?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Но что было до инфляции? И это более сложный вопрос. Правильно будет сказать: до инфляции не было классического времени. Это так называемая Планковская эпоха, или Планковское состояние. У него есть определенная плотность энергии, и там вообще не работает теория Эйнштейна, там нет ни пространства, ни времени в нашем понимании. Там есть некие кванто-механические величины, которые мы пока не умеем описывать, потому что это чудовищно сложная теория; это то, что называется квантовой гравитацией, и это пока что больше заклинание, чем теория. Такой теории попросту еще нет — она не сформулирована. Поэтому на вопрос, что было до инфляции, мы ответа не имеем. У нас есть только соображения, мало чем подкрепленные.

Я назвал имена четырех будущих нобелевских лауреатов. А кто из них что сделал? Первый — Старобинский — написал очень хорошую модель. Он придумал, откуда берется тяжелый вакуум и что с ним дальше происходит. Он получил его естественным образом. Но он не понял, похоже, всех следствий своей модели — насколько она решает все космологические проблемы. Это понял Алан Гут (правда, не для модели Старобинского, а для своей собственной). Его модель, откровенно говоря, была плохой, неправильной, в ней были прямые ошибки. Но он написал настолько хорошую и хорошо аргументированную работу — объяснил, откуда что берется, как тяжелый вакуум решает все проблемы,— что его считают отцом теории инфляции. Даже когда стало понятно, что он ошибся, все равно осталось ощущение, что он самый главный. Андрей Линде выправил сценарий Гута и показал, как на самом деле все работает. А Слава Муханов сделал еще одну очень важную вещь, но о ней чуть позже.

Все ответы были даны. Все поверили, что инфляция и есть тот самый начальный толчок, который сделал все правильно, сбалансированно. Теперь понятно, почему Вселенная всюду одинаковая, однородная. Есть еще одна приятная вещь — здесь нет никакого нарушения сохранения энергии. Энергия рождается из чего-то очень-очень маленького, но это не страшно, потому что суммарная энергия Вселенной — с точки зрения стороннего наблюдателя, если бы такой существовал, — равна нулю. Вселенная дается даром. Теперь следующий вопрос. Хорошо, сработала инфляция, дала нам однородную Вселенную, но мы-то видим, что она неоднородная. Мы-то видим, что есть звезды, есть галактики, а в больших масштабах она похожа на какую-то сетку, где волокна, какие-то пустые места.

Мегапарсеки — сотни миллионов световых лет. Каждая точка здесь — это не галактики даже, а скопления галактик. Если мы видим структуры, если знаем, что они были во Вселенной изначально, значит, мы их должны видеть и в реликтовом излучении. Пензиас и Вилсон его зарегистрировали, и если мы будем очень хорошо его мерить, то должны будем заметить пятнистость излучения. А ее долго не видели. И даже начали изобретать всякие теории, чтобы как-то обойтись без этой пятнистости. В какой-то момент людям стало очень дискомфортно, потому что они не видели пятнистости на уровне десять в минус пятой, глядя в крупнейший в мире радиоантенный телескоп российского происхождения «РАТАН-600». И действительно, я помню это время, эти конференции, и тот же самый Линде говори: «Ребята, мы в тупике». Но в 1992-м все-таки увидели эту пятнистость. Американский спутник COBE и наш «Реликт» что-то увидели, но качество снимков было ужасное. Буквально было непонятно, на что смотрим, — реликт это или артефакты какие-то? Но разглядели! И теория выжила, и все вздохнули с облегчением. А откуда взялось это «десять в минус пятой»? Как раз Слава Муханов это и вычислил.

Все знают, что есть такая наука, как квантовая механика, которая не позволяет ничему находиться в покое. В том числе она не позволяет быть пространству строго однородным. Сейчас флуктуации кривизны пространства ничтожны, потому что кривизна очень маленькая и силы, в ней действующие, тоже маленькие. На стадии инфляции Вселенной все эти квантовые флуктуации давали неоднородности, одни из них растягивались, другие как бы рождались заново. Это был конвейер! Когда Вселенная перешла в горячую стадию, когда вакуум выгорел, эти флуктуации остались и продолжали жить, продолжали расширяться вместе с Вселенной и в конце концов начали расти. И вот они выросли в эту структуру. Все наши галактики, все эти гигантские скопления галактик получились в результате кванто-механических эффектов. Мы привыкли к тому, что квантовая физика — это что-то маленькое, почти микроскопическое. Так вот, эта микроскопическая теория дала гигантские неоднородности размером в сотни мегапарсеков. Да и нас самих бы не было без них. Люди какое-то время не могли в это поверить, но сейчас это уже общее место.

На новом витке Второй космологический революции — в 2002 и в 2009 годах — в космос запустили два очень хороших аппарата. Американский WMAP и европейский «Планк». Оба — микроволновые телескопы, которые очень хорошо измеряют реликтовое излучение. Вот картинка, полученная WMAP, и та же картинка того же участка неба от «Планка». Качество сильно отличается, хотя, забегая вперед, скажу, что все сливки снялWMAP («Планк» добавил мало нового).

Вот карта реликтового излучения: где желтая — там ярче, где синее — там холоднее. Контраст не очень: самое яркое от самого темного отличается всего на одну десятитысячную. Здесь также вычтены все фоны, вычтена так называемая дипольная компонента, которая связана с нашим движением в пространстве. То есть это вычищенная карта, а что мы на ней можем увидеть? Правильный ответ: ничего. Много людей пыталось здесь что-то разглядеть. Например, аномально холодное пятно. Или какие-то пальцы, похожие на листья. Роджер Пенроуз, замечательный ученый, который в старости начал заниматься экзотическими космологическими теориями, видел на картинке концентрические круги. Какие-то люди даже нашли здесь антисмайлик и лик Христа на Туринской плащанице. На самом деле здесь не видно ничего. Некоторые здесь видят что-то, но это так же, как мы и в облаках находим барашков всяких, крокодилов. Человеческий глаз может быстро выхватить что-то узнаваемое из совершенно хаотичной картинки. Более того, есть специальная теорема, подтвержденная измерениями, что на этой картинке в принципе ничего нельзя увидеть, потому что она гауссова. Такой математический термин, который на житейском языке означает, что перед нами нагромождение пятен разного размера, никак не коррелированных друг с другом.

Но что же тогда из этой картинки реально можно узнать? Оказывается, многое. И первым, кто нашел эффект, по которому это стало возможно, был Андрей Дмитриевич Сахаров.

Старинная его работа 1963 года — еще до открытия реликтового излучения — так называемые сахаровские акустические осцилляции. Возьмем график. С ним можно проделать операцию, называемую «разложение Фурье»: надеюсь, многим это словосочетание знакомо, в школе, по-моему, это еще не учат, но на первых курсах института точно проходят. «Разложение Фурье» записи звучащей струны будет выглядеть как бесконечно узкий пик. Если струна плохая — получится бугор. «Разложение Фурье» ноты, взятой певцом, — это более широкий бугор с широкими крыльями. Наша речь — это «разложение Фурье» в виде появляющихся и исчезающих бугров. Оно на этой картинке говорит об очень простой вещи. Мы видим колеблющуюся картинку. И все благодаря Андрею Дмитриевичу, который показал, что в горячей Вселенной начинают ходить звуковые волны (условно звуковые: понятно, что это не человеческий звук — другие частоты, другие длины, другие скорости). Потом звуковые волны вдруг потеряли скорость и вообще замерзли. И вот в тот момент, когда звуковые волны замерзли, — а это 380 тысяч лет от начала Вселенной, ее детство — Вселенная изменила состояние. Была горячей плазмой, а стала нейтральной. У нее резко упало давление, звуковые волны замерзли — только одни волны замерзли в максимуме своей амплитуды, другие в минимуме, и в зависимости от длины волны мы будем знать ее амплитуду. Вернемся к рисунку. Зеленым начерчена теоретическая кривая. В ней есть некоторые произвольные параметры, которые подогнаны под то, чтобы кривая совпадала с красными точками. И этих параметров шесть штук. Это на самом деле необыкновенно мало для такой кривой. Я не являюсь профессиональным космологом и всю жизнь занимался астрофизикой, но когда я впервые глянул на эту картинку, то испытал шок. Как можно все так хорошо описать? Конечно, для космологов, которые этим занимаются давно, ничего шокового тут нет — они к этому подходили постепенно, многие годы. Над теорией горячей Вселенной работали десятки человек, если не сотни. И если им это удается до сих пор, значит, теория и вправду хорошая. Значит, хорошо люди понимают, как расширялась Вселенная, что в ней происходило и как это потом транслировалось в реликтовое излучение, которое мы измеряем.

Есть довольно важные вещи в этой кривой еще. Например: насколько наша Вселенная плоская, евклидова? Насколько велик этот наш пузырь? Видим ли мы его кривизну? Не видим. Что это значит? Что Вселенная, по крайней мере, в сто раз больше, чем участок, который мы видим. Инфляция очень быстро раздувает Вселенную до гигантских размеров. И мы сидим на микроскопическом кусочке — одной миллиардной, может быть, от всего размера Вселенной.

Теперь пару слов вообще об истории и о будущем Вселенной. На слайде вы видите всю историю Вселенной после начала Большого взрыва, то есть инфляцию я оставил за началом координат. Далее Вселенная расширялась по степенному закону. Потом ничего не происходило во Вселенной — и это называется «великая энергетическая пустыня». Очень вероятно, что что-то там все-таки происходило, но мы ничего про это не знаем, и пока что все эксперименты на ускорителях не дали нам никаких оснований думать об обратном. Дальше во Вселенной произошел фазовый переход, появилось знаменитое поле Хиггса, и физика Вселенной стала гораздо более сложной и разнообразной. Дальше произошел так называемый confinement — до этого летали кварки и гелионы сами по себе, а здесь они объединились в капельки, которые мы теперь называем протонами и нейтронами. Дальше образовались ядра дейтерия, гелия (первичный нуклеосинтез), далее началась эпоха рекомбинации, и это именно тот промежуток времени, который мы видим в телескоп. Время существования Вселенной, в которой возможна жизнь, то есть последние миллиарды лет, — это узенькая линия. Вот так она развивалась, и нигде, кроме нынешнего времени, во Вселенной не было возможности, чтобы образовались какие-то сложные структуры, — просто не хватало времени. Какую физику ни придумывай, все было безвидно, как говорится в Библии.

А что со Вселенной будет дальше? Сейчас во Вселенной опять идет инфляция — только другая инфляция, гораздо более медленная: пространство раздувается по экспоненте (точнее говоря, примерно по экспоненте — мы не знаем точно). И вся ее дальнейшая история зависит от того, что ее раздувает. Если это тяжелый вакуум, то Вселенная так и будет расширяться — в два раза за каждые десять миллиардов лет примерно. Что это значит для нас? Не для нас даже, а для жизни, которая продолжит нашу жизнь. Останутся в целости и сохранности Галактика и все скопления галактик. Но погаснут звезды типа Солнца. Еще 100 миллиардов лет будут светить красные карлики — и где-то возле них будет возможна жизнь, но потом вероятны всякие столкновения, после чего произойдет ренессанс, появятся новые выводки звезд, вокруг которых, в принципе, возможна жизнь. И люди той поры будут видеть хотя и порядком потускневшую Галактику, но все же массу звезд над головой и через сотни миллиардов лет.

Есть и более катастрофический сценарий. Если темная энергия, расширяющая Вселенную, окажется так называемой фантомной материей, у которой очень большое отрицательное давление, то Вселенную просто разорвет. Причем произойдет это очень быстро — за конечное время. Если темная энергия — физическое поле, которое заполняет все пространство, оно будет потихоньку уменьшаться, а Вселенная будет потихоньку расширяться. А потом — раз! — и это поле выгорит. И тогда во Вселенной образуется совсем новая физика с абсолютно новыми масштабами. Та Вселенная будет очень холодной, очень большой, и в ней будет все очень медленно двигаться и жить. Если там образуется — а почему нет? — какая-то новая жизнь, то она будет воспринимать этот фазовый переход как свой собственный Большой взрыв. А наши небесные тела будут ей казаться какими-то ужасными реликтами эпохи ранней Вселенной, от которых лучше держаться подальше.

Собственно, основная часть моего доклада подошла к концу. Остался лишь один вопрос: если Вселенная — это физический объект, то значит ли это, что она одна? Да нет, конечно. Сама постановка вопроса говорит, что замкнутых трехмерных шариков, из которых нельзя выпрыгнуть, может быть очень много. Есть одно наводящее соображение, говорящее в пользу этой теории: наша Вселенная удивительно хорошо подогнана под существование человека. Это так называемый антропный принцип — косвенное свидетельство того, что вселенных, скорее всего, много и они разные. Возвращаясь к теории инфляции: возникает вопрос — а откуда взялось множество вселенных? Оказывается, инфляция не может закончиться образованием одной Вселенной. Квантово-механический эффект. Поле не может сразу все уменьшиться и выгореть — где-то обязательно останутся кусочки. Зрительно это можно себе представить как бесконечно, безудержно пузырящуюся пену, где каждый пузырь — новая Вселенная. Вселенные могут быть связаны друг с другом так называемыми кротовыми норами, перемычками, которые могут испаряться, а могут и оставаться. Некоторые черные дыры могут быть кротовыми норами, ведущими в другую Вселенную, но в пределах нашего горизонта нет, скорее всего, ни одной. А почему вселенные разные? А вот здесь твердого ответа нет. Зато есть теория струн, на которую люди возлагают очень много надежд. Она сама по себе очень интересная, но вдаваться в нее я не буду, потому что в этом случае и вы переутомитесь, и я перегреюсь. Скажу одно: теория струн в принципе позволяет перестраивать вакуум. Вот я задавал вначале вопрос: Вселенная четырехмерная или одиннадцатимерная? И многие ответили, что одиннадцатимерная. Теория струн требует именно этого параметра от Вселенной. Все измерения скрутились в тоненькие трубочки, они могли это сделать огромным количеством способов, и каждый такой способ дает разную физику и разные Вселенные, в одну из которых мы с вами попали. В чем проблема теории струн? Она не может делать значимых предсказаний — невозможно указать, в каком из вакуумов мы сидим. Был огромный энтузиазм в 1980-х годах, что вот-вот мы определим массу электрона, массу кварка и все остальное. А оказалось, что все эти состояния зависят от вакуумов. И теория струн пока что зависла в состоянии, когда ее невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть. Останется ли она абстракцией или объяснит мир — этого никто не знает.

Я рассказывал о том, что мы знаем. Картина вообще полная и логически связная, но на ней все равно остаются дыры. Мы не знаем сущности, которая ввела инфляцию, не знаем, почему вакуум тяжелый. Кто-то скажет, что в таком случае я мог бы и не умничать тут так. Но поверьте: если я буду попроще рассказывать, получится попса, и у людей возникнет ложная иллюзия понимания. Допустим, показывает Discovery фильм: вот был во Вселенной звук, а теперь смотрите, какая красивая картинка, — люди посмотрели, и никто ничего не понял. Как я объясняю, тоже, наверное, не всем понятно, но кто-то в этом зале что-то все-таки понял. Я объясню, почему не могу рассказывать проще: вся красота, вся эта удивительность просто пролетели бы мимо.

В принципе, я закончил. Теперь небольшое отступление. Я написал книжку, где излагается все, что я только что наговорил. Но не только это. Есть в ней история про фантастических существ, которые якобы живут под толстым слоем льда примерно на спутнике Юпитера Европе и вообще ничего не видят дальше ста метров. В книжке рассказывается, как постепенно до них доходит, что над ними слой твердой материи, как они совершают кругосветное путешествие и думают, что заблудились, как изобретают гироскоп и определяют, что их мир вращается вокруг тяжелого гравитационного центра. В конце для оптимизма они у меня там высверливают дырку во льду и видят все собственными глазами. В действительности аналогия очень глубокая. Мы сейчас на стадии, когда уперлись взглядом в экран — а именно в область реликтового излучения — и дальше просветить пространство не умеем. Мы на стадии, на которой находились придуманные мной существа, двигаясь под многометровым наростом льда. Но пробурили же они лед. Будет ли у нас когда-нибудь такой прорыв? А почему нет. Только дырка, которую нам когда-нибудь предстоит пробурить, скорее всего, будет не вовне, а куда-то вглубь, во внутреннее пространство. То есть прозрение будет, скорее, теоретическое, чем практическое. И на этой оптимистической ноте я бы хотел откланяться.

Comments

( 12 comments — Leave a comment )
vivavivacce
Aug. 7th, 2015 09:34 pm (UTC)
Штерн - замечательный популяризатор, любим его.

Пузырьковая модель Вселенной - это, если не очень достоверно, то, по крайней мере, весьма весело!

Похоже, подозрение Вселенной в "антропности" в конце-концов приведет нас к пониманию и признанию существования Творца.

Вот только все равно останется вопрос: "А кто тогда создал самого Творца?"...

И, боюсь, на этот вопрос человечество не найдет ответа ни-ког-да.

Павел, спасибо за эту лекцию!
(Deleted comment)
lifter2012
Aug. 8th, 2015 07:19 am (UTC)
Вся статья умственный анонизм.
vova280175
Aug. 8th, 2015 11:37 am (UTC)
Павел, извините, вопрос не по теме. Вы в конце 2014 года прогнозировали что с февраля начнётся рост нефти, но она опять завалилась на январские минимумы. Какой сейчас у вас взгляд на нефть?
pavel_sviridov
Aug. 8th, 2015 12:19 pm (UTC)
Полгода - критический предел прогнозирования по динамике цен на нефть. Тот прогноз был верен на конец 2014 года и примерно по июнь. Но сейчас включилось очень много новых политических факторов, которые практически свели на нет осцилляторы объективных экономических циклов. Прогнозировать в таких условиях очень сложно. Многие трейдеры, торгующие с учетом астрологических факторов, очень надеялись, что соединение Юпитера и Венеры во Льве в трине к Урану в Овне даст рост цен на золото, например. Как это бывало раньше на исторических данных. Но те, кто управляет мировой экономикой нагнули цены на металл к минимуму. Зачем? Вполне возможно затем, чтобы Греция заплатила долги своим золотым фондом. И похоже так и случилось. 50 тонн слили. Есть и другие факторы. Так что, как минимум раз в квартал надо прогноз пересчитывать. А может быть и чаще...
vivavivacce
Aug. 9th, 2015 04:22 pm (UTC)
Хм. Значит, есть куда развиваться, Павел: переходить на более высокий уровень и пытаться прогнозировать ход мыслей тех, кто нарушает исторические тренды.

"Главная задача прогнозирования — не предсказать что-то, а подготовить тех, кто принимает решения. Это значит — поместить людей в пространство будущего с тем, чтобы они понимали, что оно отличается от пространства сегодняшнего дня. Ведь обычно мозги работают «прямо»: мы экстраполируем на будущее то, что мы понимаем и знаем сегодня. А если к человеку, принимающему решения, придет осознание того, что все может быть иначе, это уже завоевание. Если этот человек мысленно уже побывал в будущем, то он будет знать, какие вопросы ему придется решать при том или ином сценарии, и сможет к этому подготовиться. Главное — это не предугадать, произойдет что-то или не произойдет. Нужно подготовить руководство к тому, чтобы оно постоянно думало наперед, выстраивало планы, рассматривало альтернативы." - Ваш коллега А.Безруков это изрек. http://www.kommersant.ru/doc/2781713

Так вот я и говорю: есть куда развивать Ваши нейрокомпьютерные сети...
yulyag
Aug. 9th, 2015 05:21 am (UTC)
Павел Владимирович, значит в ближайшее время прогноза по нефти не будет, ни платно, ни бесплатно?
У аналитиков, мнение которых учитываю, трент вниз, по бренту критичный уровень, отменяющий долгосрочный up тред, 38$. Т.е. около 10$, всего ничего.
pavel_sviridov
Aug. 9th, 2015 11:11 am (UTC)
На платной основе я делаю финансовую аналитику довольно давно и вполне успешно. У меня сложился устойчивый круг заказчиков, что дает мне достаточно стабильный заработок. И в управлении есть неплохая сумма. А что толку делать бесплатные прогнозы в ЖЖ? Всегда найдутся "умники", которые насрут в комментах и оставят тебя в полном недоумении: зачем ты работал, для кого? Ведь то абсолютное большинство, которое потребляет содержимое моего журнала сидит тихо и никак себя не проявляет. Зато жалуется, что это вы, мол, стали редко писать, ждем-с, не дождемся... А я спрашиваю: А для кого писать? Вы кто? Как вас узнать?
yulyag
Aug. 9th, 2015 12:08 pm (UTC)
Понятно, спасибо. Наверное, на неадекватность не стоит обижаться, "умники" пользуются анонимностью и безнаказанностью. А беспокоят Вас потому, что ситуация в стране такая.
igorkondrashov
Aug. 11th, 2015 08:36 am (UTC)
Завершаю чтение книги "Миф эпохи Водолея". Искренне признателен и благодарен Автору за её написание. Эту книгу мало прочесть, её нужно изучать для правильного уяснения изложенного в ней материала.
Желаю Автору всяческих успехов, любви и доброго здравия.
Фарида Анисимова
Aug. 13th, 2015 09:47 am (UTC)
Почему-то у меня реликтовое излучение всегда ассоциировалось с Хаосом - строительным материалом для структуированной материи.
radomirtartarin
Aug. 22nd, 2015 04:29 pm (UTC)
как то так...
lZGEtNmJh.jpg
173274_photo.jpg
леденцы-космическая-нямка-баян-1532728.jpg
длиннопост-галактика-космос-вода-1445849.jpg
( 12 comments — Leave a comment )