Премию Tomalla Prize вручают за выдающийся вклад в общую теорию относительности и теорию гравитации. За время существования этой награды из российских физиков её был удостоен лишь Андрей Сахаров в 1984 г. Хотя уже тогда имена Старобинского и Муханова могли бы оказаться среди лауреатов. Ведь именно в конце 1970-х — начале 1980-х космологи-теоретики показали, что в «палеонтологическую летопись» Вселенной нужно вставить новую главу — стадию инфляции. Как оказалось позже, это самое важное открытие в теоретической физике последних 30 лет.
Старобинский и Муханов были одними из тех, кто вписал в эту главу важнейшие слова. Но тогда, по их признанию, ни в каком счастливом сне нельзя было представить, что они доживут до момента, когда экспериментаторы подтвердят верность их прозрений. Прозрений, основанных на том, что квантовые эффекты микромира могут работать даже в огромных вселенских масштабах. С лауреатами побеседовала Ольга Орлова.
Фото Нины Арзамасовой
- Если Вы премию вместе получили — значит, вы — соавторы?
Муханов: Какие мы соавторы? Скорее — конкуренты!
Старобинский: У нас, правда, нет совместных работ, но мы использовали результаты друг друга. Так, в самой известной работе Славы (совместно с Чибисовым) 1981 г. использована моя модель 1980 г. А я потом развил их расчёты.
- То есть корнями Ваши работы уходят в 1970–1980-е годы, когда физики формировали современную космологию — науку о Вселенной в целом?
Старобинский: Да, но сегодня под Вселенной понимается некая хотя и громадная, но всё-таки часть. Обозримая часть чего-то ещё большего — либо мультивселенной, либо метавселенной. А кроме нашей Вселенной сейчас — как математическое предсказание — существует ещё множество вселенных. Но космология именно нашей Вселенной состоит из двух частей: изучение настоящего состояния Вселенной и изучение её прошлого. Космология ранней Вселенной носит археологический характер.
- Может, палеонтологический?
Старобинский: Или так. Мы по всяким найденным в космосе артефактам — «костям» — пытаемся восстановить историю мира. И так мы двигаемся шаг за шагом вперёд в прошлое. Примерно до 1980 г. была известна стадия Большого взрыва, когда вещество было очень горячим. Большой шаг заключался в том, что в биографии нашей Вселенной удалось открыть новую стадию, это как если бы палеонтологи открыли новую эру. Новая стадия Вселенной по времени была очень короткой, но по своему значению крайне важной. Однако мы можем видеть пока только конец этой стадии. И вот сейчас мы размышляем о том, а нельзя ли пойти в её начало?
- Что происходило на этой стадии?
Старобинский: Инфляционная стадия подразумевала, что на раннем этапе Большого взрыва Вселенная расширялась с ускорением. В результате произошла инфляция, которая съела или сгладила все первоначальные образования вещества. Конечно, гипотезы о существовании инфляции уже были. Но как проверить? Я по этому поводу всегда вспоминаю мысль Бора, который сказал: если идея глубокая, то идея, ей противоположная, — тоже глубокая. Мысль о том, что в развитии Вселенной была инфляционная стадия, — действительно глубокая идея. Но мысль о том, что такой стадии не было, не менее глубокая. Поэтому и опровергнуть её тяжело. Значит, для доказательства инфляции надо было во Вселенной найти те «кости», которые от неё остались.
- И как же выглядят эти космологические «кости»?
Старобинский: Что такое найти в грунте кость в буквальном смысле? Это значит, что среди песка или почвы наткнуться на неоднородность. Было предположение, что такие же неоднородности со специфической структурой во Вселенной от инфляции обязательно остались. Предсказание заключалось ещё и в том, что от той инфляционной стадии должно было остаться приблизительно одинаковое количество как больших, так и малых «костей». Это следовало из максимальной симметрии начальной стадии: эти возмущения (или неоднородности) существуют во всех масштабах и их амплитуда во всех масштабах, одна и та же. И это значит, что свойство этих не-однородностей можно охарактеризовать одним числом, а именно их амплитудой. Но и это ещё было грубое предсказание.
- Удалось показать большее? Старобинский: Да, более точным
было предсказание о том, что количество разных «костей» чуточку отличается, причём больших «костей» должно быть логарифмически больше, чем маленьких. Таким образом, стало понятно, что же именно нужно искать во Вселенной, чтобы проверить существование инфляционной стадии. Это привело нас от чисто теоретических рассуждений в область практических астрофизических экспериментов. И действительно, подтверждение этому было найдено. Достаточно редкий случай в астрофизике, когда теория не объясняет уже нечто открытое, а, наоборот, теория предсказывает, а ищут уже то, что эта теория предсказала. Первое, грубое подтверждение наших предсказаний астрономы получили в 1992 г. в эксперименте COBE, а более точное — в эксперименте WMAP.
- Вячеслав, похожа ли Ваша деятельность со Старобинским на игру в бадминтон без сетки — когда смысл в том, чтобы партнёр отбил?
Муханов: Ну конечно же! Лёша придумал хорошую модель, а мы с Чибисовым догадались, что квантовые флуктуации могут отвечать за образование структур во Вселенной, и посчитали их спектр в этой модели.
- Чем была хороша модель Старобинского?
Муханов: В предыдущей работе мы уже доказали, что для усиления квантовых флуктуаций нам нужна стадия ускоренного расширения Вселенной, но у нас под рукой не было хорошей модели, где можно было бы надёжно посчитать, какой же спектр в результате получится. Лёшина модель оказалась именно той моделью, которая нам была нужна, и позволяла посчитать детальную картину неоднородностей (флуктуаций), без которых сегодняшнего мира не было бы. Идея состояла в том, что первоначальные неоднородности, каковыми бы они ни были, полностью сглаживались на этой стадии. То, чего эта стадия не могла устранить, так это квантовые флуктуации, существование которых неизбежно благодаря самому фундаментальному принципу квантовой физики — принципу неопределённости Гейзенберга. Мы показали, что на стадии ускоренного расширения Вселенной фундаментальные неизбежные квантовые неоднородности усиливаются ровно настолько, насколько это нужно для того, чтобы впоследствии из них получились галактики и другие структуры во Вселенной. Без них наша Вселенная напоминала бы собой пустыню.
- Так макромир и микромир оказались тесно связанными?
Муханов: Именно так. Вселенная является очень мощным усилителем, который растягивает и преобразовывает ничтожно маленькие флуктуации, существующие в микроскопических суматошных масштабах, в галактики и гораздо большие структуры. То, что обычно важно в размерах атома, оказалось существенным в колоссальных масштабах. И это ещё не всё. Лёша в 1979 г. сделал другое предсказание: должен быть ещё один реликт стадии ускоренного расширения Вселенной, а именно гравитационные волны с огромной длиной волны, которые могли рождаться только на этой стадии.
Старобинский: Да, мысль была такая, что помимо спектра неоднородностей должен быть спектр гравитационных волн. И если телескоп Plank сможет его померить и показать, то это будет драматическое подтверждение нашей инфляционной модели, последний штрих, завершающий общую картину.
- Почему ж до сих пор со стороны физиков из других областей существует ироничное отношение к космологии как к «науке о ненаблюдаемом», к «очень научной фантастике»?
Старобинский: Люди просто не следят за развитием космологии. Возможно, до исследования реликтового излучения и были основания так говорить, но после того, как открыли реликтовое излучение и флуктуации его температуры, космология стала экспериментальной наукой. Обычно в звёздах и галактиках всё более запутанно, природа более «грязная». А с реликтовым излучением ситуация намного лучше, поскольку эксперименты (наблюдения) дают нам «чистую и простую картину ранней Вселенной».
Старобинский: Другой показатель — грантодатели, которые распределяют деньги на дорогие эксперименты в астрофизике. Они смотрят не на красоту теории, а на её успех. И если сейчас в космологические эксперименты вкладываются громадные деньги, это говорит о том, что в научном сообществе к ним относятся как к нормальной науке, которая приносит отдачу.
- Вячеслав, а Вы как реагируете на ироничные улыбки по поводу космологии? Вас это задевает?
Муханов: Как сказал Борис Николаевич Ельцин, когда его упрекнули в пьянстве: «почему меня должна задевать неправда?». У меня как-то в Германии была дискуссия с хорошим знакомым, священником-иезуитом. Он всё время твердил «natural science» и «natural philosofy». Я его спрашиваю: «А что ты под этим подразумеваешь?» Он отвечает: «Вот физика твёрдого тела — это natural science, а твоя космология — это natural philosofy». Я ему говорю: «Слушай, да ты лет на тридцать отстал!» Понятно, что в 1980-х многие космологию серьёзно не воспринимали, за исключением, пожалуй, тех, кто ею сам занимался. Действительно, что мы тогда делали? По имеющимся, очень немногим наблюдательным данным пытались восстановить детальную картинку прошлого нашей Вселенной. Поэтому была куча конкурирующих теорий: вихревая, энтропийная, адиабатическая. Сейчас благодаря эксперименту стало абсолютно ясно, какая из этих теорий правильная. В 1980-х вся космология базировалось всего на двух ключевых элементах — первичный нуклеосинтез и реликтовое излучение. Но даже этого было достаточно, чтобы нобелевский лауреат Вайнберг осознал: «Ошибка не в том, что мы слишком серьёзно относимся к своим теориям, а в том, что не воспринимаем их достаточно всерьёз». Действительно, в наше время теоретики, когда делают вычисления, довольно редко отчётливо осознают, что некоторые формулы из тех, которые они выводят, могут иметь самое непосредственное отношение к реальности.
