Fizicheskii vakuum i kosmicheskaya anti-gravitaciya<< 1. Vvedenie | Oglavlenie | 3. Fizicheskii vakuum i ... >>
2. Gipoteza Einshteina
Da, glavnoe v kosmologii, kak i vo vsyakoi estestvenno-nauchnoi discipline, - eto konkretnye fakty o real'nom mire. No zamechatel'noe obstoyatel'stvo sostoit v tom, chto vse tri vazhneishie otkrytiya v kosmologii byli zaranee predskazany teoriei. Kosmologicheskoe rasshirenie bylo predskazano Fridmanom v 1922-24 gg., a sushestvovanie reliktovogo izlucheniya - ego uchenikom po Petrogradskomu universitetu Gamovym. Prisutstvie v mire kosmicheskoi anti-gravitacii tozhe bylo predskazano; eto bylo sdelano v 1917 g. Einshteinom.
Sleduya davnei, uhodyashei k istokam klassicheskoi nauki tradicii, Einshtein polagal, chto Vselennaya kak celoe dolzhna byt' vechnoi i neizmennoi. On schital, chto s pomosh'yu vselenskoi anti-gravitacii mozhno uravnovesit' gravitaciyu veshestva vo Vselennoi i obespechit' nepodvizhnost' raspredeleniya veshestva, a znachit i statichnost' samoi Vselennoi. Dlya opisaniya anti-gravitacii Einshtein special'no vvel v obshuyu teoriyu otnositel'nosti novuyu konstantu, kotoraya tak i nazyvaetsya kosmologicheskoi postoyannoi. Konechno, eto byla gipoteza, i pritom ves'ma smelaya. Velichina zhe kosmologicheskoi postoyannoi ne vyvodilas' iz kakoi-libo teorii, a podlezhala nablyudatel'nomu opredeleniyu.
Fizicheskaya interpretaciya kosmologicheskoi postoyannoi skladyvalas' postepenno, desyatiletie za desyatiletiem, nachinaya s rabot de Sittera, Lemetra, Tolmena, Bondi. Seichas schitaetsya obsheprinyatym, chto kosmologicheskaya postoyannaya opisyvaet kosmicheskii vakuum, t.e. takoe sostoyanie kosmicheskoi energii, kotoroe obladaet postoyannoi vo vremeni i vsyudu odinakovoi v prostranstve plotnost'yu - i pritom v lyuboi sisteme otscheta. Po etim svoistvam vakuum principial'no otlichaetsya ot vseh drugih form kosmicheskoi energii, plotnost' kotoryh neodnorodna v prostranstve, padaet so vremenem v hode kosmologicheskogo rasshireniya i mozhet byt' raznoi v raznyh sistemah otscheta. Esli ostavit' v storone predstavlenie o statichnosti Vselennoi, to gipoteza Einshteina byla v deistvitel'nosti predpolozheniem o sushestvovanii v mire kosmicheskogo vakuuma. I eto predpolozhenie nakonec podtverdilos' v astronomicheskih nablyudeniyah.
Hotya vakuum chashe vsego nazyvayut kosmicheskim, on prisutstvuet povsyudu i figuriruet v atomnoi fizike i mikrofizike, gde on predstavlyaet soboi nainizshee energeticheskoe sostoyanie kvantovyh polei. Eto tot samyi vakuum, v kotorom razygryvayutsya vzaimodeistviya elementarnyh chastic. Fizicheskii vakuum neposredstvenno proyavlyaetsya eksperimental'no, naprimer, v lembovskom sdvige spektral'nyh linii atomov i effekte Kazimira.
V takih eksperimentah prisutstvie vakuuma nesomnenno, no pri etom znachenie ego energii uskol'zaet ot izmereniya. Poslednee svyazano s tem principial'nym obstoyatel'stvom, chto vo vseh - krome gravitacii! - fizicheskih vzaimodeistviyah proyavlyaetsya tol'ko raznost' energii fizicheskoi sistemy v razlichnye momenty vremeni i/ili v razlichnyh tochkah prostranstva, no ne velichina energii v dannom sostoyanii fizicheskoi sistemy. Lish' gravitaciya "chuvstvuet" samu energiyu, a ne ee raznosti. Grandioznym instrumentom, estestvennoi eksperimental'noi ustanovkoi dlya otkrytiya fizicheskogo vakuuma posluzhila vsya nablyudaemaya Vselennaya, v kotoroi vakuum okazalsya dominiruyushim po energii i po sozdavaemoi eyu gravitacii.
V principial'nom plane problema vakuuma, ego fizicheskaya priroda yavlyaetsya, kak polagayut, naibolee vazhnoi i vmeste s tem samoi slozhnoi vo vsei sovremennoi fundamental'noi fizike [3,4].
Vazhnye izmeneniya v kosmologii, svyazannye s poslednimi otkrytiyami v v etoi nauke, proizveli sil'noe vpechatlenie na kosmologov i blizkih k kosmologii fizikov i astronomov. Po etomu povodu poyavilis' takzhe i raznoobraznye kommentarii v populyarnoi literature i shirokoi pechati. Inogda mozhno uslyshat' ili prochitat', chto novaya kartina mira zastavlyaet otkazat'sya ot privychnoi kosmologicheskoi teorii Fridmana. No eto, konechno, ne tak. Teoriya, sozdannaya Fridmanom, yavlyaetsya stol' obshei, stol' bogatoi i glubokoi, chto v nei v deistvitel'nosti soderzhitsya v kachestve dopustimoi vozmozhnosti i perehod kosmologicheskogo rasshireniya ot zamedleniya k uskoreniyu. Matematicheski eto obespechivaetsya tem, chto v teorii Fridmana prisutstvuet einshteinovskaya kosmologicheskaya postoyannaya; ona-to i sposobna sozdavat' (vernee, predstavlyat' v reshenii) anti-gravitaciyu, kotoraya vyzyvaet uskorenie rasshireniya.
Kak izvestno, v `Teorii polya' [2] reshenie Fridmana predstavleno v variante bez vakuuma, bez kosmologicheskoi postoyannoi. V original'nyh rabotah Fridmana 1922-1924 gg. (oni byli vpervye opublikovany po-nemecki; russkii perevod sm. v Uspehah Fizicheskih Nauk za 1963 god [5]) eta postoyannaya mozhet byt' i nulevoi, i otlichnoi ot nulya. Kogda pisalas' `Teoriya polya', nikto ne somnevalsya, chto s otkrytiem kosmologicheskogo rasshireniya vse osnovaniya dlya vvedeniya v obshuyu teoriyu otnositel'nosti kosmologicheskoi postoyannoi polnost'yu i okonchatel'no otpali. Tak schital i Einshtein, nazvavshii odnazhdy (v razgovore s Gamovym v Prinstone) ideyu kosmologicheskoi postoyannoi svoim samym bol'shim promahom (biggest blunder) v nauke. Po slovam Landau, kosmologiya chasto oshibaetsya i nikogda ne somnevaetsya.
Interes k modeli Einshteina, k modeli de Sittera, v kotoroi vovse net veshestva i imeetsya tol'ko vakuum, k kosmicheskomu vakuumu i kosmologicheskoi postoyannoi to sovsem ischezal v kosmologii, to vremya ot vremeni snova voznikal po raznym prichinam, i na etu temu nemalo skazano i napisano v prezhnie gody, v tom chisle i v shiroko izvestnyh monografiyah i uchebnikah [6-10]; ne budem povtoryat' to, chto uzhe ne raz izlagalos' s bol'shoi polnotoi i osnovatel'nost'yu i k ssylkam na knigi dobavim tol'ko ukazanie na pionerskie raboty E.B. Glinera [11], kotorye, vozmozhno, menee izvestny.
Idei, vpervye vyskazannye v rabotah [11], stali osnovoi stol' populyarnoi i do sih por modeli inflyacii v ochen' rannei Vselennoi. No i nezavisimo ot etoi konkretnoi modeli i lyubyh ee izvestnyh versii, idei Glinera sluzhat pervoi i poka edinstvennoi razumnoi gipotezoi o fizicheskoi prichine kosmologicheskogo rasshireniya: po Glineru, rasshirenie veshestva obyazano svoim proishozhdeniem anti-gravitacii kosmologicheskogo vakuuma, a samo veshestvo poyavilos' v rezul'tate kvantovyh fluktuacii togo zhe vakuuma. Eti idei vysoko ocenil (hotya i daleko ne srazu) Ya.B. Zel'dovich; s samogo nachala otdavali im dolzhnoe A.D. Saharov i L.E. Gurevich.
Inflyaciya - sovsem osobaya bol'shaya i interesnaya tema, obsuzhdenie kotoroi lezhit vne ramok dannoi stat'i; o nei i bez togo nemalo skazano i napisano v poslednie 15-20 let. Eta krasivaya gipoteza pozvolila privlech' v kosmologiyu samye yarkie idei fiziki elementarnyh chastic i tem samym chrezvychaino obogatit' sovremennuyu kosmologicheskuyu nauku. No vse zhe prihoditsya priznat', chto pri vsem etom model' inflyacii ne smogla predskazat' izmerennoe seichas znachenie plotnosti vakuuma. Ona ne daet kolichestvennyh ukazanii na svyaz' obnaruzhennoi v nablyudeniyah plotnosti vakuuma s nachal'nym (isklyuchitel'no vysokim) znacheniem plotnosti vakuuma v rannyuyu epohu inflyacii. Kak i pochemu pervonachal'naya ogromnaya plotnost' vakuuma (ili inflyacionnogo skalyarnogo polya) upala imenno do ee sovremennogo znacheniya - samyi trudnyi vopros dlya etoi modeli; a bez ego resheniya povisaet v vozduhe mnogoe iz togo, chto model' obeshaet ob'yasnit'.
Stoit podcheknut', chto samo sushestvovanie pervichnogo inflyacionnogo vakuuma nikak do sih por ne dokazano v ekspermental'nom ili nablyudatel'nom plane, tak chto model' inflyacii ne imeet nezavisimogo empiricheskogo osnovaniya. V teoreticheskom plane situaciya tozhe ne slishkom blagopriyatna; delo v tom, chto model' inflyacii predpolagaet dalekuyu ekstrapolyaciyu izvestnyh fizicheskih zakonov. Naprimer, zakony gravitacii, proverennye eksperimental'no dlya rasstoyanii do dolei millimetra, ekstrapoliruyutsya k plankovskim masshtabam dliny, kotorye na 30 poryadkov velichiny men'she. Pohozhe, chto po-nastoyashemu glubokaya i osnovatel'naya razrabotka original'nyh idei Glinera ostaetsya vse eshe delom budushego.
Dalee v etoi stat'e obsuzhdaetsya ne gipoteticheskii pervichnyi vakuum, a tot real'nyi kosmicheskii vakuum, kotoryi prisutstvuet v real'noi sovremennoi Vselennoi i obnaruzhen po nablyudeniyam sverhnovyh.
<< 1. Vvedenie | Oglavlenie | 3. Fizicheskii vakuum i ... >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Kosmologiya - kosmomikrofizika - vakuum - Rasshirenie Vselennoi - kvantovaya gravitaciya - antigravitaciya - lyambda-chlen - Obshaya teoriya otnositel'nosti
Publikacii so slovami: Kosmologiya - kosmomikrofizika - vakuum - Rasshirenie Vselennoi - kvantovaya gravitaciya - antigravitaciya - lyambda-chlen - Obshaya teoriya otnositel'nosti | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
