«Появилась теория, которая лучше описывает мир, чем это делает уравнение Эйнштейна», - говорит доктор физико-математических наук, профессор Каталонского института перспективных исследований Сергей Дмитриевич Одинцов. Он считает, что с учетом недавних открытий альтернативная гравитационная теория F(R) пока что более состоятельна. Индикатором проблем с Общей теорией относительности стали темная энергия и темная материя, которые вносят основной вклад в массу Вселенной. Темная энергия составляет более 70%, а темная материя - около 23-24%. Обычное же, хорошо нам известное вещество - менее 5%. До обнаружения темной энергии и темной материи казалось, что Общая теория относительности – это единственная жизнеспособная теория, а все выпады против нее заканчивались фиаско нападавших. Показателем нового статуса сомнений стало признание в 2011 году Нобелевским комитетом открытия темной энергии.
- рассказывает Одинцов. Космическая жидкость, она же космологическая постоянная, - это дополнительное слагаемое в уравнении Общей теории относительности, которое ввел Эйнштейн в качестве своего рода антигравитационной поправки. Иначе вследствие действия гравитационных сил Вселенную ожидал бы неизбежный коллапс. После открытия закона Хаббла (закон расширения Вселенной) Эйнштейн убрал космологическую постоянную из уравнения, объяснив это тем, что она больше не нужна. Теперь же вновь возникла нужда в ней – или в другой теории, в которой эти эффекты будут учтены изначально.
Несмотря на наличие у этих явлений в названии слова «темная» - это две совершенно разные сущности. «Это только термины, которые обозначают то, что мы открыли, и что чисто теоретически мы знаем, но чего мы не видим», - объясняет Одинцов. «Темная энергия – это некая эссенция, космическая жидкость, изменение гравитационного поля, которая определяет поведение Вселенной в целом. В данный момент Вселенная расширяется с ускорением, и именно за это ускорение отвечает темная энергия. Темная энергия непонятно почему не взаимодействует с обычным веществом, то есть с нами, с Солнечной системой, и это очень странно. Во всех теориях, которые мы имеем, есть взаимодействие. Темная материя, в свою очередь, - это немного другое вещество или новый аспект гравитационного поля. Она взаимодействует с обычной материей, пусть и очень слабо. Темная материя не определяет эволюции вселенной в целом, хотя и дает довольно существенный вклад. Например, отвечает за спиральное вращение Галактик. Может быть, вы видели, что из себя представляют Галактики – это спиральные структуры, которые непрерывно вращаются. Считается, что вращение Галактик обусловлено именно темной материей. И это, кстати, основа для того, чтобы эту темную материю искать». К идее темной энергии шли постепенно. Большая группа ученых поначалу исследовала, как ведут себя сверхновые звезды Ι типа, как они удаляются от нас. Они изучали диаграмму светимости / расстояния - применяли формулы, которые описывают, объект какой светимости на каком расстоянии находится. Была создана классификация таких сверхновых. Из этой выборки можно было вычислить, насколько быстро эти объекты удаляются. Выяснилось, что происходит это все быстрее и быстрее (до этого полагали, что идет обратный процесс). Такие наблюдения и стали краеугольным камнем для того, чтобы предположить существование темной энергии, так как причиной ускоренного удаления объектов могла быть только некая энергия, вещество, либо космологическая постоянная. Если мы узнаем, что из себя представляют темная энергия и темная материя, то сделаем еще один шаг к ответу на вопрос, что такое гравитация. Но и до того можно представить себе интересные перспективы. Например, до сих пор неизвестно, что из себя представляет электромагнитное поле. Мы понимаем, что оно описывается определенными уравнениями, но почему это происходит и почему оно ведет себя таким образом, никто не знает. Однако мы его используем.
«Это, конечно, выглядит фантастикой, но, тем не менее, кто знает», - замечает Одинцов.
Альтернативная гравитационная теория F(R) - сейчас основной конкурент ОТО, говорит Одинцов. «Еще в 2003 году мы с моими коллегами предложили модель, которая является последовательной в том смысле, что она не хуже Общей теории относительности соответствует данным, которые мы видели внутри Солнечной системы. С тех пор наш подход продолжает развиваться. Создавались разные наблюдательные группы, которые пытались извлечь разные наблюдательные предсказания. Скажем, у нас есть какой-то комплекс фактов, например, Галактики ведут себя определенным образом. Представим, что мы пытаемся это явление описать теоретически. Тогда мы начинаем смотреть, какая из теорий этот набор фактов предсказывает. Наблюдательные следствия модифицированной теории гравитации делают это не хуже ОТО. Они сейчас являются конкурентами, и, более того, модифицированная теория гравитации может очень хорошо описать темную энергию и даже темную материю без необходимости вводить какую-то дополнительную компоненту в уравнение состояния Вселенной». «В модифицированной теории гравитации в данный момент мы не видим никаких проблем, - продолжает Одинцов. - Дело в том, что Общая теория относительности – это заданная теория. Как говорят физики, у нее есть действие, и мы работаем в рамках этого действия. В альтернативной теории гравитации у нас есть свобода. Это значит, что если наша модель станет чем-то нехороша, мы можем ее подправить, немножко изменить действие так, чтобы не ухудшить те свойства, которые мы уже знаем, но улучшить те свойства, которые становятся проблематичными. Именно так эта модель развивалась за последние 10 лет. Когда я был студентом в университете, меня учили, что единственная жизнеспособная теория – это Общая теория относительности. Другой теории не было - просто потому, что это единственная теория, которая удовлетворяет гравитационным числам Солнечной системы.
Ну, естественно, если я могу предложить тысячи теорий, из них я выберу сотни теорий, которые очень хороши по другим параметрам. Число сторонников альтернативной теории гравитации растет. Было множество попыток ее опровергнуть: выходили статьи с названиями вроде "F(R)-теория не жизнеспособна", а через 2 месяца я или кто-нибудь другой уже писали статью, доказывающую, что утверждения эти абсолютно неверны, и что наша теория остается полностью жизнеспособной».
В 2011 году в «Вестнике Томского государственного педагогического университета» была опубликована статья Сергея Одинцова под названием «Темная энергия, инфляция и темная материя в модифицированной F(R)-гравитации». Суть заключалась в следующем: альтернативная теория гравитации объединила инфляцию с космическим ускорением. Как объясняет Одинцов, «после Большого взрыва (мы до сих пор точно не знаем, что это такое) была эпоха инфляции, когда Вселенная расширилась мгновенно и приняла почти такой же объем, какой она имеет сейчас. Потом процесс расширения замедлился, произошел выход из этой инфляции. И где-то 5-6 миллиардов лет назад случился какой-то качественный скачок – почему-то опять темная энергия стала играть роль, и Вселенная вдруг снова начала расширяться с ускорением - все быстрее, быстрее и быстрее. Мы все еще живем в эту эпоху. То есть в физике принято выделять в эволюции Вселенной две эпохи ускоренного расширения: раннюю, после Большого Взрыва, и позднюю, которую мы наблюдаем сейчас. Дополнительным плюсом модифицированной теории гравитации оказывается то, что она одновременно может описать безо всяких дополнительных компонентов как раннюю, так и позднюю эпоху ускоренного расширения. В Общей же теории относительности для описания ранней эпохи нужно брать одну компоненту, а для описания поздней – другую. Это также проблема и с космологической постоянной. Почему космологическая постоянная в ранней Вселенной была одна, а в поздней Вселенной (если считать, что ускорение обеспечивается этой космологической постоянной) она изменилась в 10 -120 раз?
Или, например, если мы описываем эволюцию Вселенной в рамках скалярно-тензорной теории, или просто с учетом скаляров (скаляр – частица скалярного поля; в отличие от вектора не меняется в зависимости от изменения системы координат), то чтобы описать раннюю Вселенную, мы должны ввести один скаляр - инфлантон, который отвечает за инфляционное расширение, а для поздней нужен уже другой скаляр». Несмотря на то, что у альтернативной теории гравитации есть ряд преимуществ перед Общей теорией относительности, по его мнению, говорить о том, что остальные альтернативные теории больше не нужны, еще рано. Для этого физикам необходимо проверить весь набор наблюдательных данных, которые можно получить о крупномасштабной Вселенной (это Вселенная на расстояниях в десятки миллионов световых лет), а потом сравнить их со следствиями, которые вытекают из имеющихся теорий. «Вселенная эволюционировала 14 миллиардов лет, и то, что мы видим сейчас, – это маленькие кусочки! – комментирует ученый. – Представьте, что вам бабушка подарила зеркало XVI века какой-то странной формы. Вы его уронили, разбили, но у вас в руках остался 1 кусочек. Как теперь собрать это зеркало? Причем, в первоначальную форму? Ведь теперь его можно сложить другим образом. Вот это аналогия с нашей Вселенной». Чтобы объяснить новые данные с помощью ОТО, ее придется «подогнать», чтобы она объясняла все эффекты и явления. «И это одна из часто встречающихся в физике проблем: эффект фантюнинга – подгонки, чего очень не любят сами физики. Модель, для которой есть фантюнинг, обычно считается не очень хорошей. В идеале, следствия должны выходить естественным образом, а не только после специальной подгонки. Если теория верна, то она должна априори описывать определенный круг явлений. Когда же она описывает этот круг явлений, только если параметры точно подобраны (скажем, очень маленькие или очень большие), это указывает на внутренние проблемы теории. Обычно что-то в такой теории неверно, или она является очень приближенной.
«Какая из моделей победит, мы узнаем, дай Бог, лет через 10. И то - не факт. Для этого нужно придумать тест, какое-то наблюдательное следствие, которым обладает только одна теория из всех. Но это очень трудно», - отмечает Одинцов.
Материал подготовила Екатерина Синельщикова.
Настоящая публикация вызвала недоумение у ряда физиков, вес и квалификация которых не вызывает у нас ни малейшего сомнения. Мы публикуем краткую реплику по поводу настоящего текста доктора физ.-мат.наук, зав. сектором Петербургского института ядерной физики РАН Дмитрия Дьяконова.
Cергей Одинцов – квалифицированный профессионал, и непонятно, почему он написал популярную заметку так двусмысленно и непрофессионально (уточним, что материал подготовлен нашим автором по материалам интервью с Сергеем Одинцовым, однако был авторизован последним - "Полит.ру"). Если это сделано, чтобы популяризировать свою работу, то способ, прямо скажем, неудачный. Существо дела искажено кое-где почти до неузнаваемости.
1. Сергей Одинцов несколько лет занимается неким обобщением стандартного варианта общей теории относительности (ОТО), так называемой «f(R)-гравитацией», где R – кривизна нашего пространства-времени, f – какая-то функция. В стандартной варианте теории Эйнштейна – Гильберта (1915) берётся, не без основания, линейная функция, т.е. f(R) = R, но можно задаться и таким, в частности, вопросом: а что если на самом деле природой управляет какая-то более сложная функция от кривизны?
2. К сожалению, в статье умалчивается самое главное - что на самом деле в основе этой модификации лежит всё та же старая, хорошо апробированная идея Эйнштейна : в нашем мире наблюдаемые явления не зависят от того, какую мы выберем систему координат для их описания, и какими мы будем пользоваться часами. Отсюда, кстати, и происходит термин «общая теория относительности». Именно эта идея является замечательным достижением Эйнштейна и главным смысловым содержанием ОТО – на профессиональном жаргоне она называется «общей ковариантностью». А какая за этим общим принципом стоит функция от кривизны – дело уже второстепенное. Вместо того, чтобы объяснить это читателю, сообщается, что «f(R)-гравитация – основной конкурент ОТО».
Да она вообще не конкурент – это всё та же ОТО, по-английски General Relativity. «f(R)-гравитация» – это всё равно по-прежнему ОТО, проста одна из её ветвей. Если она и конкурент чему-то, то так называемой «стандартной космологической модели». Звучит не так звонко как общая теория относительности, но что делать. Нельзя же только ради более звонкого звучания вводить читателя в заблуждение.
Конкурентов «стандартной космологической модели» сейчас много, и априорно они имеют право на существование, Одни модели более мотивированы, другие менее. Надо проверять соответствие этих моделей наблюдательным данным и их внутреннюю согласованность. Одна из многих моделей – та, которой занимается автор, кстати, полностью профессионально.
3. По поводу простой вещи – «космологического члена» – написано что-то странное. Ну, хорошо, с чьей-то лёгкой руки (очень лёгкой!) соответствующие явления в космологии стали называть «тёмной энергией». Ничего не поясняющий термин стал в популярной литературе уже привычным – ладно. Но зачем это же самое ещё называть «космической жидкостью с очень странными, совершенно непонятными свойствами»?! Во-первых, свойства понятны, а во-вторых, ни о какой жидкости тут речи быть не может.
4. Статья написана небрежно и неточно – надо очень хорошо знать предмет, чтобы понять, что же автор имеет в виду. Но некоторые пассажи даже специалиста вводят в ступор. Например, доверчивому читателю сообщается, что «до сих пор неизвестно, что из себя представляет электромагнитное поле». Мы-то вычисляем с электромагнитным полем тысячи разных величин и наблюдаем совпадение с экспериментом на уровне одной десятимиллиардной, а, оказывается, нам всё ещё неизвестно, с чем это мы работаем! Не уверен, есть ли на свете хоть что-нибудь, что мы понимаем столь же надёжно, как электромагнитное поле.
Любой учёный, популяризирующий свою работу, сталкивается с трудностью: как описать сущее достаточно понятно и в то же время не погрешить против правды. Великого Нильса Бора как-то спросили: что дополнительно понятию «Истина»? Подумав, Бор ответил: «Ясность».
В этой статье Сергей Одинцов сделал такой крен в сторону «ясности», что истина почти уже не прослеживается. Да и ясности, признаться, немного.
