другая. Немного – на уровне 10-4 – 10-5.  В относительных единицах. Немного разная температура. Вот здесь цветом обозначены эти пятна. Синие и желтые. Есть такие флуктуации в температуре.

Какие объяснения – откуда взялись эти пятна? Реликтовые фотоны у нас пришли от эпохи т.н. рекомбинации, когда образовывался водород. В более плотной Вселенной, в более ранней Вселенной в плазме есть фотоны, электроны и протоны. Летают, рассеиваются друг на друге. Вселенная расширяется, полная плотность падает. И в какой-то момент электроны с протонами образуют водород, который уже не разбивается фотонами. Они охладились настолько, что уже нет энергичного фотона, чтобы ударить по этому водороду и его разбить. Водород остался, а фотонам теперь уже не на ком рассеиваться.

Электронов и протонов поровну, никаких заряженных частиц в такой плазме нет, и фотоны полетели. И они долетели до нас, это и есть замечательное реликтовое излучение. И теперь простое объяснение тому факту, что с разных направлений мы видим разные температуры. Немного, но разные. Мы говорим, что там было немножечко побольше, а тут – немного поменьше электронов, поэтому рекомбинация здесь или там произошла немного попозже, немного пораньше. Поэтому температура фотонов, которые отщепились, немного разная. Вот такое объяснение.

Немного разное количество электронов в этом месте по сравнению с тем местом. Есть такие неоднородности в распределении электронов и, соответственно, фотонов и протонов. Что с ними стало? А вот что: когда у нас с вами образовался водород, Вселенная разделилась на компоненты. Фотоны сами по себе летают, водород – сам по себе. Водород вообще нейтральная частица.

Вот теперь представим себе ситуацию, что у нас с вами где-то лежат шарики, и где-то шариков немного побольше. Шарики друг друга никак не чувствуют за исключением гравитационных взаимодействий. Гравитационное взаимодействие дальнодействующее. Сила падает как единица на расстояние между двумя шариками – это одно свойство. У электромагнитных взаимодействий такое же свойство. А второе интересное свойство, отличающее его от электромагнитного в том, что там нет зарядов отрицательного знака. В случае с электричеством у нас есть электроны и позитроны, положительные заряды и отрицательные заряды. А в гравитации такого нет, все друг друга притягивают. Это – источник нестабильности.

Представим себе картинку: в зале шарики разложены, все на одинаковом расстоянии друг от друга, аккуратно выверены. И вдруг в одно место положили еще один шарик. Там гравитационный потенциал больше, там сила гравитационная больше, туда все шарики и начинают двигаться. Там шариков становится еще больше, сила еще больше, они еще туда слетаются. В конце концов, там образуется, если говорить о расширяющейся Вселенной, будущая галактика. Эта область настолько притягивает эти шарики друг к другу, так что они «забывают» о том, что Вселенная расширяется, что их сила гравитационного притяжения больше, чем сила, которая их расталкивает, и так образуются галактики и скопления галактик. И эти галактики и скопления галактик мы можем пересчитать.

Сколько больших, сколько маленьких. И они все пришли из этих первичных флуктуаций. Это те же самые флуктуации, которые мы видим здесь на картине анизотропии реликтового излучения. И, если учесть еще, что, помимо водорода в ранней Вселенной были частицы «темной материи», которые, считается, с фотонами не взаимодействуют и поэтому для них еще раньше наступил процесс «скучивания», образования группировок будущих прото-галактик, то картинки одна с другой замечательным образом сходятся. Т.е., величина этих неоднородностей, измеренная по анизотропии реликтовых излучений и по распространенности структур – ну, вот здесь какой-то такой график представлен, пытающийся это дело проиллюстрировать, – сходятся замечательно, совершенно отлично.

Амплитуда одинаковая, величина этих неоднородностей несколько больше – 10-4, сходятся отличным образом. Причем, у этих неоднородностей еще есть такое интересное свойство: эти неоднородности так устроены, в них нет выделенного масштаба. Если пользоваться какими-то спектральными характеристиками, представить себе эти неоднородности в виде вклада неоднородностей различных длин волн, как какую-то звуковую волну или звук мы можем разложить по гармоникам, если этот звук пришел, например, от гитары. Вот такая гармоника, вот такая, вот такая.

Так вот здесь нет выделенных гармоник. Все дают одинаковый вклад, т.н. «плоский спектр». Выделенного масштаба никакого нет. Такое свойство этих неоднородностей. Почему они такие, откуда взялись – ответа нет. Нет генератора таких неоднородностей в стандартной физике частиц и стандартной космологии такой «горячей» Вселенной. Но, если их заложить, сказать, что в самом начале в эту эпоху Большого взрыва они были с такими чудными свойствами, тогда все отлично сработает. Все замечательным образом сойдется, предскажется и будет самосогласовано. Но откуда они взялись – непонятно. Это – одна из проблем.

Вторая проблема – фундаментальная проблема «причинности». Вот мы говорим, что Вселенная на больших  пространствах и масштабах изотропна, а почему это так? На самом деле – это загадка, сейчас объясню, почему. Тут мы этот момент уже обсуждали, что значит «причинно-связанные»: если произошедшее в момент tА в пункте А, может  повлиять на события в пункте В в момент tВ.Не может, если свет не успеет пролететь расстояние. Если выполняется такое условие: если расстояние между двумя объектами больше, чем скорость света, умноженная на разность времен. Это причинность, к которой мы привыкли и, несмотря на все попытки теоретиков, а физика – наука экспериментальная, пока, вроде, причинность в физике у нас не нарушается. Это – в обычном мире. Но это понятие в общем случае расширяющейся Вселенной, как мы говорили, обобщается, в формулы должен войти масштабный фактор.

Тут представлены некие строгие формулы, но суть очень простая: вводится понятие космологического горизонта, это расстояние, которое прошли фотоны, испущенные в гипотетический момент Большого взрыва. Была эта маленькая точечка, которая потом расширилась до размеров нашей Вселенной, и вот в этот момент мы испустили фотоны. Весь возраст Вселенной фотоны летели куда-то. Это расстояние, которое они пролетели, это размер причинно-связанной области. Расстояние, куда они не могли долететь – там может быть все, что угодно. Причинно не связанные области.

Если Вселенная не расширяется, то фотон, который пролетел время t, покрыл расстояние S=vсвета х t. Это – размер причинно-связанной области. Теперь представим себе, что у нас фотон – в расширяющейся Вселенной. Вселенная расширяется и немного «оттаскивает» фотон от той точки, из которой он вылетел. Она ему помогает лететь. Поэтому за то же время в расширяющейся Вселенной расстояние, которое фотон пролетел, немного больше. Фактор 2-3х t. Здесь я еще букву c  пропустил, скорость света должна стоять. Но, тем не менее, этот размер (его еще называют размером горизонта), линейно зависит от времени. Понятное дело, потому что это просто летит фотон. И это размер видимой части Вселенной. Давайте теперь представим себе, что мы с вами регистрируем фотон.

Откуда он мог прилететь? Самый-самый ранний момент времени – это вот этот. Это – самое большое расстояние, которое мы в состоянии ВИДЕТЬ, это называется «размер видимой части Вселенной». Вселенная, может быть, и больше. Если она плоская, то она бесконечная. Но то, что мы видим, это (именно) вот такое расстояние, не больше, не меньше. В чем же проблема? А вот в чем: дело в том, что тот размер, который мы видим, он растет линейно со временем. А физический размер – мы говорили, расстояние между двумя точками – изменяется пропорционально масштабному фактору. Мы так его ввели с вами. А этот масштабный фактор изменяется со временем медленнее.

Если говорить о Вселенной, заполненной радиацией, «ультра-релятивистским веществом», это на самом деле, Вселенная всего-то с температурой выше, чем 1эВ, 0.1 ридберг. Это совсем ерунда – 10-6 массы электрона, если говорить в энергетических единицах. С тех пор Вселенная расширилась в 3000 раз. В более ранней Вселенной доминируют релятивистские частицы, радиация, и там масштабный фактор вот так себя ведет. В более поздней Вселенной, например, когда у нас рекомбинация произошла, там доминирует обычное вещество: барионы, темная материя, и там масштабный фактор ведет себя как время t2/3.

Как бы то ни было, физические размеры растут медленнее, чем растет горизонт, чем растет причинно-связанная область, чем растет область, которую мы физически можем наблюдать, которую мы видим. И с этим связана важная проблема, давайте ее обсудим. Смотрите: например, реликтовое излучение. У нас случилась рекомбинация – образование водорода в какой-то момент времени. Вот у нас размер причинно-связанной области в ту эпоху, или видимой Вселенной в ту эпоху.

И мы считаем, что в этой области Вселенной одновременно случилась рекомбинация. Образовался водород, фотоны полетели во все стороны. Температура там более-менее одинаковая, забыли про эти маленькие флуктуации, они здесь не по делу. Это – размер причинно-связанной области, здесь мы можем говорить, что какое-то явление произошло одновременно.

Теперь что происходит с этим размером? Этот размер, размер причинно-связанной области эпохи рекомбинации, как всякий физический размер эволюционирует дальше, увеличивается, Вселенная расширяется с масштабным фактором. Да, линейно с масштабным фактором, а, значит, со временем как t2/3.А видимая область – или размер горизонта, размер причинно-связанной области – растет линейно со временем.

Это значит, что гипотетический наблюдатель, которого мы туда поставим, в следующий момент времени увидит области, которые в эпоху рекомбинации не были причинно-связанными. И нормальный наблюдатель ожидал бы, что температура там будет другой. Фотоны, которые оттуда прилетят, их температура будет другая, потому что в той области рекомбинация случилась в какой-то другой момент времени. Ведь области причинно не связаны между собой.

Сегодня мы таких областей видим на небе примерно тысячу. А температура везде одинакова. Вот эти маленькие флуктуации – здесь это не то, тут человек ожидал бы изменения температуры на фактор 10, 100. Эти области совсем причинно не связаны между собой. Это совершенно не понятно. Что с этим делать – люди не знали, но предложили следующую идею. Инфляция: опричинивание, опустошение, сглаживание.

Идея следующая: если у нас как-то не получается с причинностью, появляются области, которые имеют одинаковую температуру, а были причинно-несвязанные, в рамках этой теории гипотетического Большого Взрыва «горяей» Вселенной, значит, давайте, мы эту причинность «наведем» между этими областями, но только до того, как эта Вселенная была «горячая».

Представим себе, что перед «горячей» Вселенной была какая-то другая фаза, и в этой фазе расширение Вселенной было устроено так, что очень большие области стали причинно-связанными. Простейший вариант – вы предполагается стадию экспоненциального расширения, на какой мы вроде бы сейчас находимся. Представим себе, что до этой стадии Вселенную вдруг экспоненциально расширили, увеличили. А то, что мы сегодня видим – это маленькая область этой экспоненциально большой Вселенной. Сначала так расширили, а потом она вышла на «горячую» стадию и стала развиваться так, как мы обсуждали. Тогда нет ничего удивительного в том, что мы начинаем видеть области, которые не были наивно причинно-связаны в ту эпоху, потому что они причинно связались до «горячей» эпохи, раньше этого.

Такая идея – предложить не в этот момент, а раньше. И вот на этой «ранней» эпохе эта проблема была решена. Выглядит это так: Вот это – какое-то расстояние, вот это – ось времени, вот мы смотрим сегодня на небо, видим такую область, из которой температура везде одинакова, а вот эти маленькие области, которые были причинно-связаны в рамках этой теории «горячего» Большого взрыва, и мы удивляемся, почему это они дают нам здесь одну и ту же температуру.  

Теперь мы говорим, что до этого момента у нас было такое: здесь конусы такие, это как свет распространяется. Вот он из точки вылетел, полетел сюда, полетел сюда, идет время, фотоны друг от друга удаляются. Вот это – размер причинно-связанной области, по которой фотон пролетел к этому времени. Идея состоит в том, что давайте мы до этой эпохи придумаем такую эпоху, которая «из мухи делала бы слона». Из маленькой области, вопрос о причинной связанности которой мы не задаем, предположим, это такая гипотетическая область планковского размера, такая совсем маленькая, самый такой квант расстояний.

В результате экспоненциального расширения он увеличился и стал таким большим, что то, что мы с вами сегодня видим – это, на самом деле, маленькая часть всего этого. Если такую идею себе позволить, тогда нет проблемы этого горизонта, нет проблем никакой сингулярности – кстати говоря, тоже потому, что экспоненциальное расширение (и) никакой бесконечной плотности не было. Еще предсказание состоит в том, что Вселенная совершенно плоская. Если и были какие-то «неоднородности», то в ходе большого, чудовищного расширения, все они сгладились. Все стало абсолютно плоским, без «особенностей». Такая абсолютно белая стена.

Тут можно сделать некие замечания: простейший вариант, который такую «штуку» реализует – это то, что мы сегодня обсуждали, возможно, то, на что мы вышли: Вселенная, в которой доминирует постоянная плотность энергии. Тогда, как мы говорили: берем уравнение Фридмана, определяем параметр Хаббла – это темп расширения, темп расширения постоянный, имеем экспоненциальное расширение. Идейно подходит. Но что не подходит – это то, что, если это константа, то она будет константой всегда. А мы с вами строим некую гипотетическую фазу, которая была до теории «горячего» Большого взрыва.

Была эта фаза или нет, мы не знаем, а то, что мы знаем – это то, что есть «горячая» Вселенная, начиная по крайней мере примерно с температуры 1 МэВ. Нам из этой фазы нужно как-то выйти, поэтому совсем константой это быть не может, инфляция должна когда-то закончиться, другими словами. Это мы точно знаем. Когда она должна закончиться? Самое минимальное требование, которое мы можем наложить – что после инфляции, когда Вселенная «разогреется», температура должна быть хотя бы несколько МэВ – мега-электрон вольт – потому что мы видим, что предсказания первичного нуклеосинтеза в предположении, что Вселенная была горячей, по крайней мере, с этой эпохи, отлично сходятся с наблюдениями.

К слову сказать, то, что сейчас пронаблюдали в эксперименте BICEP2, если это правильно, то это отвечает температуре примерно 1025 эВ. Вот настолько больше, если это всё правда. Теперь – раз инфляция должна когда-то закончиться, то сколько она длится? Вообще-то, конечно, мы не знаем – стадия гипотетическая. Но мы знаем минимальное требование на инфляцию, которое должно быть, оно заключается в том, что ту область Вселенной, которую мы называем «видимой Вселенной», в ней процесс опричинивания должен был случиться. Т.е., в самом начале времени должна быть стадия, которая расширила то, что сегодня называется нашей Вселенной до такого расстояния, которое нам необходимо, чтобы сегодня нам говорить о расстоянии в 1028 см. Это минимальное требование говорит нам, что масштабный фактор в эту эпоху должен увеличиться не меньше, чем 1030 раз. Этот фактор соответствует инфляционному времени примерно 100 обратных Хаббловских темпов, и, если соотнести к той величине, которая сегодня согласуется с наблюдениями, (если это правильная интерпретация), то это примерно 10-36 сек. Это – минимальное требование на время. Достаточно 10-36 сек, чтобы всё объяснить.

В реальности, конечно, странно предполагать, что, если вы такую стадию себе сделали, такого экспоненциального безудержного роста, то этот рост продолжался ровно столько, чтобы объяснить то, что мы сегодня с вами наблюдаем. Наверняка это не так, если уж этот безудержный рост шел, так он и шел, и поэтому Вселенная, на самом деле, расширилась (увеличилась), раздулась в заметно большее количество раз, чем 1030. И так в моделях, которые люди предлагают, чтобы реализовать такую стадию, и происходит. Реализаций такой идеи сколько угодно!

Тут играет ключевую роль аналог такого же объекта, как поле Энглера- Браута-Хиггса, квант которого был найден, и за которое Энглер и Хиггс получили Нобелевскую премию (2013), некое скалярное поле, можно сказать, бозонный конденсат. Простейший объект –-  одна степень свободы. Вот ее динамика – сначала медленная эволюция, а потом – быстрая – приводит к тому, что сначала у нас во Вселенной постоянная плотность энергии, поле никуда не девается, а потом оно медленно начинает эволюционировать, так сказать, и Вселенная с этой стадии сходит. Реализуется какая-то другая эпоха.

Конкретных реализаций очень много, и первые идеи были предложены Алексеем Старобинским и Андреем Линде.  Старобинский живет в стране и работает, Линде уехал в США еще в советское время. Алан Гус (Alan Guth), Пол Стейнхард (Paul Steinhardt), Нейл Турок (Neil Geoffrey Turok) – это американские, британский и южно-африканский ученые. Время, когда всё это появилось – примерно 1980-е.

Сейчас такое было бы невозможно, потому что сейчас, когда люди что-то предлагают, публикуют – это появляется в виде статьи и тут же появляется в Интернете и ясно, что данный человек вот это придумал. Тогда Интернета не было, были журналы, но идея носилась в воздухе и поэтому сразу несколько людей внесли свой вклад в развитие того, что сегодня формулируется как инфляция. Если подтвердят, то Нобелевская премия за неё будет.

Теперь смотрите – общие утверждения. Если у вас такая стадия, когда шарик экспоненциально увеличился, раздулся – все, что на этом шарике было нарисовано, все растянулось. Всё, что было до того – оно разлетелось. Если были какие-то две частицы, две галактики, они разлетелись друг от друга на экспоненциально большие расстояния. Если мы с вами посмотрим на какую-то область – эта область абсолютно пустая, там нет ничего, это абсолютное уничтожение истории, полное. Просто сожгли все книжки, ничего не осталось.

Более того, по этой идеологии задавать вопрос «А что было до этой стадии?» в каком-то смысле бессмысленно. Все следы замыты, наблюдаемых никаких нет, а значит, физически вопрос поставить нельзя. Философски – пожалуйста, а физически – тяжело задать. Так вот, никаких следов нет. В этом смысле, проверять нечего, за исключением наблюдения, которое было сразу понято: нет вклада кривизны.

Если наш мир – это не плоскость, а шарик или гиперболоид, сфера, то после экспоненциального раздувания для муравьишки на такой сфере все равно, что на плоскости. Любой кусочек абсолютно плоский, с экспоненциальной точностью. И все наши наблюдения, которые мы сегодня тут пытаемся сделать, «нащупать» кривизну, ни к чему не приведут. Предсказание в этой идее, которое можно проверить, единственно фундаментальное, состоит в том, что кривизны нет. Мир – плоский.

Но хотелось бы, конечно, что-то еще, потому что так это просто идея. И «что-то еще» замечательным образом оказалось связано с этими неоднородностями. С одной стороны, я сказал, что это – такая стадия, она всё «заметает», ничего не остается, из предыдущей эпохи всё пропадает. С другой стороны, чудесным образом выяснилось, что в этом же процессе рождаются те самые неоднородности, которые нам нужны, для того, чтобы объяснить анизотропию реликтового излучения и структуры, которые мы с вами видим. И тут связь квантовой и классической теорий.

Смотрим за тем же самым скалярным полем типа хиггсовского, типа Энглера- Браута-Хиггса, которое, в данном случае, отвечает за эту инфляцию и называют его «полем инфлатона». И смотрим в нем квантовые флуктуации.

У Хиггса уже нашли квантовые флуктуации, и здесь тоже смотрим флуктуации. Вакуумные. Реальных частиц нет, есть только вакуумные флуктуации, квантовые. История этих флуктуаций такая: Вселенная экспоненциально расширяется, смотрим какую-то флуктуацию с длиной волны λ. Т.к. Вселенная расширяется, то длина волны тоже экспоненциально увеличивается. Величина этой флуктуации – амплитуда – экспоненциально падает. Всё нормально, всё понятно.

Так происходит до тех пор, пока, так скажем, частота этой флуктуации – обратная длина волны – не станет порядка темпа расширения Вселенной (Вселенная расширяется, что характеризуется параметром Хаббла). И в этот момент происходит чудо, а именно: длина волны по-прежнему продолжает расти, а амплитуда «замораживается». Т.е., картинка такая: вот какая-то длина волны, вот такие у нас бегают волны. Длина волны пока меньше обратного параметра Хаббла, или на самом деле это тот самый горизонт, о котором мы говорили. Вселенная расширяется, этот размер экспоненциально уменьшается, этот экспоненциально увеличивается. Такой стала длина волны.

И так происходит до тех пор, пока длина волны физическая не соизмеряется с размером горизонта. С этого момента происходит чудо – физический размер по-прежнему увеличивается, длина волны увеличивается, а амплитуда зафиксирована, она не изменяется. Это чудо, потому что до этого момента были квантовые флуктуации, собственно, был единственный размер – длина волны, она определяла амплитуду и обратную амплитуду, и она определяла нам частоту. Вселенная расширяется, всё падает, всё уходит в «никуда», до тех пор, пока частота не сравняется с параметром Хаббла – здесь всё заканчивается.

Дальше происходит вот что: в какой-то момент инфляция закончилась. А у нас есть такая вот длина, такая флуктуация, с экспоненциально большой длиной волны. А, если бы это была квантовая флуктуация, то и амплитуда ее должна быть экспоненциально малой. А она не такая. Амплитуда-то заморозилась. И, поэтому с точки зрения квантовой теории, такая вот флуктуация содержит экспоненциально много таких квантовых флуктуаций. Можно позволить себе иметь в одном состоянии несколько частиц – это же бозонное поле – в данном случае, экспоненциально много.

Когда в одном состоянии экспоненциально много частиц, мы можем описывать такую ситуацию в приближении классическом. Здесь количество переходит в качество – большое количество квантов перешло в классическую флуктуацию поля. Здесь величина поля побольше, там величина поля поменьше. Вот такая история у этих неоднородностей. А дальше история такая: они стали больше, чем горизонт и тут некая иллюстрация, я не знаю, поможет она или нет, если хочется понять, что происходит.

Вот здесь – параметр Хаббла, темп расширения Вселенной. Зеленым цветом отложен. Вот инфляционная эпоха – примерно постоянный параметр Хаббла. Конечно, когда инфляция заканчивается, деваться некуда – темп расширения Вселенной должен перестать быть постоянным, должен начать падать, иначе мы не выйдем на «горячую» стадию. Но вот выходим на «горячую» стадию, параметр Хаббла падает, как положено, время растет. Параметр Хаббла падает обратно пропорционально времени. А вот эта красная линия – это флуктуация, за которой мы наблюдаем. Такая длина волны, неоднородность.

Что с ней происходило? До инфляционной эпохи (это вот здесь) длина флуктуации экспоненциально растет, соответственно, частота – величина, обратная длине волны – экспоненциально падает. Случилось у нее это условие, что частота равняется темпу расширения Вселенной. Ее амплитуда перестала падать, смотрим за ней. Длина волны, конечно, экспоненциально растет, амплитуда фиксирована, а частота, конечно, экспоненциально падает. В какой-то момент времени закончилась инфляция, и происходит обратный процесс. Дело в том, что физическая частота обратно пропорциональна масштабному фактору или длина волны обратно пропорциональна масштабному фактору.

Мы с вами говорили, что физический размер эволюционирует в степени ½ или 2/3, медленнее, чем  эволюционирует горизонт, который определяется обратным параметром Хаббла, здесь стоит 1/t. И поэтому в какой-то момент времени эта частота опять сравнивается с темпом расширения Вселенной.

Говорят, что длина волны в этот момент вышла за горизонт, а в этот момент обратно зашла под горизонт. Пока длина волны была здесь, амплитуда была фиксирована, а здесь опять начинается какая-то эволюция, здесь вот в эту эпоху, когда длина волны стала меньше, амплитуда опять начинает зависеть от времени, здесь происходит процесс образования неоднородностей, роста структуры и т.д.

Из тех длин волн, которые сгенерились в эту эпоху, время 10-36 сек; здесь время 250 000 лет. Это те самые волны, которые отсюда к нам пришли. Такая здесь картинка реализуется, замечательным образом сходится с экспериментом. Прелесть в том, что величина амплитуды волны фиксируется темпом расширения Вселенной. И поэтому для всех длин волн амплитуда одна и та же. Мы получили с вами  плоский спектр, который не зависит от масштабов.

Вот тут естественным образом предсказывается плоский спектр. И дальше, просто чтобы перейти к картинкам, которые рисует экспериментатор, нужно ввести пару понятий. Во-первых, то, что мы обсуждали, это неоднородности скалярного поля – это инфлатоны. Вдохновленные этой идеей мы можем все поля, которые там есть, так же расписать, сказать, что сначала были квантовые флуктуации, а потом что из них получилось.

Пишем такое уравнение для гравитационных волн, для флуктуаций метрики. Выясняем, что получается абсолютно такое же уравнение, и если у нас одинаковые уравнения, то и одинаковые решения. И, аналогично тому, как возникают моды, которые называются скалярные моды, возникают тензорные возмущения, эти самые гравитационные волны. Скалярные возмущения впоследствии приводят к возникновению неоднородностей в распределении материи.

Какой процесс? У нас Вселенная вышла из инфляционной стадии. Что она из себя представляет? В ней нет ничего, кроме этого самого скалярного поля типа Хиггсовского. Больше – ничего. В этом скалярном поле энергии много, но это – скалярное поле, а нам нужно Вселенную разогреть. Нам нужно ввести еще одну стадию – «разогрева», каким-то образом передать энергию из этого скалярного поля в частицы, создать плазму. И теперь смотрите: если у меня была где-то флуктуация этого скалярного поля, было его немного побольше, то когда его энергия перейдет в энергию частиц, там этих частиц будет немного побольше. Где их было поменьше, там будет поменьше. Поэтому в той плазме, которая возникнет, будет естественным образом сохраняться эта неоднородность.

Там будет больше или меньше электронов, больше или меньше фотонов. Замечательным образом эти неоднородности, которые в такой картинке возникают, они одинаковые, т.н. «адиабатические возмущения». Состав постоянный. Т.е., если где-то побольше электронов, там же больше и фотонов и протонов. Относительная концентрация частиц неизменна. Другими словами, всё можно характеризовать одной-единственной величиной  (где-то ее больше, где-то ее меньше), эта величина –- пллотность плазмы, температура плазмы. Все характеризуется температурой, в частности – той самой температурой, которая была у нас на картинке «анизотропия реликтового излучения». Так оказалось в нашем мире, а могло бы быть по-другому.

Мы же не знаем, например, механизм генерации частиц «темной материи», мы их вообще здесь не обсуждаем. Это какая-то новая физика. Может, они образуются каким-то другим способом, не таким, и тогда, возможно, есть ситуация, когда где-то больше этих частиц, а где-то меньше. Вот таких мод не видят, пока все согласует с тем, что или всех побольше или всех поменьше. Такая картинка.

Теперь – эти скалярные возмущения приводят к неоднородности в распределении материи.  Что такое эти неоднородности? Вот у нас есть среднее значение, это «ро», и на ее фоне мы пытаемся смотреть какие-то возмущения, где-то чего-то побольше, где-то чего-то поменьше. р в среднем равно 0, где-то побольше, где-то поменьше. Поэтому вводят понятие дисперсии – это квадрат этой величины, вот здесь р/р – такой контраст, отношение – насколько у меня больше локальная плотность энергии по отношению к средней плотности энергии.

По сути, пока это отношение маленькое, я могу рассматривать это как небольшие неоднородности, и их обслуживать. Как только это отношение станет порядка 1, вся эта моя история, что я изучаю расширяющуюся Вселенную, как там в ней и что эволюционирует, я должен выкинуть на помойку, потому что это все в моем приближении не работает, но зато в той области, где эта величина р/р=1 – что значит «порядка единицы»? Это значит, что в среднем в это место дополнительно пришло столько же энергии, сколько там было.

Эта область стала гравитационно-связанной, она «забыла» о расширении Вселенной и стала эволюционировать внутри себя так, как ей и положено. Это уже другая история. Как бы то ни было, формально эту величину – эту неоднородность в пространстве –-  раскладывают в ряд Фурье или раскладывают по частотам, как это принято. Здесь q – это частота. И вот опять такая история: это по определению называется спектр мощности вот этих возмущений, скалярных или тензорных, одинаковой формы. И смотрите – здесь q/q – это приращение частоты на частоту, если я частоту увеличу в два раза, эта величина не изменится. Сюда войдет фактор 2 и сюда войдет фактор 2, они увеличатся в два раза. Это отношение не изменится.

Это есть масштабный инвариант или спектр, который не содержит никакого выделенного масштаба, если вот эта величина – это константа. Вот этот спектр мощности – просто константа, сам по себе не зависит от частоты. Он константа почему: по той теории, которая у нас есть, он определяется амплитудой волн, когда они уходят за горизонт, а это – темп расширения Вселенной в ту эпоху, это примерно константа.

Теперь скалярные тензорные возмущения. Скалярные возмущения измерили давно, за нее получена Нобелевская премия в 2006 году. Соответственно, эти возмущения материи связываются с анизотропией реликтового излучения, отсюда можно определить этот параметр, он равен вот такому числу. И это позволяет каким-то образом фиксировать параметры этого скалярного поля, которое отвечает за инфляционную эпоху. Хорошо, зафиксировали. Наблюдаемое у нас всего одно – амплитуда. По счастью, есть еще наблюдаемые. Какие? На самом деле, спектр не совсем плоский. С чем это связано? Вот у нас выходят эти длины волн, замораживается их амплитуда, они замораживаются на величине темпа расширения Вселенной.

Если бы темп расширения Вселенной был постоянный, инфляция так и не закончилась, была бы вечной. Инфляция не вечна, это мы точно знаем, мы из нее вышли, поэтому темп расширения Вселенной немного изменяется. Естественно ожидать, что он немного уменьшается. Если он немного уменьшается, то длины волн, которые позже выходят, имеют немного меньшую амплитуду и из-за этого спектр не совсем плоский, он немного «наклонен», есть такой у него индекс, исторически вводят, буква здесь должна быть q, а не k*, извините.

Для скалярных мод ввели буковку ns-1, в «плоском» случае эта штука должна равняться нулю. А для тензорных мод ввели nt, в «плоском» случае эта штука должна равняться нулю. Вот так исторически ввели. И на самом деле, для скалярных мод эту величину довольно хорошо измерили. Например, знают точно, что она не равна «0». Она, действительно, немного от него отлична.

Это согласуется со многими инфляционными теориями – да, действительно, темп расширения Вселенной должен немного изменяться. А для тензорных возмущений их пока не видели, и для фитирования – обработки – экспериментальных данных использовали не величину амплитуды, а отношение мощности тензорных мод к скалярным модам. Предварительно скажем, что для тензорных мод, где только гравитация и  параметр Хаббла – вот там амплитуда тензорных мод зависит только от отношения темпа расширения Вселенной к массе Планка, или к гравитационной Ньютоновской постоянной, вводится такая величина массы Планка, имеющая размерность энергетическую (массовую), примерно 10-5 гр, если измерять ее в граммах. А вот это – Ньютоновская постоянная, вот такая связь.

Если я эту амплитуду измерил, то из этого соотношения – а Ньютоновскую константу я знаю – я измеряю темпы расширения Вселенной в инфляционную эпоху. А темп расширения Вселенной в инфляционную эпоху дается мне уравнением Фридмана, а значит, я знаю плотность энергии в ту эпоху. И вот я вышел на тот энергетический масштаб. Теперь результаты наблюдений, как это выглядело до эксперимента BICEP: эксперимент «Планк» был последним, в марте прошлого года они опубликовали данные первого года работы, вот здесь  отложено – вот это (написано «тильда») – это величина ns и, если она равняется 1, то спектр плоский.

Вот стоит единица. А вот здесь буковка «r», та самая, которую мы там ввели. И числа – 0%; 5%; 10%; 15; 20; 25. А здесь – доверительные интервалы, на уровне, как говорят, одного сигма или вероятности 65% и на уровне двух сигм и вероятности 95%, что это – правильная картинка. Есть синенькие и голубенькие, и красненькие и розовые. Они немного разные, они отличаются тем, что мы  еще добавим в анализ помимо результатов измерения анизотропии реликтового излучения эксперимента Планка.

Добавим мы данные по структурам или не добавим, добавим знания про то, что пришло из других экспериментов по анизотропии реликтового излучения или не добавим. Вот такие здесь линии, но все эти линии  нам показывают следующее: числа, которые здесь объявляются, это все исключения. Вот здесь область, которая разрешена экспериментально. Вот эти области закрыты с вероятностью лучше 1%, так скажем. И эти области какие? Они выделяют нам некое нетривиальное значение буковки «нс» (ns) - «нетривиальное» значение – это не совсем плоский спектр, а значит, мы знаем, как эволюционировал этот параметр Хаббла, значит, знаем, как эволюционировала плотность энергии в ту эпоху и, значит, мы можем какие-то модели из той прорвы, про которую я говорил, какие-то модели «пощупать».

И здесь всякие разные модели представлены, простейшие варианты  разных инфляционных моделей. А по этой оси буковка «r» и вот тут все согласуется с r= 0, в принципе. Есть r= 10%, но в принципе, согласуется r= 0. При  r= 0 – это нет никаких тензорных мод. Нет этих тензорных возмущений, или по той формуле это означает, что плотность энергии в инфляционную эпоху небольшая, темп расширения небольшой. И вот такие были результаты.

Отсюда ставилось ограничение на величину r, на амплитуду тензорных мод или на темп расширения Вселенной в «ранней» эпохе. Ограничения, если говорить о величине r~10%, если говорить о темпе расширения Вселенной – это было на уровне 1014 ГэВ, а, если говорить о плотности энергии, то это было на уровне 1016 ГэВ. Это 13 порядков по сравнению с тем, что мы достигли на БАК – там у нас 1 ТэВ (103 ГэВ). Гиго- и терра. Это совершенно чудовищные, конечно, плотности, которые мы таким опосредованным образом измеряем. А вот это вот – это измерение гравитационных волн непосредственное, здесь такие частоты, разные, а вот эта величина Ω – опять «омега» появилась, это относительный вклад гравитационных волн в полную плотность энергии Вселенной.

Смотрите, с точки зрения Вселенной эти неоднородности, которые зашли «под горизонт», у которых длина волны много меньше, чем размер видимой части Вселенной, с точки зрения Вселенной – это просто безмассовые частицы, гравитоны. Такие же, как фотоны. Точно так же себя ведут с расширением Вселенной – вклад в полную плотность энергии падает как единица на масштабный фактор в четвертой степени. И, соответственно, здесь можно в таких единицах характеризовать и все, что здесь представлено – это все ограничения.

Ничего не видели, конечно. То, что область длин волн, о которых идет речь с точки зрения измерения анизотропии реликтового излучения и поляризации – это вот такая частота 10-17 Гц или, если говорить о длине волны, но вот здесь у нас совершенно чудовищных размеров число, очень большая длина, недоступная для гравитационных интерферометрах, которые люди строят, чтобы ловить гравитационные волны…

Вы, наверное, знаете, что гравитационные волны были найдены опосредованно, за них дали Нобелевскую премию, по двойной системе, в которой частота вращения излучения изменялась со временем так, как предсказывала общая теория относительности, которая принимала во внимание, что при коллапсе излучаются не только электро-магнитное излучение, но еще и гравитационное. Вот по такому наблюдению дали Нобелевскую премию (Russell A. Hulse and Joseph H. Taylor, Jr, 1993), но напрямую гравитационные волны пока никто не видел.

И есть эксперименты, гравитационные интерферометры, особенно в Штатах. Эксперимент, который должен запуститься, здесь называется LIGO.  Это гравитационный интерферометр с «руками» несколько километров, висят зеркала, лазеры, в зеркалах происходит отражение лазерного луча, смотрится интерферационная картинка, если прошла гравитационная волна, то немного поколеблются эти зеркала и по изменению интерферационной картинки можно будет судить, что прошла гравитационная волна. Такая идея.

В принципе, эксперимент, который сейчас строится, должен видеть 1-2-3 события в год. От коллапса двойных систем. Но речь идет примерно о такой чувствительности, здесь величина примерно 10-5 – 10-6, а то, что анизотропия реликтового излучения нарисована, если говорить о числе 10-16 ГэВ – это амплитуда на уровне 10-14, т.е. на несколько порядков по величине нужно продвигаться, чтобы это посмотреть.

Тем не менее, есть другие предложения по проведению экспериментов. Это интерференционные эксперименты на космических аппаратах. Когда на больших расстояниях друг от друга расположены космические аппараты, они обмениваются лазерным лучом. Такого типа эксперименты. Но, как бы то ни было, это такое прямое измерение. Такого прямого измерения пока нет и нельзя сказать, какие перспективы – 10 лет или 30 лет, а то, что есть – это измерение анизотропии и поляризации реликтового излучения.

И здесь вот этот эксперимент BICEP2, та же картинка: вот здесь ns, вот здесь буковка r (тут стоит 0.002 – это некая нормировка, на которой эксперимент имеет самую хорошую чувствительность; нормировка – спектр наклонный, (но?) относительно чего, где выбрана эта точка? А эта точка выбрана на расстоянии 0.002 обратных мега-парсека). Так вот. Вот эта голубенькая – это результат BICEPа, когда он взял данные Планка, которые были, и к ним добавил свои, вот это – уровень или достоверность: 1 сигма или 65%, это – 95%, вот центральное значение – 0.2. И, если вернуться к предыдущей картинке, на самом деле это центральное значение сидит вот здесь, вот в этом месте.

Чтобы такую картинку нарисовать – вроде бы здесь «Планк» написано, они предположили некие свойства этого спектра. Дело в том, что, ситуация, когда мы ищем Хиггсовский бозон в стандартной модели на БАК, все параметры модели фиксированы, за исключением одного: это масса этой частицы, и вот его мы пытаемся найти.

В данном случае мы с вами обсуждаем гипотетическую эпоху, которая была или не была – мы не знаем, и таких моделей, как я сказал, очень много. Эти разные модели предсказывают немного разные ситуации со спектром: кто-то немного наклонный, у кого-то есть искривления, еще что-то.

Вот здесь предположено, что есть еще небольшое искривление, т.е. спектр не просто наклонный, а еще и выгнутый. Вот тогда из данных Планка можно получить более широкую разрешенную область, и в такой ситуации есть согласие между центральным значением, которое измерил эксперимент BICEP и данными Планка. Как бы то ни было, все равно речь идет о вероятности 95%, это не очень серьезно. Вот если говорить об открытии Хиггсовского бозона, там вероятности начинаются с 10-7, это т.н. 5 сигма, если говорить о Гауссовых распределениях. Это такое негласное число, если вы его получили, то считается, что оно гарантирует, что открытие сделано.

Исследователи из BICEP опубликовали свою статью, сказав, что они нашли ненулевую величину r, ненулевую амплитуду тензорных мод, потому что вот тут 65%, 95%, если дальше эти линии рисовать, то линия, которая будет пересекать 0 на этом рисунке, будет отвечать 7 сигма, даже не 5 сигма. Поэтому они так уверенно заявили, что они открыли. Да, конечно, если это все так, то это –  безусловно, Нобелевская премия.

Теперь – что они открыли. Свет у нас поляризованный, мы знаем – есть такие поляриметры, могут измерять поляризацию света. Ставим поляриметр и видим, что электрическое поле колеблется вдоль какой-то одной линии. Амплитуда этого колебания – это величина поляризации, линия – это положение плоскости поляризации. Вот с таким поляриметром смотрим на реликтовое излучение, и такую поляризацию люди экспериментально видят.

Такая поляризация есть действительно, потому что процесс, в котором возникли реликтовые фотоны, это процесс последнего рассеивания на электронах. Это такой процесс, в котором вылетающий фотон поляризован линейно. Там есть линейная поляризация. И, из-за того, что в первичной плазме электроны распределены неоднородно, свет, действительно, поляризован. И в этой поляризации можно выделить две моды: одна называется E-мода, другая – B-мода.

Рассмотрим какую-то точку. Предположим, здесь пятно яркое. Синее пятно, здесь температура высокая, здесь фотоны более горячие. А вокруг линеечки нарисуем такие палочки, величина палочки характеризует величину поляризации, положение палочки – направление поляризации. Тогда эти палочки можно разложить на две разные моды. Одна мода называется электрическая, когда палочки торчат из центра или перпендикулярны центру. А вторая – такая вихревая, когда они под углом торчат. Если представить себе такое вроде ротора, вращение вихревое, а это – такое из центра, радиальное, или поперечное. Это называется E-мода, это называется B-мода.

Если говорить о ситуации без тензорных мод, то там появляется E-мода. В ситуации с тензорными модами появляется B-мода. Собственно, B-моду эксперимент BICEP и обнаружил, объявил о том, что он обнаружил, и результаты они представили в таком вот виде. Что здесь отложено? Такая традиционная опять-таки картинка для изучения анизотропии реликтового излучения…

Вот у нас есть пятнышки на сфере. Их удобно представить в виде какого-то разложения по спектру. Как есть у нас звуковой сигнал, его удобно представить в виде разложения по гармоникам, по частотам. Вот здесь такой же вариант, только разложение по гармоникам на сфере. И вот здесь вот угловой момент – чем больше эта величина, тем меньше угловой размер флуктуации. Вот здесь примерно 1 градус, когда 100, здесь, соответственно, меньше и т.д. А эта величина в микро-кельвинах – это амплитуда этой флуктуации.

Что означает каждая соответствующая точка – означает вклад соответствующих как бы «пятен» характерного размера в полную эту анизотропию. Но в данном случае так отложили поляризацию реликтового излучения. Экспериментальные точки – черненькие, это то, что измерил эксперимент BICEP, а вот здесь r=0.2, это предсказания инфляционной теории с r=0.2. Вот такая должна быть линия. И, кроме того, есть еще такой вклад – вот здесь написано lensing – это следующее явление. Фотоны-то летят в расширяющейся Вселенной, конечно, но в этой Вселенной идет процесс формирования структур. Иногда фотоны пролетают мимо областей, где формируются галактики, скопления галактик. И там вполне нетривиальный гравитационный потенциал. И картинка фотонов немного искажается.

Мы видим уже результат, мы не видим оригинальной картинки анизотропии реликтовых излучений, мы видим результат фотонов, пролетевших через всю Вселенную. И поэтому, в принципе, наводится некая поляризационная B-мода за счет линзирования – искажения на фоне этих формирующихся структур. Вот это такое предсказание для этой моды, и эксперимент хочет такой картинкой нам показать – что экспериментальные точки совершенно замечательным образом легли на эту и на эту линию.

Это такая идея этой картинки. А здесь отложены предыдущие точки – это предыдущие эксперименты, которым «не повезло». Если эти «правы», то вот этим «не повезло». Не повезло кому много, кому немного, но, тем не менее, вот этим экспериментам здесь не повезло. Вот тут число 215 17 марта, чуть больше месяца прошло после выхода этой статьи, и теоретики пытаются как-то осознать, обмозговать, может быть, свести концы с концами и сказать, что «и Планк, и эти ребята правы» или не правы, напомнить о той инфляционной модели, которую кто-то из авторов предложил еще 15 лет назад, и, кажется, она сюда и попадает – всякие дискуссии такого типа. 200 статей. Это даже больше, чем было за месяц из-за Хиггсовского бозона.

Теперь заключение лекции – наши ожидания. Смотрите, что в данном случае ожидали. На самом деле, в ближайшие месяцы должны быть новые данные этого же эксперимента. У него тоже было две стадии. Более аккуратные точные данные будут опубликованы через пару месяцев. При этом, на самом деле они в них уже заглянули и объявили, что в принципе они более-менее согласуются, т.е. этот их ответ «не уйдет». Это у них такое утверждение. Кроме того, есть другие эксперименты по измерению поляризации реликтового излучения. Географически они расположены в одном и том же месте.

Этот эксперимент расположен в Антарктиде, на Южном полюсе, там, где находится большая американская станция. Там очень хорошие погодные условия, хорошая и чистая атмосфера, многие астрономические наблюдения можно делать со льда. И этот эксперимент тоже там находится, так сказать, конкурент. Им «не повезло», они на этом рисунке не представлены, но эти ребята измерили B-моду, только они ее измерили вот здесь, это мода, которая отвечает линзированию. Мультиполь примерно сотый отвечает примерно одному градусу. Часть неба, которую эксперимент может посмотреть, должна быть градус, не меньше. У других ребят пусть очень хороший эксперимент, но они смотрят небольшую часть неба. Поэтому сделать заключение о величине поляризации, относящейся к большому угловому размеру они не могут.

Что эти ребята смогли сделать – туда они прорвались. Тем не менее, этот эксперимент тоже должен выдать данные, они пытаются в эту область пройти, тем более, что сейчас они мотивированы тем, что их коллеги что-то увидели. Кроме того, будут опубликованы данные эксперимента «Планк» по измерению – это спутник, который летает и смотрит всю сферу. Он смотрит в 4пи. Он смотрит анизотропию и у них будут данные по поляризации реликтового излучения. На самом деле, окончательные данные «Планк» должен выдать в конце этого года, поэтому я сказал, что в этом году, наверное, ответ будет дан – либо это нашли, либо что-то другое.

Почему может быть что-то другое? Вот почему. Смотрите: это – астрономические наблюдения. Мы здесь что-то «поймали» и интерпретируем это дело. Мы не знаем ни что было в самом начале – придумали какую-то инфляцию, ни как расширялась Вселенная – придумали темную материю с темной энергией. Ни что между нами и этими фотонами – она летит себе, расширяется, образуются структуры, галактики, какие-то магнитные поля, пыль, еще что-то такое – этого мы ничего не знаем, это наши гипотезы, мы измеряем в разных диапазонах и что-то пытаемся сказать, как это устроено. Это всегда нужно помнить, во всех этих наблюдениях.

Опять-таки, пример с данными эксперимента «Планк», когда разрешили себе спектр не просто наклонный, а еще такой выпуклый, и сразу эта картинка изменилась, с точки зрения области, в которой могут быть инфляционные параметры. Если пойти дальше – есть «темная энергия», которая мы не знаем, что такое, в этих во всех исследованиях предполагается, что эта «темная энергия» – это космологическая постоянная, постоянная плотность энергии. Но у нас нет идеи – откуда такое взялось.

Это может быть не постоянная плотность энергии, а что-то немного эволюционирующее. Если это дело сюда включить, то все эти предсказания несколько «плывут», нужно себе это представлять. Но, тем не менее, основная проблема здесь другая, она вот в чем. Измерение поляризации, которое здесь проведено, проведено только на одной частоте.  Когда я говорил, что мы знаем точно, что спектр реликтовых излучений у нас «чернотельный», это было измерение на многих-многих частотах, там была такая картинка, очень красивая. На многих-многих частотах измерялась.

Когда измеряется анизотропия реликтовых излучений экспериментом «Планка» или предыдущим WMAP, измерения происходят на нескольких частотах, чтобы быть уверенным, что то наблюдение, которое мы делаем – регистрируем количество фотонов данной частоты – что это именно те самые фотоны, которые связаны с реликтовым излучением, а не какие-то прилетевшие к нам из Галактики или еще откуда-то.

На больших масштабах всё равно кажется, что анизотропия как-то выстроена с плоскостью галактик, и за это их (экспериментаторов) ругают, что они не так вычли или не тот фон галактический. А в данном случае измерение вообще сделано на одной частоте.

И в принципе, есть модели, которые приводят к поляризации такого вида, и ничему не будут противоречить. Просто астрофизика. Кроме того, мы знаем примеры в астрофизике – когда такое было. Есть много экспериментов, и сейчас они работают, которые были нацелены на то, чтобы исследовать космические фотоны с энергией 1 ТэВ и выше – как энергия протонов на БАК. И ожидалось, что такие фотоны не должны пролетать через всю Вселенную, потому что есть, на чем им рассеяться.

Выяснилось, что это не так. А потом – такого фона нет или такой фон есть, есть инфракрасный какой-то, есть такой. Это же далеко, мы этого измерить не можем, просто интерпретируем экспериментальные данные в рамках тех или иных предположений об астрофизике. Но эти предположения оказались несправедливыми. Здесь есть такая вероятность, что то, что наблюдается – это не связано с поляризацией, которая образовалась в эпоху образования реликтового излучения, а это «наведенная» поляризация, связанная абсолютно с другим.

Эксперимент «Планка» должен это посмотреть, потому что он будет отслеживать такие источники поляризации замечательным образом, поскольку наблюдения проводит на нескольких частотах. Это декабрь 2014 года. Что получится – не знаю, но, если это подтверждается, то это наверняка инфляция, потому что образовать такие тензорные гравитационные волны совершенно невозможно, их предсказывала только такая инфляционная идея, за это наверняка будут Нобелевские премии, причем – несколько.

Теперь – амплитуда этих неоднородностей гравитационных, волн, отвечает энергетическому масштабу, который в 1013 раз выше БАК, это значит, мы в эту физику залезаем, никаких других шансов нет, временные масштабы здесь 10-36 сек, это совершенная фантастика. А, кроме того, гравитацию можно квантовать,  потому что изначально эти неоднородности, которые были, их начальные условия были квантовые, как для всех квантовых полей. Квантовая флуктуация. И тут, конечно, можно много, о чем порассуждать, потому что, с одной стороны – мы квантовую гравитационную теорию не построили, нос другой стороны, мы не построили ее потому, что не умеем в рамках этой теории учитывать гравитационное взаимодействие.

Вот здесь никакого взаимодействия нет: все эти частиц, все эти возмущения, все эти флуктуации – все здесь свободно, можно убедиться, что для них это свобода, они не успевают ни с кем взаимодействовать, гравитационные волны распространяются через всю Вселенную, ни с кем не взаимодействуя. Поэтому они и содержат эту информацию, слепок с ранней Вселенной. Здесь, конечно, есть много всего для теоретиков подумать.

Кроме того, с точки зрения физики частицы, немного обращаясь к Нобелевской премии прошлого года, Хиггсовского бозона, заключение, которое из этого всего можно сделать (еще дополнительное заключение): что на самом деле физика частиц не полна, или самая тяжелая элементарная частица, которую мы сегодня знаем – это топ-кварк, он должен быть легче.

Это связано вот с чем. Вакуумное значение Хиггсовского поля определяет массы частиц, положение этого вакуума зависит от величины поля, от величины энергетического масштаба, и в стандартной модели – вот тут некая картинка «как может быть». Вот это – величина Хиггсовского поля, ее можно представлять себе, как некий шарик, который в таком потенциале может располагаться здесь, здесь и здесь, вот у него минимум, здесь он расположен.

Если он здесь расположен, то это как раз масштаб Ферми, 100 ГэВ, это наш вакуум, и величина бозонного конденсата, он здесь образуется, определяет нам массы всех частиц. Теперь в стандартной модели так оказывается, что такая простая картинка – на классическом уровне была бы вот такая картинка, ее так обычно рисуют, такая «мексиканская шляпа», Хиггсовская частица живет где-то вот здесь. Оказывается, что, с учетом квантовых поправок, появляется еще один минимум. Там где-то. Картинка зависит от величин параметров стандартной модели, а какие параметры есть?

Масса Хиггсовского бозона, величина-константа Хиггсовского бозона с другими частицами, из которых самая большая – это величина Юкавской константы t-кварк, она определяет массу t-кварка, в зависимости от этой величины этот минимум может быть, как говорят, «локальный» (т.е. выше, чем наш), а может быть «глобальны» – ниже, чем наш. Так вот, в стандартной модели так оказывается, если брать те центральные значения, которые сейчас намерили экспериментаторы, если брать те формулы, по которым теоретики вычисляют квантовые поправки, здесь физики насчитали очень много квантовых поправок, то картинка такая.

Появляется новый вакуум и наш вакуум, в котором мы с вами находимся, он нестабильный. С точки зрения классической теории ничего страшного нет, с точки зрения квантовой теории – плохо, потому что означает, что мы можем протуннелировать в тот вакуум. «Тоннельный процесс» для тех параметров, которые у нас сейчас есть, занимает очень-очень большое время, на эту тему можно не «заморачиваться». А на какую тему можно? Вот на какую.

Мы с вами обсуждали, что в инфляционную эпоху есть флуктуации всяких полей, в т.ч. – флуктуация поля Энглера-Хиггса-Браута. И величина этой флуктуации определяется темпом расширения Вселенной, параметром Хаббла в ту эпоху, соответственно, в инфляционную эпоху. Хиггсовское поле приобретает некую величину порядка параметра Хаббла.

Параметр Хаббла, как мы теперь знаем, если мы поверили в это наблюдение, это 1013 ГэВ. Вот на этой картинке 1013 ГэВ отвечает примерно этой точке. Т.е., это означает, что Хиггсовское поле в ранней Вселенной оказывается не в том вакууме. Сюда оно обратно не перебежит уже.

Отсюда выводы: либо физика не полна и есть еще какие-то частицы, которые мы должны учесть, мы их еще не знаем, и которые изменят эффективный потенциал квантового Хиггсовского поля, нашего поля, частицу которого нашли на БАК, либо те экспериментальные параметры, с помощью которых эта кривая нарисована, не совсем такие.

В данном случае, речь идет в основном о массе t-кварка, самого тяжелого  кварка. В ней есть некие неопределенности, картинка, конечно, нарисована без учета этих неопределенностей (как говорят, экспериментальных ошибок измерения), но если центральные значения такими, как они сейчас есть, и останутся, то это вот такая картинка, и мы попадаем не туда, а это означает совершенно точно, что есть какая-то новая физика.

Вот такой вывод следует из этой картинки для физики частиц, и иллюстрация может быть такой: если БАК – это микроскоп, потому что измерения с большими энергиями – это измерения на очень-очень маленьких расстояниях, то сегодня, глядя в телескоп, ученые узнали о физике на расстояниях, о которых у нас нет никаких идей, как строить микроскопы. Ну, и этот год покажет, правильны ли эти утверждения или нет, все будет очень интересно. Спасибо.

Обсуждение лекции

Борис Долгин: Спасибо большое. Надо сказать, что итог вообще очень оптимистический насчет «новой физики». Вы, конечно, сразу ответили на множество вопросов о перспективах, которых вам были бы заданы, но мы постараемся какое-то время отвести на вопросы.

Слушатель: Спасибо за очень хорошую лекцию. Вопрос такой: вы говорили, когда демонстрировали лазер, что луч локализован. Потом делокализован. Вот те фотоны, которые получаются сейчас на Земле, и те реликтовые фотоны, которые приходят из космоса, они имеют разные размеры или одинаковые? Спасибо.

Дмитрий Горбунов: В данном случае фотоны, о которых идет речь, это те самые фотоны, которые соответствуют «чернотельному» спектру с температурой 2.7 К, соответственно длина волны у них… Вот здесь нарисована длина волны, которая у них есть. Условно говоря, прилетает фотон вот такой вот длины. Здесь – 10 см, здесь – 1 см, здесь – 0.1 см. Все точки представлены разными экспериментами. В принципе, весь спектр люди измеряли, только на разных экспериментах. То, что сейчас измеряют прямо анизотропию реликтовых излучений – это фотоны, по-моему, в 5 точках они смотрят. Вот где-то в этой области. Смотрят на нескольких частотах. Для одной частоты – одна длина волны. Размер – ее обратная частота. Для каждой частоты – обратная…

Слушатель: Скажите, время 1 сек – время сейчас 1 секунда, это одна и та же секунда, или тогда часы шли быстрее?

Дмитрий Горбунов: Это т.н. «космологическое» время. Когда мы написали вот такую формулу… вот здесь, мы ввели общее время для всех. Это такое космологическое время. Поэтому это время одно и то же.

Слушатель: Простейший вопрос: почему реликтовое излучение, родившееся в «раннюю эпоху» жизни Вселенной, не обогнало материю, которая расширяется? Ведь скорость света больше скорости разлета галактик? Или оно «завернулось обратно»?

Дмитрий Горбунов: Нет, никто не завернулся. Смотрите. Мы с вами видим в данный момент времени, прямо сейчас, фотоны, которые летели, как положено, 230-250 тыс. лет от эпохи «горячего» Большого взрыва. Если бы мы с вами тогда существовали и смотрели, как наблюдатель, как это было: вот мы в этой точке, в которой потом будет Земля, наша Галактика. Фотоны, которые в этой точке образовались, отсюда улетели. Фотоны, которые образовались рядом, на расстоянии 15 м, тоже отсюда улетели. В каждый момент времени мы видим фотоны, которые от нас были расположены на сфере определенного радиуса. Потому что время, которое летели фотоны – одно и то же, это время, которое прошло с эпохи «рекомбинации», и, соответственно, они пролетели расстояние вполне конкретное.

Завтра мы будем видеть фотоны, которые пролетели большее расстояние. Мы видим фотоны, которые пришли на сферу. Представьте себе – лампочка. Она горит, и мы вроде всегда ее видим. Но теперь представим себе, что (есть) такой ряд лампочек, и они загораются. Мы открыли глаза, и мы увидим только одну лампочку. Так что совпало время включения лампочки и расстояние, которое фотон пролетел. Вот только эти фотоны и видим.

Слушатель: Такой вопрос. Вы сказали о линзировании как об источнике загрязнения для исследования «теперешних» волн, а как насчет других источников? Эта же чисто тензорные B-моды, и влияние пыли, например, в Галактике, не может изменить, а вот образование гравитационных волн на каких-то более поздних стадиях с образованием структур ? – они не могли сгенерировать волны, которые мы путаем с ? волн?

Дмитрий Горбунов: Линзирование на структурах – в принципе, это большие моменты l (эль), это маленькие угловые масштабы. Пыль, на самом деле, может привести к поляризации. Это специального вида «пыль». То, что астрономы называют «пылью» часто нормальный человек пылью не называет. Но пыль, в принципе, к этому может привести, и один из результатов эксперимента «Планка» будет в том, что он эту возможность отсечет.

Но каких-то других источников поляризации B-моды вот на таких больших угловых масштабах (это угловые  масштабы больше градусов), которые могли бы возникнуть в «поздней» Вселенной – в принципе, люди не обсуждают, кроме «условно пыли». Пока, по крайней мере. Скорее обсуждают какую-нибудь экзотику, которая изменила предсказания в «ранней» Вселенной. Но, поскольку это было совсем давно, и стадия – гипотетическая и ее можно «покорежить», пока она еще не фиксирована. Но других источников нет вроде бы.

Слушатель: Скорость расширения Вселенной может быть больше скорости света. Так?

Дмитрий Горбунов: В каком-то смысле эта инфляционная стадия – это вот такая стадия. Если не строго говорить, то это примерно оно и есть. Физические масштабы, физические размеры увеличиваются быстрее, чем летит фотон в плоском пространстве.

Слушатель: Получается, из этого, что должны быть галактики, скопления галактик, света, который до нас никогда не дойдет, так?

Дмитрий Горбунов: Точно.

Слушатель: В таком случае как можно говорить о возрасте Вселенной?

Дмитрий Горбунов: Возраст Вселенной в данном случае определяется так: вы берете эту «горячую стадию», про которую мы точно знаем, и верим в уравнение Фридмана. Там стоит с одной стороны масштабный фактор с точкой – это темп изменения масштабного фактора /масштабный фактор – это параметр Хаббла.А с другой стороны – плотность энергии.

Сегодня мы знаем плотность энергии, знаем параметр Хаббла и это уравнение можем, что называется, «отрешать назад». Просто решить его. Найти зависимость масштабного фактора от времени, и, соответственно, найти зависимость плотности энергии от времени.

Выяснится, что эта зависимость такая, что «назад в прошлое» мы можем идти только конечное время. Это время и есть эти 14 млрд лет. 14 млрд лет назад, если мы отвернем назад это уравнение, мы увидим, что плотность энергии будет бесконечной. Через эту точку мы пройти не умеем, поэтому мы говорим, что эти 14 млрд лет назад – это «возраст» Вселенной.

На самом деле, это возраст «горячей» Вселенной. Если мы говорим, что до этого там была такая инфляционная эпоха – ладно, если она длилась 10-36 сек, неважно. Но, что бы ни было до нее, все загладилось. До нее Вселенная могла жить бог знает, сколько. Поэтому какой полный возраст Вселенной, конечно, мы не знаем. Мы даже не знаем, сколько длилась инфляционная эпоха. Есть модели с вечной инфляцией. Но возраст 14 млрд лет – это возраст «горячей» Вселенной. Или, если хотите – возраст «пост-инфляционной» Вселенной.

Слушатель: Про анизотропию реликтового излучения можно говорить, что это картина поверхности последнего рассеивания. Если ? Хаббла – то, что видимая Вселенная, а дальше идет ? причинность, то начало Вселенной тоже причинно (не?) связано

Дмитрий Горбунов: WMAP и «Планк» – это картина последнего рассеивания – это правильно. «Горизонт» или видимая часть Вселенной – да, мы за нее заглянуть не можем. Но, если мы поверили в инфляционную теорию, мы знаем, что за ней – мир устроен точно так же, как у нас, на расстояниях экспоненциально больших по сравнению с нами. Если у нас 14 млрд лет, если их перевести в расстояние, видимый размер Вселенной – 1028 см. Вот можно сказать, что на расстоянии 1028 см умножить на экспоненциально большой фактор Вселенная такая же. «Такая же» с точки зрения крупно-масштабной структуры, столько же там карликовых галактик приходится на большие галактики, столько же скоплений, плотность та же самая, температура реликтового излучения та же самая – всё то же самое. А что дальше? Дальше этот размер, это экспоненциально большой размер, определяется тем, сколько длилась инфляция.

В принципе, есть этот размер. Вспомните, что хотела инфляция? Мы хотели сделать причинно-связной некую большую область. Если это экспоненциально большое раздувание – вот мы взяли некую область, которую мы считали причинно-связной, и ее раздули. Мы смотрим сегодня небольшой кусочек. Но область причинно-связной тогда была какого-то размера, поэтому, конечно, есть в этой картинке какой-то современный размер, начиная с которого мы, в принципе, можем ожидать, что мы какое-то отличие должны увидеть.

Считается, что мы видим только маленький кусочек в этой картине. Но, если сумеем заглянуть очень далеко (у нас нет никаких таких возможностей, особенно с учетом того, что сейчас мы выходим на такую же стадию, и начинаем удаляться от любого объекта экспоненциально быстро)... Но гипотетически, если на это как-то сверху посмотреть, то в принципе временем, сколько шла инфляционная стадия, определяется размер причинно-связанной области. Он экспоненциально большой, но конечный.

Слушатель: Вы сказали, что неоднородности реликтового излучения совпадают с неоднородностями в распределении галактик. В каком смысле?

Дмитрий Горбунов: Я  смотрю на анизотропию реликтового излучения, и считаю, что она  возникла из-за того, что в первичной плазме где-то было больше электронов, где-то было больше фотонов, вот они так носились, и рекомбинация случилась немного в разные времена в разных местах.

Теперь эту картинку я пытаюсь осознать с точки зрения общей структуры неоднородности. Выясняется, что эта общая структура неоднородности выглядит так: будто у меня есть некая амплитуда и абсолютно плоский спектр, он не чувствует масштаба. Вот с такой идеей – что спектр не чувствует никакого масштаба – амплитуду я знаю из величины анизотропии реликтового излучения, из того, насколько температура изменяется от точки к точке.

С такими начальными данными я подхожу теперь к материи и говорю, что – ага, есть распределение вещества. В нем также есть неоднородности, они так же устроены. Одна и та же амплитуда – эта амплитуда, спектр плоский. И смотрю, как такие неоднородности будут эволюционировать в расширяющейся Вселенной. И прихожу к тому, что – да, эти неоднородности будут расти, они будут образовывать галактики и скопления галактик. С таким спектром я могу предсказать – сколько у меня на одну большую галактику должно быть маленьких галактик, сколько на одно большое скопление маленьких скоплений. Это все определяется этим спектром.  

Я вижу, что эти предсказания согласуются с наблюдениями, поэтому говорю, что они один с другим сходятся. Вот эта картинка, я о ней ничего не говорил, она маленькая и ее плохо видно. Здесь отложена длина волны λ (лямбда) в мега-парсеках, а здесь – разные экспериментальные точки, которые пытаются этот спектр зафиксировать, измерить. Вот оно, предсказание. Здесь разные наблюдения – зеленые относятся к наблюдениям, которые пришли из анизотропии реликтового излучения, это очень большие пространственные масштабы.

Вот тут уже пошли разные галактики, когда люди просто смотрят каталоги галактик и смотрят, как часто попадаются большие, малые, на каких масштабах у них есть особенности в распределении. Вот здесь – скопление галактик, вот здесь такое слабое линзирование, а вот здесь на самых маленьких масштабах – написано «lyman alfa forest», это когда вы смотрите за светом квазара (это объект, который давно-давно в «ранней» Вселенной жил, сейчас уже помер, а свет от него летел). И он пролетал через области, которые потом стали галактиками и скоплениями галактик. Это было давно-давно. И при пролете через эти области свет рассеивался. Когда вы смотрите на свет квазаров, там есть такие «выбоинки», связанные с тем, что свет поглощался этим веществом, которое было в будущей галактике, а потом излучался куда-то в сторону, и к вам он, конечно, не прилетел. А там получаются такие «провалы».

«Провалы» образуют такой «лес» и по структуре этих «провалов» можно сказать, как были устроены неоднородности самых маленьких длин волн, самые маленькие масштабы, которые здесь представлены – вот здесь несколько мега-парсек (парсек – это 3 световых года). Это все сходится. И вот здесь анизотропия реликтового излучения – они смыкаются с предсказаниями, которые люди получили из изучения структур. Пока все согласуется.

Слушатель: Какой сейчас принимается скорость гравитационных волн?

Дмитрий Горбунов: Как у скорости света. После того замечательного открытия, который сделал эксперимент OPERA, никаких других данных не требуется. Сюда заложено… Во все эти исследования заложены: общая теория относительности, отклонений здесь нет. Конечно, скорость света…

Слушатель: Если теория относительности прежняя, новых физики и химии не будет?

Дмитрий Горбунов: Что значит «новая» или «старая»? В данном случае как: пытаясь описывать какие-то экспериментальные данные, люди сначала придерживаются консервативных позиций, что физика та, которую они до этого знали. Пришли новые данные – они пытаются их интерпретировать с помощью той же физики, которая была. В ситуации, когда это не получается, им нужно от каких-то представлений отказываться или вводить какие-то новые представления. Они пытаются это делать консервативным образом. Что здесь вне консервативного образа для космологии? Общую теорию относительности оставили, но ввели «темную материю» – пока ее нигде не видели, и ввели «темную энергию».

Вот здесь ввели инфляционную теорию. Но, введя такие понятия, используя старый аппарат общей теории относительности, при этом получили совершенно замечательные предсказания, которые с экспериментом чудовищным образом согласуются. Поэтому особенно сильно изменить общепринятые физические концепции довольно тяжело, а немного подправить – конечно, можно, вот эти попытки немного «подправить», добавить такую компоненту, сякую компоненту или еще что-то…

Слушатель: Если что-то расширяется быстрее скорости света, то оно с такой же скоростью должно взаимодействовать.

Дмитрий Горбунов: На самом деле, никакого взаимодействия у этих объектов нет. В каком-то смысле они не успевают взаимодействовать. Представьте, что там были две частицы, которые летели друг к другу и пытались провзаимодействовать. Хотели провзаимодействовать. Но, пока они это хотели, летели друг к другу, те точки, в которых они стояли, разлетелись на экспоненциально большие расстояния. Взаимодействия в этом смысле нет, здесь все свободно.

Эти гравитационные волны, которые здесь, они и тогда были свободны. Т.е., взаимодействие в принципе появляется, когда после инфляционной стадии мы пытаемся передать энергию этого скалярного поля, которое везде однородно, в наши частицы, которые потом заполнят плазму. Когда появляются наши частицы, там появляется взаимодействие – между частицами в плазме. Вот здесь появляется взаимодействие. До этого момента в этой картинке не реализуются условия, при которых может произойти взаимодействие, в том смысле, в каком мы привыкли – одна частица полетела, по другой шибанула. Такого здесь нет.

Борис Долгин: Спасибо большое за лекцию! 

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях, публичных лекциях и других мероприятиях!
3D Apple Facebook Google GPS IBM iPhone PRO SCIENCE видео ProScience Театр Wi-Fi альтернативная энергетика «Ангара» античность археология архитектура астероиды астрофизика Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса визуальная антропология вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология глобальное потепление грибы грипп демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии коронавирус космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. открытия палеолит палеонтология память педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы ракета растения РБК РВК регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы Сингапур смертность Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа эволюция эволюция человека экология эпидемии этнические конфликты этология ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.