ACADEMIA. Александр Иванчик. "Космология. Новые горизонты".

Видео программы из цикла "ACADEMIA". Кандидат физико-математических наук Александр Владимирович Иванчик расскажет о звездах, черных дырах, экзопланетах, о том, что обнаружили специалисты в процессе новейших исследований Космоса.

Стенограмма 1-й лекции Александра Владимировича Иванчика, вышедшей в эфир на телеканале «Культура» в рамках проекта "ACADEMIA":

Добрый день! Садитесь, пожалуйста. Я рад вас сегодня видеть здесь, и сегодня я хотел бы вам рассказать лекцию о космологии, которая… название которой видно – «Современная космология».

Космология – это наука, которая изучает такой объект как Вселенная в целом, то есть, наука, занимающаяся изучением Вселенной, динамикой ее развития, применительно, так сказать, к этому конкретному объекту.

Сама космология зародилась, ну, скорее всего, тогда, когда человек стал задаваться вопросом, кто он есть, и что он представляет из себя в этом мире, и что такое есть этот мир? И датируются первые…датировка первых представлений о космологии идет, приблизительно, два с половиной тысячелетия назад. Но я хочу рассказывать не об истории космологии, а о её современном состоянии. Современное состояние космологии, как науки физико-математической, которую изучают уже как отдельный раздел астрофизики, можно сказать, уже физики, она началась, так сказать в современном ее представлении в начале прошлого века с очень знаменитых и довольно, ну, так сказать, один человек даже узнаваем по фотографии, это Альберт Эйнштейн, который в 1916 году сформулировал общую теорию относительности, которая вообще перевернула представление о мире, Ньютоновские представления о мире, существовавшие на тот момент.

Он сформулировал Общую теорию относительности, которая говорила о том, что пространство, Ньютоновское пространство больше не существует, статичное, неизменное, не существует. Пространство стало представлять из себя динамический объект, который, может быть, развиваться во времени, может быть не статичным, может изменять свои характеристики со временем, может быть кривым в том числе.

Следующее имя, которое может ассоциироваться с современной космологией, это Александр Александрович Фридман, советский в то время ученый, 1922 год. Он работал в то время в Петрограде. Этот человек решил уравнение Общей теории относительности непосредственно ко всей Вселенной, что до него еще никто не делал. Ну, разница в годах не очень большая, 1922 год – 1916, вот он взял уравнения Общей теории относительности, которые были выписаны Эйнштейном, и решил их. Решения были сами по себе тоже довольно революционны.

То есть Общая теория относительности, которую предложил Эйнштейн, была революционным представлением о геометрии и обо всем мире, решения, которые получил Фридман, тоже были революционными, настолько революционными, что сам Эйнштейн не поверил в это решения, и ввел в свои уравнения дополнительное слагаемое, которое, так сказать, изменяло решения Фридмана, возвращало представление о Вселенной на тот момент времени. Впоследствии введение этого слагаемого – оно называется лямбда – членом Эйнштейна – он назвал самой большой своей ошибкой в жизни.

Ну, и третье, наконец, имя, так сказать, начало века, которое положило развитие космологии уже как настоящей науки, как не философское мировоззрение, а настоящей науки, это им Хаббла, который открыл Закон разбегания галактик, или закон расширения Вселенной.

Значит, суть этого закона, теоретически предсказанного Фридманом, заключалась в том, что геометрия Вселенной может быть нестационарной, то есть, представления Эйнштейна о Вселенной, которые отражали представления всех людей на тот момент времени, а именно, что Вселенная статична, с ней ничего не происходит, мы живем в галактике, которую населяют звезды. Эти звезды находятся на своих местах, ну, за небольшим исключением – их маленького движения по пространству. Вот такое было представление о Вселенной, корнями уходящее к представлениям Ньютона, Кеплера, Коперника.

Фридман же, так сказать, решив уравнения Эйнштейна, показал, что на самом деле Вселенная может быть нестатичной, она может изменяться, она может расширяться. И это было очень удивительно для того момента, потому что не галактики двигаются по пространству, а пространство, рождающееся между галактиками, приводит к эффективному увеличению расстоянию между ними. То есть, само пространство меняется, изменяется и эффективно это выглядит, как разбегание галактик.

Так вот, Эйнштейн, который не поверил в это разбегание галактик, и ввел дополнительное слагаемое, вынужден был от него отказаться в 1922-ом году, когда Хаббл обнаружил это разбегание, когда Хаббл это разбегание обнаружил. Чуть позднее я покажу картинки, которые, так сказать, были получены Хабблом.

Следующая диаграмма показывает теоретические представления об Общей теории относительности и применение этой Общей теории относительности к непосредственно решению уравнений для Вселенной. Значит, выписано довольно сложная конструкция, между которой, между левой и правой частью стоит знак равенства. В левой части, где стоит тензоры, так называемые тензоры кривизны, - это функции, которые характеризуют кривизну пространства, его свойство. Это то, что стоит с левой части уравнения. С правой части уравнения стоит тензор энергии импульса - это что характеризует свойство материи, ее свойства, ее движение, и между ними стоит знак равенства. Это означает, что и материя может изменять геометрию, и геометрия, в свою очередь, изменяясь, может изменять как свойства материи, так и то, как она движется.

То есть, концепция ньютоновская после вот этих вот решений, отошла в сторону, и движение планет уже осуществляется не потому, что между Солнцем и Землей, там, так сказать, Меркурием и Землей существует сила притяжения, а потому что Солнце искривляет пространство таким образом, что планета, свободно двигаясь в этом пространстве, будет двигаться вокруг Солнца. И это заключено как раз вот в этих уравнениях. То есть, одна сторона – геометрия, другая сторона – материя. Вот они, так сказать, друг в друга… друг другу эквиваленты и могут друг друга менять, взаимно, так сказать, воздействовать друг на друга.

При этом, вот Эйнштейн, глядя на эти уравнения, получал некие статичные решения. Для этого он и ввел третье слагаемое с левой части, где стоит греческая буква лямбда, - это как раз то, что ввел Эйнштейн руками для того, чтобы подобрать это слагаемое руками ровно таким способом, чтобы геометрия Вселенной была статичной, не меняющейся.

А вот Фридман от этого члена, так сказать, отказался. Он его не вводит руками. И в результате у него получилось решения для Вселенной расширяющейся.

И вот в 29-ом году, наблюдая удаленные объекты, Хаббл заметил удивительный закон. Он заметил такую вещь, что, чем дальше объект находится от нас, нижняя ось дистанции до объекта, тем с большей скоростью он от нас удаляется. Вот это вот, так сказать, экспериментальные точки, которые видны на графике, они могут быть, так сказать, проэкстраполированы прямой, которая называется Законом Хаббла, Законом расширения Вселенной, Законом Хаббла. И этот закон записывается в простой форме. Скорость расширения, скорость разбегания галактик или удаления объектов пропорционально расстоянию, умноженное на константу пропорциональности. Впоследствии эта константа начала называться Константой Хаббла.

Величина, которую определил Хаббл, была определена с большой систематической ошибкой. Современное ее значение намного более точное, а ошибка Хаббла была связана с тем, что представления о Вселенной были довольно примитивные. Тогда думали, что мы находимся в одной галактике, в которой есть только звезды. И не было известно, что таких галактик, на самом деле, во Вселенной миллиарды, что наша галактика – это всего лишь один из гигантских островных звездных островов, которые находятся в необозримых просторах Вселенной. Таких галактик, на самом деле, не одна, а очень, очень много.

И вот Хаббл, не зная этого, наблюдал эти галактики. Но он думал, что это туманности. Поэтому расстояние до них он делал, так сказать, слишком маленьким, в результате вкралась систематическая ошибка в Закон Хаббла. Но сейчас этот закон выглядит уже, с точки зрения современных методов наблюдения, существенно более точно.

На этой картине показано современное наблюдение, то, как наблюдают сейчас Закон Хаббла в настоящий момент. Вот, внизу, в левом нижнем углу изображен маленький, маленький голубой квадратик – это тот диапазон параметров, в котором Хаббл и наблюдал свои галактики. Вот сейчас экспериментальная техника и возможности видеть объектов намного, намного, так сказать, простирается на более далекие расстояния, больше, намного большая чувствительность, объекты видят на расстояниях порядка сотен и даже тысяч мегапарсек, в то время как Хаббл наблюдал расстояние до десятков мегапарсек.

Что такое мегапарсеки? Мегапарсеки – это расстояние .. десять мегапарсек – это характерное расстояние между галактиками, соответственно, вот эти расстояния сотни до тысячи мегапарсек – это расстояния, в которые включены в объем, вот в эти объемы включены сотни галактик.

Хаббл, конечно, наблюдать их не мог, у него не было в тот момент ни аппаратуры, ни техники, какая есть сейчас. В результате закон уточнился. Сейчас он известен с очень хорошей точностью. Постоянная Хаббла записана вверху. Ее значение 72 километра в секунду на мегапарсек. То есть, галактика, которая находится от нас на расстоянии один мегапарсек, удаляется от нас со скоростью 72 километра в секунду. Галактика, которая находится на десяти мегапарсеках, удаляется от нас со скоростью 720 километров в секунду, и так далее.

Вот эта картинка показывает современное состояние космологии, и состояние космологии на начало прошлого века. В начале прошлого века Общая теория относительности Эйнштейна, уравнения Фридмана, решения этих общих уравнений Эйнштейна, э… уравнение Общей теории относительности, и закон Хаббла с систематической ошибкой 500 километров в секунду.

На второй панельке, конечно, немножко мелковато, но просто видно, какое количество современных значений для какого количества параметров, которые описывают Вселенную, известны сейчас и с очень хорошей точностью. Точность определения огромного числа параметров лучше одного процента.

Мы сегодня знаем о Вселенной, как она расширяется, ее возраст, скорость расширения в предыдущие эпохи развития, как формировались структуры. И вот эти все параметры известны с хорошей точностью и определяются различными методами, и методами наземной астрономии, методами космических экспериментов. Астрономия наземная и космическая наблюдает различные объекты в разных диапазонах.

Прощу прощения за задержку… И при этом проявляется очень любопытный феномен. Чем больше мы сейчас изучаем Вселенную, чем больше мы о ней знаем, тем темнее она становится. Ну, тем не менее, конечно, в кавычках, это сленговое выражение, потому что в современной космологии приняты такие высказывания, которые изучают как «темная энергия, темная материя и темные эпохи».

Что это такое, так сказать? Вот немножко картинка, которая показывает, какими способами и как далеко мы можем видеть Вселенную. Используя теоретические представления, современные теоретические представления, используя различную экспериментальную технику, мы видим Вселенную сейчас практически с момента ее рождения, практически с момента большого взрыва, начиная от нескольких секунд, когда происходили процессы первичного рождения химических элементов, которые называются «первичным нуклеосинтезом». Потом мы видим довольно хорошо сейчас этап, который был после 400 тысяч лет развития Вселенной. Это так называемая Эпоха первичной рекомбинации и формирования реликтового излучения. Потом мы видим эпохи формирования первых звезд, первых галактик, первых скоплений галактик. И это происходит приблизительно на масштабе один миллиард лет.

И, наконец, мы видим то, что мы видим сейчас вокруг себя, зная, что Вселенной порядка 14 миллиардов лет. То есть, на самом деле, знания о Вселенной сейчас очень сильно отличаются от того, что знал в свое время Эйнштейн. Мы знаем и очень хорошо знаем, как эволюционировала Вселенная от первых секунд ее рождения до настоящего времени. Но, тем не менее, так сказать, зная очень много, остается очень много и темных пятен во Вселенной.

И представления о том, что вот сейчас мы узнаем что-то, и все станет ясно, они не всегда оправдываются, чем больше мы узнаем, тем больше неизвестного и интересного во Вселенной выявляется для дальнейшего изучения.

Какие представления о том, чем заполнена Вселенная на сегодняшний день? Ну, известно, что во Вселенной присутствуют реликтовые излучения, радиация. И вклад радиации в настоящий момент – это меньше пяти тысячной процента, то есть радиация заполняет практически всю Вселенную, но по энергетике ее вклад практически ничтожен. Что было не так совершенно на ранних этапах развития Вселенной. На ранних этапах развития Вселенной радиация доминировала.

А стандартная материя, из которой состоим мы, химические элементы, из которых состоят планеты, из которых состоят звезды, из которых состоит межзвездный и межгалактический газ, составляет всего 4 процента. То есть, привычная нам материя – протоны, нейтроны, состоящие из них ядра, состоящие из ядер и электронов атомы, из атомов состоящие молекулы – это все всего лишь 4 процента от вещества энергии, которая содержится во Вселенной. Все остальное 96 процентов – это какие-то другие формы материи, до сих пор нам неизвестные. Соответственно, очень много зная о Вселенной, как она эволюционирует и так далее, у нас появились новые вопросы, на которые отвечать будут, так сказать, следующие эксперименты по космологии, по физике элементарных частиц, по теоретической физике.

Но, чтобы понять, как мы подошли к этому, нужно объяснить, какие ключевые эксперименты позволяют нам определять,.. наиболее точно дают нам космологическую информацию?

И следующим этапом развития космологии стал 48-ой год. Значит, вот Хаббл, конец 29-го года – это то, что так сказать, Вселенная подчиняется общим теориям относительности, уравнения общей теории относительности. Она не стационарна, она расширяется, но вот в 48-ом году бывший наш соотечественник в 48-ом году он живет в Соединенных Штатах Америки, Георгий Гамов, он работал вместе с Ландау и учился, потом работал некоторое время вместе с Ландау и Иваненко в Санкт-Петербурге, в физико-техническом институте. Он был аспирантом. Потом он уехал в Штаты.

Вот, зная, что во Вселенной есть радиация, он понял, что на очень ранних этапах эта радиация должна доминировать, причем настолько сильно эта радиация разогревается, что, когда Вселенная, характеризуемая параметром – вот он здесь представлен в виде буквы зет, это так называемое космологическое красное смещение. А смысл его заключается в том, что он показывает, этот параметр показывает, насколько Вселенная была меньше в прошлой эпохе, чем сейчас. Вот здесь стоит циферка 10 в девятой, то есть, в миллиард раз.

Вот, когда Вселенная была меньше в миллиард раз, чем сейчас, радиации в ней было столько много и излучения по своим характеристикам – плотность энергии – содержала столь большую, что оно разрушало все молекулы, все атомы, все ядра даже, которые существовали и состав вещества был – это было горячее протон-нейтронно-электронная плазма, которую в этом состоянии поддерживало фоновое излучение, которое в данный момент, в момент 14 миллиардов лет назад, доминировала и не позволяла протонам и нейтронам соединяться, чтобы образовывать химические элементы.

Но, поскольку Вселенная расширяется, то есть, вот она родилась, в первые несколько секунд, она очень и очень горячая, но дальше расширяясь, Вселенная охлаждается, то с какого-то момента протоны начали слипаться с нейтронами, образовывать более тяжелые элементы: дейтерий, гелий, и еще более тяжелые элементы, начали формироваться, так сказать, первые элементы таблицы Менделеева.

На тот момент теория, естественно, и практика были не столь хорошо известны, как сейчас, и они были еще довольно сильно засекречены, потому что этот момент, когда создается атомная бомба, поэтому процессы ядерной реакции, ядерные процессы, они все в тот момент засекречены, имеются только самые общие представления.

Гамов не допущен к манхеттенскому проекту, поэтому он не имеет информации о реакциях, точных значениях в сечений реакций, и реакций ядерных элементов, но, тем не менее, некие простые представления позволяют ему оценить какой должна была бы быть первичный химический состав Вселенной и температура излучения сегодня.

Вот эта картинка – уже современный расчет, расчет выхода химических элементов. Вселенная расширяется в моменты порядка первые три минуты, есть книжка такая знаменитая у Вайнберга, происходит процесс с первичного нуклеосинтеза, когда из совершенно простой по форме материи, протонов и нейтронов, формируются более тяжелые элементы. И вот после трех минут Вселенная расширяется настолько, что ядерная реакции протекли и остановились. Дальше они уже тоже не текут. То есть, Вселенная стала довольно разреженной, частицы не успевают сталкиваться, она остыла. Они сталкиваются с маленькими энергиями, поэтому больше ядерные реакции не протекают.

И что мы видим, какая, так сказать, химия Вселенной на тот момент, после первого… после первых минут «Большого взрыва»? Химия очень простая – 90 процентов по количеству атомов это атомы водорода, 10 процентов – это атомы гелия. Следующий тяжелый элемент – дейтерий, его всего десять в минус пятой. Следующий элемент еще меньше. То есть, Вселенная представляет из себя очень простую по химии структуру – это водород и гелий, и больше ничего.

Можно задать вопрос, так сказать, а что тогда такое мы, откуда мы взялись? Мы состоим из углерода, кислорода, магния и, так сказать, практически всей остальной таблице Менделеева, откуда же взять все эти химические элементы? Они берутся в результате эволюции звезд, когда зажгутся первые звезды, то есть, когда Вселенная остынет настолько, чтобы газ смог клампироваться и создавать первые звезды. Эти первые звезды, сгорев, взорвутся. В момент горения они пережгут водород, пережгут гелий, образуется углерод, кислород, магний, и практически вся таблица Менделеева до железа. Железо является наиболее устойчивым ядром.

В момент взрыва будут образованы еще более тяжелые элементы за железом. После этого эти тяжелые элементы, после того, как первая звезда взорвалась, образуются… ну, эти процессы, конечно, довольно длинные. Первые звезды жили порядка нескольких сотен миллион лет, следующие звезды будут жить миллиарды лет, ну, так вот после взрывов первых звезд, образуются вторые звезды.

Вот наше Солнышко и планета наша, на которой мы живем, это звезда второго поколения, а мы, соответственно, представляем из себя пепел звезды первого поколения, то, из чего мы состоит, горело в звезде первого поколения. Мы представляем из себя прах звезд.

Следующая картинка, которая позволяет объяснить, как изучается химический состав. То есть, чтобы сравнить теоретические предсказания первичного нуклеосинтеза, которые, так сказать, были заложены исходом гаммовым и которые сейчас очень хорошо известны, нужно, вообще-то говоря, померить во Вселенной содержание первичных элементов, чтобы понять, а каковы были условия на ранних этапах развития Вселенной, как происходит изучение химических элементов во Вселенной?

Вот есть такие уникальные объекты, которые называются квазарами. Наша галактика и, наверное, скорее всего, как это считается сейчас, все галактики другие проходили в моменты своего рождения этапы, когда их ядра, которые состоят из сверхмассивных черных дыр, при этом, надо, так сказать, понимать, это я сейчас так говорю «сверхмассивные черные дыры», а на самом деле в ранние этапы, когда Эйнштейн написал свои уравнения, черные дыры – это решение уравнений Общей теории относительности, это решение уравнений Эйнштейна, это вещь довольно не тривиальная. Так вот, в галактиках практически в каждой существуют сверхмассивные черные дыры, и на начальных этапах развития галактик они были активными. Они активно затягивали в себя звезды, они активно их сталкивали. Сталкиваясь, звезды взрывались. Они своей гравитацией разрывали эти звезды. Они закручивали газ, который нагревали до огромных температур. И разогретый газ начинал светить. И светил он в десятки, в сотни, в тысячи раз ярче, чем светила вся родительская галактика.

А что это означает? Это означает, что такие объекты можно видеть с самых далеких расстояний, практически на краю Вселенной. И вот сейчас наблюдают такие объекты – квазары, которые являются активными ядрами галактик, их наблюдают на больших расстояниях, на расстояниях, которые покрывают практически все пространство Вселенной. И свет, который идет от этих галактик к нам, он идет, во-первых, 14 миллиардов лет, а, во-вторых, когда он идет, он протыкает галактики, которые лежат на пути у него, то есть, на пути между квазаром и наблюдателем. И этот свет, проходя через эти галактики, взаимодействует с излучением, с веществом излучения от квазаров взаимодействует с веществом. Взаимодействие с веществом приводит к тому, что в спектре квазара появляются абсорбционные линии, детали, которые впечатываются от этой галактики. Причем, каждые эти линии впечатываются в том месте, где по расстоянию и по времени находится галактика.

То есть, проткнув какое-то количество галактик, межгалактических облаков, облаков в самих галактиках, все эти абсорбционные линии будут вставать на свое место в этом спектре. Соответственно, когда мы сейчас изучаем спектр квазара, мы видим, по сути, пространственно-временную фотографию нашей Вселенной. Изучая эти абсорбционные детали в лаборатории на Земле, и сравнивая эти детали с тем, что мы видим в спектрах квазаров, мы можем сказать, каковы были физические условия на ранних эволюции Вселенной, из чего состояли ранние галактики, из чего состояло раннее межзвездное вещество, какие были физические условия, температура, скорости в этих объектах.

И вот изучение этого позволило определить химический состав первичного межзвездного вещества, количество дейтерия в нем, и позволило определить барионную составляющую нашей материи. Барионы – это протоны и нейтроны, то есть, стандартную обычную материю. И это как раз анализ первичного нуклеосинтеза теории и наблюдения, их сравнения позволили сказать, что обычного вещества во всей Вселенной 4 процента.

Следующая картинка иллюстрирует, как наблюдают спектры квазаров? Наблюдать их тоже не очень просто. Наблюдать их не очень просто, потому что это очень далекие объекты. Соответственно, чувствительность, чтобы их наблюдать, несмотря на то, что они яркие, чувствительность фотоприемной аппаратуры должна быть очень, очень сильной.

Вот, так сказать, в хронологическом порядке я показываю самые крупные телескопы, на которых наблюдались спектры квазаров с уже полезной получаемой информации из них. Вот это российский телескоп. Это 6-метровый телескоп до 94-го года являвшийся самым крупным телескопом оптическим, самым крупным оптическим телескопом в мире. Это зеркало, диаметров в 6 метров. Вот это здание по высоте, так сказать, превосходит здание пятиэтажного дома. А огромное сооружение…

В 94-ом году в строй вступили американские телескопы Кека (Keck) на Гавайях– это телескопы десятиметровые, с десятиметровыми мозаичными зеркалами, то есть, это так сказать, уже болев высокий класс телескопов. И, наконец, чуть позднее появились 80-метровые европейские телескопы.

Надо сказать, что на каждом из этих телескопах, и даже по времени их создания, применялись самые современные экспериментальные разработки.

То есть, например, если Хаббл, когда исследовал и смотрел в свой телескоп, то он снимал изображение галактик на фотопластины, то, уже, начиная приблизительно вот где-то лет 20 назад, фотоизображение объектов астрономических начали снимать на CCD-матрицы, это устройство, аналогичное устройствам, которые сейчас стоят в электронных фотоаппаратах. Они намного чувствительнее фотопластинок. На этих телескопах, естественно, стоят CCD-матрицы класса намного выше, чем стоят в обычных фотоаппаратах. Вот. И они предназначены для того, чтобы повысить эффективность фотоприемной аппаратуры. Ну, так сказать, огромное количество других новшеств там было введено, вплоть до адаптивной оптики на 8-метровом телескопе, когда 8-метровое зеркало, на самом деле, довольно гибкое, подгибается сенсорными устройствами для того, чтобы достигнуть дифракционных пределов в режиме он-лайн, когда наблюдают за звездой, изображение звезды на компьютере обрабатывается мгновенно. Компьютер выдает информацию на эти сенсоры, которые дополнительным образом гнут зеркало для того, чтобы это зеркало собирало изображение как можно сильнее в точку, чтобы достигнуть дифракционных пределов. То есть, эти телескопы не только, так сказать, в классическом представлении телескопы, как труба, в которую смотрят глазом, но еще применяется в них самая современная техника, которая позволила очень, очень сильно продвинуться.

И вот это позволило в итоге, это позволило в итоге сделать вот такое вот утверждение о том, что стандартная материя, которая заполняет нашу Вселенную, - это всего 4 процента от того, что во Вселенной находится.

Ну, соответственно, вопрос: а что же еще тогда находится во Вселенной? Первые намеки на то, что во Вселенной есть еще какие-то формы материи, скрытые формы материи, они возникли в 30-х годах прошлого века, когда изучались скопления галактик, то есть, когда уже поняли, что существуют галактики, существуют скопления галактик, по их гравитационному взаимодействию, по тому, как они двигаются в скоплениях эти галактики, по дисперсии скоростей стало понятно, что они не могли бы так двигаться, если бы гравитация была обусловлена только ими. Значит, что-то должно гравитационно связывать их еще сильнее? Но при этом наблюдения в тот момент не показывали, что это такое?

Ну, можно было думать, что чувствительности наблюдениям не хватает. Но дальнейшие исследования показали, что чувствительность, повышение чувствительности тоже не показывает, так сказать, что же это такое, что приводит к тому, что галактики у нас двигаются так, как они двигаются.

В 70-х годах была обнаружена еще одна удивительная вещь. Не только скопление галактик, но и сами галактики. Движение в нашей галактике, Солнце движется в спиральном рукаве со скоростью порядка 200 километров в секунду, звезды двигаются, газ двигается. Сейчас умеют восстанавливать скорости, с которыми двигаются звезды, газ, и видят такую вещь. Значит, если бы работали законы Ньютона, законы Кеплера, то по видимому излучению кривые, так называемые, вращения галактик должны были - вот нижняя пунктирная теоретическая кривая – это то, что по видимому излучению должно было происходить со звездами, то, как должны были двигаться звезды и газ в галактиках.

На самом деле они двигаются вот по верхней кривой, скорости их вращения намного, намного больше. Это означает, что в галактике, помимо газа, помимо звезд, существует еще что-то, что мы по каким-то причинам не видим, но, тем не менее, оно весит, гравитирует, и разгоняет по орбитам с большими скоростями звезды и газ.

И одно из объяснений – это новые формы невидимой материи, которые, как сейчас думают, наиболее вероятно, это некоторые реликтовые частицы, которые сейчас выходят за рамки стандартной модели строения вещества. То есть, вот есть стандартное строение вещества. Мы состоит из кварков, электронов, нейтрино, то есть, кварки соединяются в протоны, нейтроны, протоны, нейтроны соединяются в ядра, ядра вместе с электронами образуют атомы, атомы образуют молекулы, и дальше, так сказать, вся эта сложная конфигурация образует то вещество, из которого состоим мы и которое мы видим вокруг себя. Вот, соответственно, должны существовать, наиболее вероятное объяснение – должны существовать частицы, которые находятся вне рамок этого стандартного представления. И эти частицы очень слабо с нами взаимодействуют, но гравитационно они создают гравитационный фон, который для галактики, например, в 5, в 10 раз больше, чем обычное вещество. Для скопления галактик это, ну, порядка в 20 раз больше, чем обычное веществ.

Есть еще один вариант объяснить вот эти вот неправильные кривые роста – это отказаться от закона Ньютона, сказать, что он не верный, что он верен только на Земле. Что яблоко только на Земле падает с яблони вниз, и по такому закону, по которому оно падает. А вот, если мы пойдем на большие расстояния, на расстояния галактик, то там гравитация изменится. И вот эти вот измененные гравитации сейчас - это второе, вторая ветвь направления развития, так сказать, в изучении темной материи, называется монд-теориями, то есть, модифицированная ньютоновская динамика.

Ну, если сейчас сравнивать, так сказать, всех ученых в мире, которые занимаются реликтовыми частицами и мондом, то это соотношение приблизительно 80 на 20. то есть, 80 считает процентов, что это реликтовые частицы, слабовзаимодействующие с нами, новые частицы. Которые нужно еще открыть, обнаружить. Ну, 20 процентов народа занимается модификацией ньютоновской гравитации.

Следующая форма энергии, которая должна заполнять Вселенную, может заполнять Вселенную, значит, темная материя – это вещество, которое гравитирует и в состоянии квампироваться, то есть, в состоянии образовывать галогалактик, в состоянии образовывать скопление галактик, то есть, вот темное вещество сначала создать галогалактики, в которые упадет обычное барионное вещество, из которого образуются звезды, планеты и мы, после того, как она сформирует галактики.

Но вот, оказалось, что его тоже недостаточно для того, чтобы понять, так сказать, почему наша Вселенная такая, как она такая? Его всего 25 процентов, темной материи. 75 процентов – это так называемая темная энергия, которая тоже гравитирует, но особым образом. Она гравитирует, но при этом она не состояния квампироваться, как темная материя. Она заполняет Вселенную абсолютно равномерно. И при этом знак ее гравитации отрицательный, то есть, мы знаем, что у нас гравитация имеет один единственный знак, у нас все ко всему притягивается.

И нет никаких объектов, которые бы отталкивались друг от друга. Так вот темная энергия обладает свойством именно антигравитации. Это форма материи, которая заполняет абсолютно равномерно всю нашу Вселенную. Обладает уникальным уравнением состояния вещества, давление ее отрицательно, и эффективно оно вызывает антигравитацию и приводит к еще одному удивительному факту, который стал известен только в последнее десятилетие.

Когда все согласились, что уравнения Фридмана должны приводить к нестационарной Вселенной, которая расширяется, всем также было понятно, что эта Вселенная может расширяться только с замедлением из-за одного знака гравитации. Потому что все притягивается, поэтому это расширение идет с замедлением.

Вот последние десятилетия было установлено, по наблюдениям очень, очень далеких взрывов звезд, это сверхновые звезды второго типа, вот по наблюдению этих сверхзвезд, взрыва сверхновых звезд было обнаружено, что в последние пять миллиардов лет наша Вселенная расширяется с ускорением, то есть, в ней есть антигравитация, которая обеспечивается новой формой материи, которую мы тоже не видим. Эту форму материи называют темной энергией. Ее около 75 процентов.

И тут, так сказать, первое, про кого вспомнили, это снова про Эйнштейна. То, что он ввел слагаемое руками, то как он его ввел в уравнения, оказалось, что это слагаемое, если его перенести из одной части в другую часть уравнения, будет обладать именно таким свойством, отрицательной энергией. Оно будет имитировать вещество, равномерно заполненное во Вселенной с отрицательной энергией, и это вещество назвали вакуумоподобным веществом, квинтэссенцией. Скалярные поля могут имитировать это вещество. Скалярные поля могут имитировать это вещество, и получается так, что на сегодняшний день мы знаем намного больше о Вселенной, чем это знал Эйнштейн, вот. но, при этом, так сказать, у нас появились новые загадки, которые необходимо разъяснить – это темная материя и темная энергия, которые на сегодняшний момент мы не видим никакими способами, кроме через их…. кроме как через их гравитационное проявление.

Какие есть возможности их увидеть? Возможности их увидеть, и этот последняя картинка, так сказать, этой лекции, возможности их увидеть предоставят будущие эксперименты, будущие в том смысле, что два этих очень знаменитых эксперимента уже запущены. То есть запущен космический эксперимент «Планк» в 2009-ом году. Он сейчас проходит рабочий режим испытаний, начинает набирать статистику наблюдений. И запущен другой объект, наверное, так сказать, известный вам, это Большой адронный коллайдер, который будет исследовать физику элементарных частиц.

Соответственно, космический эксперимент «Планк», о котором я, возможно, расскажу, так сказать, в следующей лекции, он будет исследовать Вселенную, и смотреть ее свойства с еще более высокой точностью, чем это есть сейчас. Он сможет определить параметры намного более точнее, и некоторые новые параметры, которые смогут нам сказать и еще о более ранних этапах эволюции Вселенной.

А эксперименты, которые будут проводиться на Большом адронном коллайдере, ну, самый, так сказать, известный ключевой эксперимент, который должен провести Большой адронный коллайдер, это обнаружение бозон Хиггса.

Бозон Хиггса чем уникален? Это элементарная частица, которая является скалярной. Они обладает нулевым спином. Вот все частицы, так сказать, из которых построен сейчас наш мир, они обладают спином либо одна вторая, либо единица. Самая простейшая частица скалярная, у которой спин равен нулю, до сих пор не обнаружена, но она чрезвычайна необходима, поскольку она является ключевой для современных теорий физики элементарных частиц. Она является ключевой. Она в теории присутствует. Ее до сих пор не обнаружили на практике.

Вот Большой адронный коллайдер должен будет это сделать. И скалярность ее, отсутствие спина может позволить объяснить свойство темной материи, то есть, возможно, часть частиц типа Хиггса образуют темную материю.

Еще одну частицу, которую может открыть Большой адронный коллайдер, это супер-симметричные частицы, это частицы, которые остались, сейчас могут присутствовать, от большого взрыва. И уникальность их как раз в том и заключается, что они практически с нашей обычной материей не взаимодействуют, но они очень тяжелые. И, соответственно, эти частицы, может быть, объяснят тайну темной материи. То есть, если бозон Хиггса будет открыт и свойства скалярных полей смогут объяснить темную энергию, то супер-симметричные частицы смогут объяснить свойства темной материи.

Соответственно на этом, вот эту часть лекции я, так сказать, завершаю. А следующая лекция будет посвящена, как раз, космическим экспериментам типа «Планка», более ранним, и такому же, как «Планк», и еще детальным выяснениям космологическим параметрам.

ВОПРОС: Вы сегодня упоминали о черных дырах во Вселенной, их, как мы знаем, довольно много… могут ли они нести какую-то угрозу для галактик, звезд, которые находятся на самом близком расстоянии от них? Спасибо.

ОТВЕТ: Значит, черные дыры, если и появились, то появились давно. Их открывают сейчас и понимают их свойства сейчас. Что касается сверхмассивных черных дыр, которые есть практически в каждой галактике, они несут, конечно, непосредственную угрозу для объектов, которые находятся близко к ним, потому что своим гравитационным полем они разрывают эти объекты, так сказать, засасывая близ лежащий газ, звезды, они их перемешивают настолько, что звезды разрушаются, взрываются и, ну, скажем так, обычный наблюдатель, вот как мы, присутствовать очень близко к черной дыре и к аккреционным дискам вот этим разваливающимся звездам, очень не рекомендуется у нас, так сказать, это будет очень опасно и с нехорошими последствиями.

Что касается черных дыр массы порядка звездных масс, то их опасность в непосредственной близости к ним. То есть, если мы будем к ним ближе, чем три гравитационных радиуса, то есть, три радиуса звезды, тогда, тогда возникают нестационарные орбиты, и какими бы техническими средствами мы не обладали на космическом корабле, улететь от такой звезды мы не сможем.

Но, находясь на орбите, например, Земли, если бы это была черная дыра, то вращаться вокруг такой звездной массы черной дыры мы могли совершенно спокойно, она бы выглядела, действительно, как черная дыра, и никак бы на нас не влияла бы, если бы опять-таки не межзвездный газ, который она засасывала бы на себя. Если бы его было очень много, то, разогрев его, она создавала бы очень жесткое рентгеновское излучение, которое наблюдают от таких объектов сейчас на Земле.

Поэтому, находясь на близкой орбите, мы бы, так сказать, гравитацию черной звезды, черной дыры воспринимали бы точно так же, как от гравитации Солнца, но вот излучение, которое создается вблизи ее разогретым ее газом, оно было бы для нас тоже губительным.

Что касается черных дыр, есть еще один класс черных дыр, но это уже гипотетический класс – это очень маленькие черные дыры, микроскопические черные дыры, которые возникают в теории квантовой гравитации. То есть они или нету, неизвестно. Но, скорее всего, они не опасны, потому что, если они создаются, то они очень быстро испаряются, то есть, они опасны не более, чем сталкивающиеся на большой энергии протоны, рождающиеся новые частицы, в малом количестве это не видно.

Более того, наша атмосфера постоянно подвержена воздействию космического излучения, которое, если такие черные дыры существуют, может рождать такие черные дыры в верхних слоях атмосферы, которые потом распадаются в виде потоков частиц попадают на Землю, создавая тот фон, который мы наблюдаем.

ВОПРОС Я бы хотела у вас спросить, что такое темная эпоха…

ОТВЕТ: Да. Значит, сейчас я покажу этот слайд. Что такое темная эпоха? Ну, вот, если вы наберете в Интернете слово «темная эпоха», вам сразу же выпадет большее количество страниц на средневековые темные эпохи, и поэтому этот сленг, наверное, так сказать, немножко вводит в заблуждение.

Темная она называется только потому, что в период времени от 400 тысяч лет до приблизительно одного миллиарда, когда Вселенная остывала, во Вселенной не было никаких структур, кроме примитивной материи, то есть, только водород, только гелий, никаких звезд не было, еще не успели, так сказать, гравитационно сформироваться объекты. Это означает, что просто светить было нечем, не было ни звезд, не было ни галактик, не было ни квазаров, которые могли бы светить, чтобы мы их могли видеть. То есть, просто это вот такой вот интервал времени, в котором, так сказать, нету никакого излучения. А мы, на самом деле, Вселенную изучаем в основном только, анализируя излучение в разных диапазонах. Там от гаммы, рентген, ультрафиолет, оптика, инфракрасные, радиодиапазонные метровые, миллиметровые, сантиметровые волны и так далее.

Так вот там нет никаких объектов, которые светили в каком–либо из этих диапазонов, и поэтому, так сказать, мы там просто ничего не видим в этом диапазоне. Если, так сказать, появятся какие-то иные способы наблюдения, то есть, если будет развита нейтринная астрономия, ну, это сейчас, конечно, технически слишком далеко мы от того, чтобы что-то там может быть наблюдать или гравитационная астрономия, можно пытаться смотреть туда другими способами. Но тоже не факт, что мы что-то увидим. Для того, чтобы что-то увидеть, нужно, чтобы объект, который это что-то будет излучать хоть в какой-то форме на нас. Поэтому вот этот вот период и называется темной эпохой, когда нет ничего, что могло бы излучать и чтобы мы могли видеть.

ВОПРОС: У меня такой вопрос, как известно, Солнце это звезда?

ОТВЕТ: Да.

ВОПРОС: Как Вы уже упоминали, это звезда второго порядка. Вопрос такой, существуют ли звезды третьего порядка и существуют ли галактики, пригодные для жизни человека?

ОТВЕТ: Понятно. Значит, пытаются ответить на этот вопрос. Значит, Солнышко – это, только не второго порядка, а второго поколения. Есть звезды первого поколения, есть звезды второго поколения, а есть звезды третьего поколения, но третье поколение, оно на самом деле исторически неправильно названо. Они нулевого поколения, они все-таки самые первые, вот, в этом смысле самые, самые ранние звезды сверхмассивные.

Что касается Солнца, Солнце – это звезда второго поколения, потому что оно состоит в основном сейчас из водорода, гелия, но в нем есть уже примеси тяжелых элементов, которые были образованы в результате взрыва предыдущей звезды, звезды первого поколения.

Существуют миллиарды галактик, значит, они находятся очень далеко от нас. Задавать вопрос, может ли там существовать жизнь, проще задать вопрос, может ли существовать жизнь в нашей галактике, если она может существовать еще и в нашей галактике, так наверняка уже будет существовать и в другом разнообразии в других галактик. Сейчас вопрос этот задается, и, естественно, психологически тяжело смириться с тем, что мы одиноки во Вселенной, поэтому люди, которые занимаются этим с самого начала развития астрономии, вообще, просто верят в то, что жизнь в какой-то форме все равно где-то существует.

Более того, сейчас развитие астрономии позволило обнаружить звезды, подобные нашего Солнца и увидеть рядышком с этими звездами планеты. Причем, планеты и по массам, и по орбитам очень близки к Земле. Это стало возможным только в последнее время, потому что наблюдать планеты очень тяжело. Планеты очень маленькие и не светятся. Поэтому, когда вы так сказать относите на расстояние звезды, которая сияет, вы звезды можете видеть с далеких расстояний. А уже у близкой звезды смотреть на планеты чрезвычайно тяжело. Поэтому это специальная техника, специальные эксперименты, которые сейчас существуют.

Но, тем не менее, существует вот раздел астрономии, который занимается непосредственно поиском планетных систем подобных Солнечной. И сейчас найдено таких уже около более десятков, то есть, звезд, подобных, таких как Солнце, в нашей окрестности, где есть планеты. Это означает, что таких звезд как наше солнечное с такими же планетами в нашей же галактике может быть очень и очень много, то есть, миллиарды.

Вопрос образования на них жизни, ну, это вопрос уже по сложности уже следующего порядка. Для того, чтобы ответить, есть ли там жизни или нету жизни, ну, несколько вариантов есть, мы должны увидеть последствия этой жизни, то есть, наработку каких-то органических молекул, которые могли бы быть видны спектроскопическими какими-то способами. Либо, если это жизнь и цивилизация развита настолько, что она может подавать сигналы, ну, зафиксировать сигналы от этой цивилизации.

Но пока что, вот на сегодняшний момент никаких сигналов не зафиксировано. Вот поиски ведут. Поэтому, скажем так, с большой вероятностью исключить жизнь невозможно, но, понимаете, с точки зрения статистики, мы пока что единственная реализация, поэтому говорить о том, что вероятность большая в данном вопросе это почти бессмысленно.

Стенограмма 2-й лекции Александра Владимировича Иванчика, вышедшей в эфир на телеканале «Культура» в рамках проекта "ACADEMIA":

Сегодняшняя лекция будет посвящена уникальному физическому космологическому явлению, которое родило новую эпоху в космологии, которую сейчас называют «эпохой прецизионной космологии», то есть очень, очень точных измерений физических, космологических параметров. Это явление носит название в русскоязычной литературе реликтовое излучение, а в англоязычной литературе –космическое микроволновое фоновое излучение.

Формировалось оно, основные его детали начали формироваться в эпоху первичной рекомбинации водорода, то есть, это эпоха, когда наша Вселенная была приблизительно в 1400 раз меньше, чем сейчас. Сформировавшись тогда, Вселенная, когда прошла первичная рекомбинация, Вселенная стала прозрачной, и излучение, которое во Вселенной было в тот момент, начало распространяться отовсюду во все направления, в том числе и в наше направление. И вот сейчас мы его наблюдаем со всех направлений это излучение. И поскольку оно распространялось по всей Вселенной, и распространялось практически все время жизни Вселенной, то ту информацию, которую оно нам несет, позволяет нам получить огромное количество космологических параметров с очень высокой точностью.

Ну, прежде чем говорить о космическое микроволновое излучение, я напомню из предыдущей лекции то, что мы сейчас знаем о Вселенной в настоящий момент времени. Это то, что стандартное вещество, из которого мы состоит, которое называется барином, то есть это протоны, нейтроны, атомы, и молекулы, из которых состоим мы, планеты, звезды, газ, межгалактические, галактические – это всего 4 процента от энергии, материи, содержащейся во Вселенной. Все остальное – это темная материя и темная энергия.

В настоящий момент то, что называется реликтовым излучением, наблюдается и его вклад в энергетику Вселенной это меньше пяти тысячных процента. Но это было не всегда так. И, несмотря на такой маленький энергетический вклад сейчас во Вселенную, информационный вклад реликтового излучения очень и очень важный и большой.

Снова возвращаемся к этой картинке, которую я уже рассказывал. На ней изображен Гамов. Он не только выдвинул теорию «горячей Вселенной», не только предсказал основные элементы первичного нуклеосинтеза, то есть формирование первичных элементов, но он также осознал, что в ранние эпохи должно было существовать очень и очень горячее излучение на первым этапах эволюции Вселенной. После того, как это излучение отщепится от вещества, то есть, когда вещество станет для этого излучения прозрачным, это излучение будет распространяться по расширяющейся Вселенной, оно будет остывать. И в настоящий момент, то есть через 14 миллиардов лет оно дойдет до нас с температурой порядка 6 градусов Кельвина, это очень и очень низкая температура. Да. Вот сейчас в этой аудитории температура больше, чем 273 градуса Кельвина, то есть, больше даже, чем 300 градусов Кельвина. Соответственно, это температура, близкая к абсолютному нулю, то есть, попасть в такие условия не хотелось бы.

Вот это вот излучение температурой 6 градусов Кельвина, 5 градусов Кельвина - это то, что предсказал Гамов на основе тех, очень скудных данных, которые были у него под рукой в тот момент. На самом деле температура его сейчас известна с очень гораздо большей точностью. И я хочу рассказать, как его наблюдают и какую информацию из этого излучения можно получить?

Уникальность реликтового излучения, то есть излучения, которое осталось от Большого взрыва, от горячих эпох Вселенной, дошло до нас и сейчас заполняет всю Вселенную очень равномерно, на столько большая, что за это явление, за его изучение было получено целый две Нобелевских премий.

Одна Нобелевская премия была получена в 78-ом году только за то, что оно было открыто. То есть, это излучение было предсказано. Оно теоретически предсказанное являлось очень важным аспектом для космологии в тот момент, то есть, существует оно или нет было важно для того, чтобы понять вообще верны ли теоретические представления о космологии. Ну, и когда оно было открыто, стало понятно, что да, действительно, теория работает очень хорошо, космология уже превращается в реальную физико-математическую науку, поэтому первая Нобелевская премия была дана за то, что оно было просто открыто. А вторая Нобелевская премия совсем недавно была дана за то, что было изучение свойство этого излучения. То есть, определили форму этого излучения, спектральный состав этого излучения, и что очень ценно – его анизотропию. Ну, вот все по порядку.

Что такое реликтовое излучение с точки зрения математики? Это излучение, которое в настоящий момент, значит, вот там в самом верху изображена формула, которой подчиняется это излучение, то есть это зависимость энергии, по сути говоря, на частоте, на которой мы наблюдаем. То есть, если в эту формулу мы подставим частоту, то мы получим амплитуду излучения, так сказать, энергетическую характеристику, которая должна быть, наблюдаться на этой частоте.

И эта формула сама по себе уникальная. Эта формула была получена совершенно… в 1990-ом году совершенно не применительно к космологии. Они получалось одним из знаменитейших физиков Планком. Это было начало развитие квантовой механики, это развитие статистической физики, и эта формула была получена в рамках квантовых представлений о мире. Тогда еще о космологии вообще никто не говорил, еще не было Общей теории относительности. Эта формула уникальна, во-первых, тем, что в нее введена постоянная планка, и она говорит о том, как должно было бы выглядеть равновесное излучение.

Внизу на обоих рисунках представлено графическое изображение этой формулы. То есть, зависимость частоты, то есть, зависимость энергии от частоты, на которой мы наблюдали ли бы это излучение. Для температуры два… 72 градуса Кельвина максимум этого излучения должен приходиться на миллиметровый, сантиметровый диапазоны. То есть, максимум покрываем миллиметровый, сантиметровый диапазон. С точки зрения наблюдения – это наблюдение радиоантеннами, это радиолокационное наблюдение.

Первые люди Пензиас и Вильсон, которые получили Нобелевскую премию за открытие реликтового излучения, наблюдали на одной единственной частоте это излучение. И вот оно отмечено на правом рисунке точечкой, и подписано ,так сказать, то, что это наблюдение Пензиаса и Вильсона. Все остальные точки – это последующие наблюдения этого излучения. В основном, так сказать, они были сперва с Земли на тоже одной или двух частотах.

Дальше есть ряд точек в максимуме, огромное количество точек – это уже баллонные эксперименты. Значит, проблема с этим диапазоном заключается в том, что миллиметровый, сантиметровый диапазон не очень хорошо пропускается атмосферой, и поэтому наблюдать радиоизлучение на таких частотах можно в большом диапазоне можно только из космоса. Поэтому последующие эксперименты по изучению этого излучения они проводились на баллонах. То есть, надувались баллоны, на них ставилась аппаратура. Баллоны поднимались насколько это возможно высоко в стратосферу, чтобы атмосфера не мешала проникновению излучения, и на этой аппаратуре оно регистрировалось.

Ну, наконец, когда удалось выйти в космос, были запущены космические спутники, это излучение уже во многих диапазонах было промерено с очень хорошей точностью, с очень большой чувствительностью, потому что внеатмосферные эксперименты, когда атмосфера не экранирует радиоизлучения, позволили получить большие чувствительности и большие диапазоны длин волн.

Ключевые свойства этого излучения, ну, помимо того, что оно обладает вот такой вот низкой температурой, оно еще и очень изотропно. То есть, если мы возьмем радиоантенну, и будем наблюдать во все стороны на небесной сфере, то со всех сторон это излучение идет с одинаковыми характеристиками. Отличие температуры по разным направлениям – меньше чем 10 минус в третьей, то есть, тысячные доли процента отличает излучение с разных направлений. То есть, оно очень, очень однородно.

И это было, так сказать, в первые моменты, вот Пензиас и Вильсон, надо сказать, это некий исторический казус, они открыли его совершенно случайно. Когда они его открыли, они даже и не знали, что это такое, что они открыли? Это сорок… Они открыли его в конце 40-х годов.

У них была совершенно техническая задача. Конец войны. Развивается радиолокационная техника для наблюдения за движущими самолетами противника. Соответственно, нужно построить радиолокаторы на определенных частотах и подавить все возможное помехи, кроме необходимых. Вот они этой проблемой, чисто технической, прикладной занимались.

И вот на длине волны порядка 3 сантиметров они обнаружили, что со всех направлений идет фоновое излучение, которое ничем подавить невозможно. То есть. сперва они думали, что это просто шум.

Ну, поскольку им повезло, они работали недалеко от Принстона, в котором были тогда собраны все лучшие теоретические, ну, не все, вернее, а одни из лучших теоретических умов, так сказать, того времени, в частности, ну, там непосредственно сидел, работал Эйнштейн, там работала группа космологов, так вот они сразу же им и сказали, что вы открыли уникальное явление - реликтовое излучение. Так сказать, вы молодцы и через какое-то количество лет им была присвоена Нобелевская премия.

Вот свойство реликтового излучения ключевое то, что оно изотропно, со всех направлений идет одинаково. Это очень и очень сложно реализовать. Это означает, что наша Вселенная в очень ранней эпохе была чрезвычайно симметрична во всех направлениях. Вот сейчас мы смотрим по разным направлениям, мы видим звезды, скопление звезд, мы видим какие-то туманности, мы видим галактики, мы видим скопление галактик, то есть, сейчас наша Вселенная в ближайших масштабах и в далеких масштабах очень сильно неоднородна. И поэтому излучение на других длинах волн, которое идет к нам со всех сторон, оно, вообще говоря, очень сильно неоднородно, оно выглядит совершенно, так сказать, иным способом другим.

И то, что это излучение оказалось очень сильно однородным, во-первых, это подтвердило то, что оно является космологическим, то есть, оно характеризует всю нашу галактику в ранние эпохи развития ее эволюции и условия начальные в нашей галактике были таковы, что она была очень симметричная. Это хорошо, потому что, ну, с практической точки зрения очень легко рассчитывать такую Вселенную теоретически, а потом сравнивать с наблюдениями.

Ну, проблема изотропии заключается в том, что, так сказать, как показал один знаменитый наш советский физик, догадался Яков Борисович Зельдович, что изотропия – это хорошо, но это и проблема. Почему это проблема? Потому что сейчас мы видим нашу Вселенную сильно не изотропную, то есть, мы видим очень большие сгустки плотности, мы видим звезды, галактики и их скопления. Они из чего-то должны были образоваться?

Если в начальном этапе Вселенной весь газ был равномерно распределен по всему пространству, то для того, чтобы он образовался, должны были возникнуть гравитационные неустойчивости. Они должны были развиться, образовать звезды, галактики и так далее. И время этих гравитационных неустойчивостей в зависимости от этих первичных флуктуаций, то есть степени неоднородности Вселенной, очень разное. И, если Вселенная наша была бы заполнена только вот обычной материей, то анизотропия реликтового излучения на уровне десять минус в третьей было бы недостаточно для того, чтобы образовать то, что мы сейчас наблюдаем. Просто не успели бы сформироваться ни звезды, ни планеты, ни мы, ни галактика, не скопление галактик, если бы Вселенная заполнялась барионным веществом, и если бы изотропия его была такая, как в реликтовом излучении.

Значит, оно должно быть анизотропно и его анизотропия должна отражать первоначальные сгустки гравитации, в которую впоследствии начнут падать обычное вещество и темная материя, и образовывать структуры, которые мы видим.

Это было понято. И задачи были поставлены, наблюдая это излучение, найти его анизотропию, то есть, смотреть во все участки неба подряд, и сравнивать температуру этого излучения в одном и другом участке неба, и с необходимостью, это нужно было сделать, найти эту анизотропию, из которой впоследствии родятся галактики.

Эта проблема была поставлена. И решалась она различными способами. Специально под эту проблему в Советском Союзе был построен новый уникальный радиотелескоп «Ратан-600». Был запущен спутник, который летал. Был в Советском Союзе это спутник «Реликт», и, наконец, так сказать, к сожалению, проблема реликтового излучения советскую науку преследует с не очень хорошей стороны - у нас очень много досадных, досадных фактов, связанных с изучением реликтового излучении.

Ну, первый досадный факт заключается в том, что наш пулковский астроном открыл температуру реликтового излучения 4 градуса задолго до Пензиаса и Вильсона гораздо раньше за несколько лет. Но, к сожалению, он не знал тоже. Он занимался подобной задачей, то есть, радиотелескопом, а он его открыл, но он тоже не знал, что это такое. То есть, он увидел это излучение на длине волны порядка 4 сантиметров, но что это такое он не знал. Никакого Принстона рядом с ним не было. Сказать ему, что ты сделал великого открытие никто не смог. Он узнал о том, что он открыл, только после того, как была вручена Нобелевская премия.

Со второй Нобелевской премией приблизительно такая же ситуация. Наш советский спутник «Реликт» тоже открыл реликтовое излучение раньше, чем американский спутник «КОБЕ», но… и результаты были на конференции доложены раньше. Но официальная публикация, которая была послана в международный очень хороший солидный журнал английский, была там задержана на несколько месяцев, и американские публикации вышли на три месяца раньше наших. Поэтому формальный приоритет остался за американским спутником, хотя по факту наши открыли это излучение гораздо раньше.

Ну, и вот этот вот телескоп «Ротан-600» - это телескоп диаметров 600 метров, то есть, это телескоп, который находится недалеко, там же, где находится 6-метровый телескоп, который я уже вам показывал в предыдущей лекции, а он находится тоже в Карачаево-Черкесии и представляет из себя, ну, видите, несколько футбольных полей занимает этот телескоп, единственное, что это не полный телескоп, это не полная парабола, а срезанная верхушка параболы, это алюминиевые пластины, высокой где-то около двух метров, шириной около 50 сантиметров. Вот из них вот выложена вот такая вот часть параболоида, которая собирает на себя радиоизлучение и фокусирует его на шесть излучателей, которые двигаются по этому полю, собирая информацию о радиоизлучении.

Проблема с этим телескопом как раз заключалась в том, что первоначальные расчеты без учета темной энергии, которая в те года еще не была не признана, ничего о ней было неизвестно, привели к тому, что предсказанный уровень анизотропии был на уровне 10 минус в четвертой, был на уровне десять минус в четвертой, поэтому чувствительность этого телескопа строилась приблизительна на этом уровне. На самом деле, наземный телескоп с такой чувствительностью построить было очень сложно, нужно было, так сказать, это огромные капиталовложения, на самом деле, эта конструкция очень дорогостоящая, так сказать, как можно понять. Поэтому чувствительность, которую он достиг, это была предельная на себя чувствительность, но, к сожалению, ее не хватило для того, чтобы увидеть анизотропию реликтового излучения. Она находится на уровне десять в минус пятой. То есть, единичка делить на сто тысяч, вот такая вот чувствительность должна была быть у приборов, чтобы увидеть анизотропию реликтового излучения. К сожалению, этому прибору, так сказать, это третье фиаско, которое вот преследовало советских физиков в попытке исследования этого явления. То есть, две случайности и одно фиаско.

Но, тем не менее, наука интернациональна. Поэтому результатов получаемых экспериментов сейчас пользуются все. И огромные международные колоборации занимаются исследованиями реликтового излучения и космологией. Вот так выглядит исторический ракурс изучения реликтового излучения.

Первая картинка – это вот радиометры, на которых мерили Вильсон и Пензиас. Они мерили только на одной частоте, и чувствительность их приборов была низкая, поэтому они видели фон равномерный, практически равномерный фон.

Небольшая полосочка, которая там проступает – это радиоизлучение нашей галактики, диска нашей галактики. То есть, это в данном случае паразитное излучение. А вот этот вот весь фон – это равномерное реликтовое излучение, которое идет со всех сторон нашей Вселенной в точку наблюдения.

Вот 92-ой год – это американский спутник КОБЕ, который первый зарегистрировал анизотропию реликтового излучения. На этой картинке вы видите, что оно уже окрашено различными цветами, и эти цвета характеризуют анизотропию реликтового излучения и его температуру. Там, где, так сказать, желтые и красные полоски – это горячий фон, то есть, повышенная температура, там, где синие и зеленые полоски – это пониженная температура.

Вот эта вот красная полоска – это опять наша галактика, которую мы должны рассмотреть из исключения, то есть, это светящиеся звезды, вклад от звезд, вклад от пыли, которые для, с точки зрения, космологии и самого реликтового излучения, являются посторонним фоном радиационным. Поэтому при анализе реликтового излучения, он должен исключаться.

А вот синие, зеленые, и так сказать, немножко желтые пятна – это вот как раз та уникальная информация, которую несет в себе реликтовое излучение. Это та информация, которая впечаталась в это реликтовое излучение, когда Вселенная была в 1400 раз меньше, чем она сейчас, и на 14 миллиардов лет моложе, чем она сейчас. То есть, это самые первые, так сказать, мгновения, ну, жизни Вселенной. Вот они отпечатались в реликтовом излучении, они несут информацию о том, какая она была, они несут информацию о том, какая плотность была, флуктуации плотности были вот в эти моменты, флуктуации плотности родят впоследствии из себя гравитационные неустойчивости, в которые будет сваливаться газ, который образует звезды, планеты, галактики и скопления галактик, и то, что мы видим сейчас.

Ну, и дальнейшие спутниковые эксперименты. Тут вот виден новый спутник W «Меп», так называемый, который был запущен и начал давать результаты в 2003-ем году. Здесь видно уже, как разрешают это реликтовое излучение. То есть, если первый спутник КОБЕ зафиксировал реликтовое излучение в очень грубом угловом разрешении, то есть, усреднено по большим углам, то спутники, которые запускаются сейчас, и спутник, который запущен в 2009-ом году «Планк», он будет регистрировать, вот W «Меп» вот регистрировал вот нижнюю картинку, очень мелкомасштабной флуктуации, то есть, и крупномасштабную тоже, но с хорошим разрешением мелкомасштабное.

«Планк» будет регистрировать еще более качественную, еще более чувствительную картинку, а из которой можно вытаскивать космологическую информацию.

Какую космологическую информацию можно получать, изучая реликтовое излучение? Ну, во-первых, реликтовое излучение идет к нам практически через всю Вселенную. Соответственно, то, какая наша Вселенная геометрически, то есть, является ли она плоской геометрически, является ли она кривой геометрически, причем она может являться кривой с положительной и отрицательной кривизной. То есть, положительная кривизна – это подобна шарику, и тогда Вселенная будет замкнутой, и тогда она рано или поздно прекратить свое расширение и начнет сжиматься и коллапсировать, если это отрицательная кривизна, то она подобна седловидной поверхности в трехмерном измерении, такая Вселенная будет являться открытой и будет расширяться вечно. Если она критическая, то есть, плоская, то она будет расширяться вечно с выходящей на ноль скоростью расширения в зависимости от геометрии Вселенной, излучение, распространяясь по разной геометрии, будет приобретать различные свойства.

А именно какие? Первичные флуктуации обладают определенным масштабом угловым, то есть, мы его можем рассчитать. Если Вселенная идет по плоской геометрии, то этот масштаб сохраняется. Поэтому сейчас угловые масштабы тех флуктуаций, которые были в момент формирования первичного реликтового изучения и то, что мы наблюдаем сейчас, совпадает, если Вселенная плоская.

Если она замкнутая, то есть, имеет положительную кривизну, то тогда положительная кривизна будет нам говорить о том, что мы сейчас будем видеть угловые масштабы больше, чем они были тогда. То есть, они, грубо говоря, вот угловой масштаб такой, он идет вот так к нам, и приходит под другим угловым размером. Мы видим флуктуации реликтового излучения под другим масштабом.

И вот здесь показаны три картинки, которые позволяют отличить, какая Вселенная плоская, открытая или закрытая? Вот изучение реликтового излучения впервые дало прямые наблюдения геометрии нашей Вселенной. То есть, если раньше до исследования этого излучения с точностью до 50 процентов, то есть, 50 на 50 мы не знали, какая геометрия у Вселенной, то после исследования спектра флуктуации реликтового излучения мы сейчас знаем, что она практически критическая с точностью до 2 процентов. То есть, вот эта вот единичка означает, что она не отклоняется от критической на уровне точности 2 процента, ну, скорее всего, она, наверное, есть критическая. Для этого есть там, так сказать, другие объяснения, но это уже отдельная тема, почему это так?

Помимо того, что Вселенная у нас.. Помимо того, что Вселенная обладает геометрией, очень важно то, чем она заполнена, то есть, какими формами материи она заполнена, потому что динамика расширения Вселенной, как она расширяется, с какой скоростью она расширяется, как она расширяется ускоренно или замедленно, зависит оттого, какие формы материи мы, положим, так сказать, какие формы материи будут содержаться во Вселенной?

Если во Вселенной нету темной энергии, то есть, нету никаких форм материи с отрицательной гравитацией, то тогда Вселенная такая будет расширяться только с замедлением, никаких шансов расширяться с ускорением, что сейчас наблюдается, у нее нет. А это приведет к изменению относительно наклона и амплитуды различных этих флуктуаций, то есть, есть теоретические предсказания, есть экспериментальные предсказания, те, которые наблюдаются. Сравнивая теоретические предсказания, взяв теоретическую модель и руками положив теоретической модели определенное количество темной энергии, темной материи, спектр первичный флуктуаций, мы получим теоретическую кривую, которая будет зависеть по-разному от разных вот этих вот элементов. Что и выражается вот на этих динамических картинках. То есть, изменения члена кривизны, темной материи, темной энергии приводит к изменению вот этих вот теоретических кривых.

Сравнение этих теоретических кривых, сравнение этих теоретических кривых с экспериментальными точками – вот нижний рисунок, теоретическая кривая прописана плавно и экспериментальные точечки, которые на ней стоят, позволяют выбрать из того огромного количества теоретических кривых, которые меняются в зависимости от параметров, практически ту единственную, и посмотреть, какие параметры мы в нее заложили, чтобы она совпадала с тем, что мы наблюдаем.

И вот этот вот выбор такой вот теоретический привел к тому, что для того, чтобы то, что наблюдается сейчас из этого эксперимента, совпадало с предсказанными теоретическими моделями, обязательно необходимо, мы должны в эти теоретические модели вложить темной энергии 70 процентов, темной материи 27 процентов, ну, с точностью до 2 процентов, как я и говорил, все остальное – это уже обычная барионная материя. То есть, ну, в зависимости от небольших вариаций параметра – это 3-4 процента

Здесь, на этих двух картинках показаны, показаны два независимых эксперимента, которые независимо друг от друга дают различные параметры, поэтому не только спектры реликтового излучения дает параметры космологические параметры Вселенной, но и другие эксперименты тоже дают и их можно сравнивать. Ну, вот реликтовое излучение, его исследование позволило определить независимо очень большое число космологических параметров с очень большой точностью, что вот отображается на этой картинке. То есть, видно, как много параметров можно определить из реликтового излучения, и видно, с какой точностью это определяется. То есть, по некоторым параметрам точность достигает 5-ти, 2-х процентов. То есть, до этих наблюдений таких точностей в космологии не было. Там были точности порядка 50-20 процентов.

Поэтому было огромное количество различных вариантов, из которых можно было выбирать. Вот после этого эксперимента это количество вариантов, оно уменьшилось существенно, и сейчас соответственно количество этих вариантов сильно ограничено.

При этом и из предыдущей лекции и из этой лекции, как я рассказывал, появляется некая новая уникальная, так сказать, возможность. Микромир и макромир начинают соединяться в своих физических проявлениях. Квантовая механика и Общая теория относительности – это две современные теории, которые, в основе которых лежат принципы, которые сейчас максимально точно описывают весь видимый мир. Это две, так сказать, с точки зрения теоретической физики, это две теории, которые, так сказать, являются сейчас венценосными.

Общая теория относительности описывает наш макромир в основном. Квантовая механика описывает микромир. Но вот, изучая космологию, оказалось, что они на самом деле соединяются. То есть, кванты и флуктуации поля рождают первичные флуктуации гравитационные, из которых потом образуются галактики и скопления галактик, то есть, та крупномасштабная структура, которую мы видим сейчас из галактики, из скопления галактик, образовалась благодаря квантовой механике, ну, это наиболее вероятная версия, так считается, то есть, первичные квантовые флуктуации на стадии сверхускоренного расширения Вселенной привели к тому, что мы видим сейчас в галактиках. Это вот уникальная связь микромира и макромира.

Суперсимметричные частицы, если они будут открыты, смогут объяснить темную энергию. То есть, супер-симметричные частицы, которые предсказаны, но до сих пор еще не удавалось на эксперименте их открыть, смогут объяснить гравитационные поля в галактиках и скоплениях галактик. И скалярные поля, элементарные скалярные поля, которые тоже предполагается открыть, смогут, может быть, объяснить темные энергию. То есть, микро - и макромир – две науки, так сказать, наука физики элементарных частиц и космология начинают соединяться, и появляется междисциплинарная наука, которую называют космомикрофизика.

Исследования реликтового излучения привели к эпохе…прецизионной космологии. И, казалось бы, что после того, как… казалось бы, после того, как мы знаем огромное количество параметров о Вселенной, что мы практически все о ней знаем, все-таки, несмотря на то, что по сравнению с тем, что было известно на начало века Эйнштейну, Фридману и Хабблу, на сегодняшний момент остаются тоже уникальными вопросы, на которые предстоит ответить.

Мы знаем, как проявляет себя гравитационно темная материя и темная энергия, но на сегодняшний момент физики не знают, что это такое? Это предмет будущих исследований. И вот еще раз хочу упомянуть вот эти вот эксперименты, которые вступили в техническую свою фазу, запущены были в прошлом году, это миссия «Планк», это космический аппарат нового поколения, который будет исследовать реликтовое излучение с еще большей точностью. И у него стоит еще задача – обнаружить его не только свойства амплитудные, но и поляризацию, что позволит говорить о гравитационном фоне во Вселенной и продвинуться гораздо дальше по времени в глубь Вселенной, но также еще Большой адронный коллайдер, который будет исследовать микрофизику, который сейчас работает в техническом режиме. Вот буквально недавние, так сказать, на прошлой недели были заявления, что они выходят уже на рабочий режим, то есть, они делают встречные пучки, на которых может быть будут рождаться бозоны Хиггса, то есть, скалярные частицы, и на которых можно будет исследовать свойства скалярных полей, а также, может быть, будут рождаться супер-симметричные частицы, которые прольют свет на темную материю.

Поэтому вот то, чем я хочу картинку, которую я хочу закончить лекцию, она выглядит вот у меня таким образом. Что, узнавая все больше и больше о физике, так сказать, в какой-то момент создается в любом разделе, в принципе, физики, но в данном случае я говорю про космологию, в какой-то момент создается иллюзия, что вот, наконец-то, мы узнали все. То есть, вот мы дошли до горизонта и увидели все, что есть, и все можем сказать о том мире, в котором мы существуем.

Но, на самом деле, вот возникает эффект множественности горизонта, что, подходя к одному горизонту, мы за ним видим новые, еще более интересные, неизведанные горизонты, еще более таинственные , которые говорят нам о том, что наш мир гораздо более глубокий и гораздо более интересный .и дальнейшие исследования, так сказать, будут открывать новые тайны для нас.

Спасибо большое. На этом эту лекцию я могу закончить чуть быстрее. Спасибо.

ВОПРОС: Скажите, пожалуйста, запуск адронного коллайдера никак не повлияет на нашу планету?

ОТВЕТ: Положительно он повлияет на знания, которые мы приобретем, несомненно. А отрицательно он, значит, ну, да вот в средствах массовой информации муссируются слухи по поводу того, что запуск Большого адронного коллайдера может привести к рождению первичных черных дыр, которые выйдут из-под контроля, и находясь на территории Швейцарии и Франции, сперва поглотят их, потом поглотят значит всю остальную планету, ну, в общем, произойдет глобальная катастрофа. На самом деле, и расчеты и знания того, чем мы обладаем сейчас, говорят о том, что нет, этого не случится. Никаких катастрофических сценариев там развиваться не может.

Более того, природа очень уникальна. В ней создана… уже сама природа создает такое количество уникальных явлений, которые, так сказать, человек еще не создал и создаст не скоро. Помимо реликтового излучения, которое идет на нас со всех сторон на Землю, и мы его регистрируем в радиодиапазоне и оно не представляет ни малейшей для нас опасности, еще Земля облучается, наша земная атмосфера облучается космическими частицами, которые генерируются, во-первых, от Солнца; во-вторых, от галактики, в-третьих, от внегалактических источников.

Эти космические частицы имеют энергию в десятки, сотни, тысячи, сотни тысяч, миллионы раз превосходящую энергию частиц, которые достигнуты на коллайдере. То есть, эти частицы уже существуют в природе, они уже врезаются в нашу атмосферу, они уже создают то, что мы хотим только увидеть еще на коллайдере. Только, поскольку потоки этих частиц не очень высоки и, так сказать, попадают он в разные точки атмосферы тогда, когда они хотят этого, а не когда хотим этого мы, наблюдать их очень тяжело.

Для этого и строится коллайдер, когда столкновение частиц будут управляемы в том месте, где нужно, и там стоят огромное количество детекторов, которые будут наблюдать результаты этих столкновений. Поэтому в природе уже все есть, так сказать. И вроде с Землей ничего не происходит, ну, по крайней мере, так сказать, сколько помнит себя человечество, сколько могут увидеть хронографы по там, так сказать, по гелио…значит, по залежам и так далее, и так далее. То есть... Катастроф не должно быть. Гораздо большая катастрофа произойдет, если бозон Хиггса не обнаружат. Вот для физиков это будет катастрофа гораздо сильнее, чем черная дыра, которая поглощает Францию и Швейцарию. Потому что современная теория строения вещества, в ней бозон Хиггса есть, он необходим. Взаимодействуя с ним, наши частицы обладают, получают массу, поэтому он в ней присутствует. Без него этой теории не существует. Нет другой теории без него. Поэтому, если он там будет не обнаружен, вот для физиков это будет катастрофа. А для обычного человечества, я думаю, что так сказать, для знаний будут положительные аспекты, какие бы эффекты ни были открыты на Большом адронном коллайдере, все равно это будет новое знание, очень важное, ну и на самом деле есть и прикладные аспекты этих ускорителей. Но это уже выходит за рамки моей лекции.

ВОПРОС: Вопрос первый, влияют ли темная энергии и темная материя на состояние нашей планеты, если да, то каким образом?

ОТВЕТ: Нет, не влияет на состояние нашей планеты, потому что на самом деле темная энергия и темная материя, когда я говорил про распределение вещества по Вселенной, я имел в виду средние характеристики, как они распределены в среднем.

Темная материя – это частицы, которые взаимодействуют с нашей обычной материей слабее, чем любые силы, до сих пор известные. Поэтому самая слабая частица, которая известна, и которая сейчас взаимодействует с нами, это нейтрино. Рождаясь в Солнце в огромном количестве штук, эта нейтрино проходит сквозь нас сейчас, и с нами не взаимодействует. Причем, проходит в огромном количестве. Через каждый сантиметр квадратный нас в каждую секунду даже сейчас идут миллиарды нейтрино, проходят, и ничего мы не чувствуем, очень слабо они с нами взаимодействуют, практически никак.

Темная материя состоит из частиц, которые взаимодействуют с нами еще менее слабже, то есть, они вообще, еще, так сказать, спокойнее через нас проходят и никак с нами не реагируют.

Возможны ли гравитационные захваты темной материи нашей Землей, возможно. Но, по оценкам, которые сейчас есть, это совершено ничтожное количество, ничтожная доля процента, которое могло бы быть. Поэтому темная энергия в виду вот частиц, она не влияет на нас никак. Темная материя влияет на нас еще меньше. То есть, гравитационное отталкивание, которое создается темной материей, которая даже не кванпируется, то есть, не может свалиться в гравитационные ямы, проявляется на масштабах больше, чем размеры всей галактики. То есть, она не то, что не на нашу планету, не на нашу солнечную систему, она темная энергия не влияет даже на галактику.

ВОПРОС: А зачем тогда строят…

ОТВЕТ: А, так сказать, это вопрос к тому, кто ее создал, если ее вообще кто-то создавал. Зачем она существует? Она существует по факту. Это наблюдательный факт. Мы увидели, что наша Вселенная расширяется ускоренно последние пять миллиардов лет. Чтобы объяснить это расширение, одним из способов наиболее вероятного этого расширения это является, при этом я должен отметить все-таки, что это не единственный способ объяснения, но наиболее вероятный, это темная энергия, свойства которой таковы, как вот слагаемое в уравнениях Эйнштейна. Вот он его ввел, ни о чем не подозревая, но вот сейчас оказывается, что его свойства подобны свойствам темной материи.

То есть, во-первых, они могут присутствовать в уравнениях эта самая темная энергия, могла появиться, как решение просто уравнение Общей теории относительности как оно из решений могло быть, то есть, она есть и все тут в этих уравнениях. Вот. Это наблюдательный факт ускорения Вселенной, но вопрос этот еще до конца не ясен. Потому что может оказаться так, что темной энергии и нет, что ускоренное расширение Вселенной имитируется гораздо более другим эффектом, а именно эффектом другой размерности нашей Вселенной.

Наша Вселенная и наши, значит, окрестности нашей Вселенной могут иметь не трехразмерный вид. Они могут иметь большее количество измерений. И вот тогда уже в этих больших количествах измерений гравитация ведет себя таким образом, что эффективно в трехмерии нам кажется, что мы ускоряемся. Поэтому без всякой темной энергии в принципе можно объяснить ускорении Вселенной дополнительными размерностями. Такие теории существуют сейчас.

На сегодняшний момент предпочтение отдать той или иной теории пока невозможно. Это предмет будущих исследований.

ВОПРОС: Спасибо. И еще такой вопрос. Есть такое мнение среди научных кругов, что нашу Вселенную никогда никто не создавал, то есть, для нас, например, время…виртуальная характеристика, … а Вселенная всегда существовала и всегда будет существовать. То есть, никогда никто не создавал ее, это всегда было и всегда будет, как вы к этом относитесь?

ОТВЕТ: Такое мнение существует не только в ненаучных кругах, но и в научных тоже существует. Существуют модели Вселенной, в которых Вселенная существовала на минус бесконечности по времени, и будет существовать на плюс бесконечности по времени, а то, что мы называем Большим взрывом, то есть, то, что стандартная картина в космологии называется Большим взрывом, то есть горячая стадия Вселенной, это всего лишь одно из проявлений квантовомеханических свойств Вселенной, ее история развития. Есть такие версии, и они реально сейчас обсуждаются.

Причем, на равнее с инфляционными моделями, эти значит, такие модели появляются, идут из физики фундаментального взаимодействия с физикой суперструн , то есть, такие модели обсуждаются на самом деле. Но, так сказать, я бы сказал, что в принципе начало Вселенной, то есть, Большой взрыв, и было ли оно вообще, это отдельная тема, которой занимаются люди, которые занимаются инфляцией и начальными стадиями развития Вселенной.

Здесь есть плюс то, что современные теории Великого объединения, теория суперструн, они как бы позволяют строить такие модели. А минус заключается в том, что экспериментально предсказания, которые они делают, пока что не проверяемы. То есть, сейчас стандартная космологическая модель опирается на хорошо отнаблюденные экспериментальные данные. И она покрывает огромный временной участок, от десять минус в 43-й, планковское, так называемое, время, до настоящего времени 14 миллиардов лет. Настолько хорошо изучили это все, что даже Ватикан согласился с этой картиной строения мира.

Но, так сказать, вот десять минус в 43-й, это тот предел, на котором современной физики просто не существует. То есть, планковское время, планковские энергии, планковские плотности, - это та область параметров физических, в которых не работает ни квантовая механика, ни общая теория относительности вместе. Поэтому на сегодняшний момент теории, которые бы описывали это, нет, они только строятся. Поэтому их предсказательная сила, она, так сказать, на уровне, ну, философских рассуждений, философских разговоров ,таких философских мировоззрений. Что, да у Вселенной не было, так сказать, ни начала, ни конца. Она существует вечно.

Вот это пока возможно. Пока не будет каких-то экспериментальных фактов, которые из множества теорий выберут ту, которая будет эти факты объяснять.

Значит, вот я разделяю две области. Я разделяю область, когда есть эксперименты, которые подтверждаются стандартной теорией. И я понимаю, что стандартная теория ограничена, что она сегодня не может объяснить все. Значит, нужно построить новую теорию. Новая теория строиться. И существуют несколько вариантов новой теории. И они дают разные результаты. Какие из этих результатов более верные, я не знаю. Верить я не хочу, я хочу либо знать, либо не знать. Значит, вот я не знаю.

Это означает, что возможны и те и те варианты. В этом смысле я согласен, что они возможны. Это покажет будущее развитие теории и будущие эксперименты.

ВОПРОС: Спасибо. И последний вопрос… Есть еще одна такая теория, которая подтверждает, что помимо нашего видимого нами материального мира, существует еще некий мир, который является отражением нашего мира на энергетическом уровне, и .. мысленно свои… на этот мир, мы, соответственно, можем управлять… изменять наш материальный мир, в том числе и наше положение в нем, наше событие, какие-то действия. Что вы по этому поводу думаете?

ОТВЕТ: Вот, если бы вы этот вопрос сформулировали как и предыдущий – согласен или не согласен – вот здесь мне уже легче ответить. Я бы сказал, не согласен. Но этот ответ не до конца корректный на самом деле, потому что физика и наука отвечает на определенного рода вопросы. Вот она на них отвечает, она на них может ответить, она пытается на них отвечать, она видит способы и пути как ответить на вопросы, на которые еще сегодня ответов нет. Нет ответов, ну, потому что не техника еще не развита, еще нет соответствующих теорий.

Но, с точки зрения науки, я знаю, куда мне нужно двигаться и как мне нужно двигаться, чтобы ответить на эти вопросы. Поэтому рано или поздно на тот или иной вопрос я отвечу. Но, если физике или науке задавать вопрос, на который она в принципе не должна отвечать, то, так сказать, вот тут уже, что называется, ну, немножко параллельно в том смысле, что ну не предназначена наука отвечать на вопросы там этического, религиозного, эстетического плана, она к этому просто не предназначена.

То есть, я могу иметь свое мнение как гражданский человек по поводу этих вопросов. Если же меня спрашиваете как ученого, то я говорю очень просто. Когда вы говорите про энергетический масштаб там какой-то, для меня слово «энергия», очень имеете четкие определенные выражения. Оно измерима. Я ее могу чем-то измерить. Она проявляет себя различными способами. Я ее могу померить.

Когда вы говорите про энергетический масштаб, что вы имеете в виду, чем вы это будете мерить? Этого я не знаю. поэтому ответить вот на этот ваш вопрос, существует такой мир, который, так сказать, я не знаю, чем я его буду мерить, я не могу.

ВОПРОС: Мы сегодня говорили про Вселенную, как вы думаете, где у нее начало, где у нее конец?

ОТВЕТ: Имеется в виду с точки зрения геометрии, да, то есть, размеров? Вот это вопрос такой хороший в том смысле, что Фридмановские модели, предполагающие несколько вариантов расширения Вселенной, дают и несколько топологий, это на научном языке называется топология Вселенной, то есть, является ли она замкнутой, является ли она открытой или критической? И этот вопрос задается так.

Ну, представляете себе резиновый шарик симметричный. Где у него начало, где конец? Это замкнутая, вот аналог замкнутой Вселенной. Она ограничена, у нее ограничен объем, но как такового начала и конца вот у этой поверхности нету. И в этой Вселенной, более того, возможны такие же эффекты, которые возможны на шарике. Вы можете увидеть свою спину в этой Вселенной рано или поздно. То есть, излучая, так сказать, электроэнергию, свет обогнет вот эту всю поверхность, и придет к вам со стороны лица. То есть, в таких Вселенных вы можете увидеть спину.

А в бесконечных Вселенных ответ тоже такой же. У нее нет, если Вселенная бесконечна, то есть, открытая критическая, у нее нету начала, у нее нету конца с точки зрения геометрии. В космологии есть понятие «причинной связанной области», а именно, когда мы смотрим на далекие объекты, чем… например, на квазары, про которые я рассказывал, они находятся, образно говоря, на краю Вселенной, на самом деле в бесконечности края никакого нету.

А, так сказать, вот это вот высказывание имеется в виду в нем вот что, свет у нас имеет конечную скорость распространения, это означает, что, если по времени, если по времени у Вселенной было начало, то вот и это начало, как вот сейчас думают, что оно было, и это начало приблизительно 14 миллиардов лет, то вот размер Вселенной сейчас у нас это порядка скорость света умножить на 14 миллиардов лет. То есть, тот объем, который свет пройдет за 14 миллиардов лет. Это размер нашей видимой Вселенной. Он очень огромный. Но при этом конца все-таки нету. Этот край, край до которого просто вот откуда идет свет и до куда он не может дойти от нас.

Можно задать вопрос, что за этим краем? Для бесконечной Вселенной точно такая же Вселенная, как и наша. Просто она с нами причинно не связана. Наши сигналы световые и с той Вселенной, так сказать, в нашу, из нашей в ту, они просто не доходят за время, которое сейчас прошло. Если Вселенная расширяется со скоростью с замедлением, то тогда вот эти вот Вселенные, которые на сегодняшнем этапе разомкнуты, то есть, свет не доходит, завтра уже будут сомкнуты, то есть, завтра у света будет больше возможностей пройти расстояние и большей путь. И мы увидим все больше и больше расстояний.

Если Вселенная расширяется с ускорений, тут ситуация немножко сложнее. Это будет означать, что, так сказать, различные части Вселенных, которые видит себя, но не видят друг друга, могут друг друга не увидеть и в будущем. Вот поэтому на самом деле Вселенная может быть ограниченной и неограниченной, но у Вселенной в геометрическом смысле нет ни начала, ни конца.

ВОПРОС: У меня такой вопрос. По поводу времени, с точки зрения… Вселенная сама по себе, что она представляет? Люди рассматривают Вселенную по поводу удалении планет друг от друга, она может быть бесконечная… На самом деле, есть какая-то линия и с помощью… на нашей планете в фантастических фильмах. И еще один момент по поводу того, что существует какая-то энергия 70 процентов и …25 процентов, может быть, это и есть та энергия, которая может объяснить это время? И открывая черную энергию… антигравитационные силы какие-то появляются, которые позволят изменить… за столько лет посылая сигналы, и зная, что существует в нашей.. какие-то подобные планеты, я думаю, что все-таки есть какая-то жизнь…

ОТВЕТ: Понял вопрос. Вопрос очень объемный, тоже на целую лекцию. Значит, что касается физики. Теоретическая физика сейчас ушла настолько далеко, что то, что писали фантасты, так сказать, там десять лет назад, там двадцать лет назад, все невозможные картины в принципе в теоретической физике они реализуются. То есть, возможна реализация просто невероятнейших как бы чудес, которые казались раньше, ну, откровенно говоря, патологией. То есть, в теоретической физике возможно очень много.

Что касается времени, вот так сказать. Это, действительно, самая загадочная субстанция. С точки зрения теоретической физики, существует принцип причинности, который нарушать никак нельзя. То есть, то, что описывалось Уэллсом «Машина времени», это очень здорово, но реализовать такую конструкцию в рамках современной физики практически невозможно.

Квантовая механика позволяет создавать временные флуктуации, пространственно-временные флуктуации, но они обладают как бы масштабами микромира. То ест, построить как бы... вот сейчас практических способов что-то близкое построить, чтобы там вот реализовать и фантастов, ну, пока невозможно. Может, это возможно будет завтра. Может, родится какой-то гений, который завтра выдвинет какую-то принципиальную гипотезу, на основе которой будут построены устройства, которые смогут это сделать. Это что касается времени.

То есть, на мой взгляд, время – это то же самое из загадочных субстанций, и самое неуправляемое.

Что касается параллельных миров. Параллельные миры и зеркальные миры в принципе есть теории просто теории зеркальных миров. Теории миров, которые с нами могут взаимодействовать только гравитационным способом. То есть, частицы и вот у нас есть пример некоторых частиц, которые имеют ну такое понятие как спин, то есть, закрученность. Вот электрон может закручиваться в одну сторону и может закручиваться в другую сторону. А вот нейтрино не может, например. Нейтрино только правая, а… только левая. Вопрос, существует ли правая нейтрино никто не знает. А, если оно существует, оно может с нами не взаимодействовать.

Значит, оно может находиться рядышком с нами, летать там, и, если существуют какие-то зеркальные частицы на подобие наших частиц, может существовать просто вот рядом геометрически параллельный мир просто точно такой же, как мы. Вероятность того, что, так сказать, на солнечной орбите летают две Земли, одна обычная, другая зеркальная, ну, она нулевая такая вероятность, то есть совсем ноль и очень, очень много, огромное количество нулей, то есть, думать, что рядышком с нами кто-то летает, ну, вот я говорю, это очень маловероятное событие. Но в принципе, так сказать, другие планеты, другие звезды, другие галактики, такое возможно.

Но на сегодняшний день поставлены жесткие ограничения, потому что мы не видим этого объекта совсем, мы чувствуем его гравитационно. Это означает, что вот обычная наша звезда движется по пространству, и вдруг ни с того, ни с сего, хлобысть, взорвалась. Это произошло потому, что она столкнулась лоб в лоб с зеркальной звездой, вероятность этого тоже ничтожна мала. Но тем не менее, если рассмотреть такое событие, вот она столкнулась лоб в лоб, так сказать, сами частицы никак себя не чувствуют, а гравитационное возмущение, равное такому же по порядку величине, как сама звезда, просто ее разрушит. Вот это было бы в зеркальном мире.

То, что мы пока не видим таких явлений, ну, пока еще ни о чем не говорит, потому что вероятность их мала, это вот, ну, жесткие ограничения поставлены на такие вот зеркальные миры.

С точки зрения науки как увидеть мир, который с тобой не взаимодействует, непонятно. То есть, вы говорите, что там кто-то смотрит далеко, ну, вот и Бог с ним, пусть он себе смотрит, давайте мы где-то рядышком посмотрим. Вопрос всегда опять-таки возникнет как посмотреть рядышком? Вот то, что сейчас делают физики, они пытаются понять, как посмотреть рядышком, чем мы можем посмотреть рядышком, чем мы дотронемся друг до друга, то есть, как вот зеркальный человек подойдет, как он вам пожмет руку и какие последствия этого могут быть. Чем его увидеть? Вот это вот проблема, проблема взаимодействия на уровне физики элементарных частиц , взаимодействия этих частиц, это проблема, которую от части будет решать коллайдер. Но это очень сложная техническая проблема.

Но, ее эту проблему может быть не в таком прикладном значении, но ее решают для других физических задач.

Рейтинг публикации:

2

Комментарии (0) | Распечатать

Добавить новость в: