Во вторник, 4 октября, стали известны имена лауреатов Нобелевской премии по физике. Награда была присуждена американцу Солу Перлмуттеру, австралийцу Брайану Шмидту и американцу Адаму Рису за открытие того, что Вселенная расширяется с ускорением.
Ускоренное расширение Вселенной - не новость для астрономов. Этот факт постулируется одной из самых популярных на сегодня космологических моделей, объясняющих происхождение Вселенной - так называемой инфляционной гипотезой. Но эта гипотеза предполагает, что Вселенная расширялась с ускорением в первые мгновения после Большого взрыва. "Лента.ру" поинтересовалась у одного из создателей этой гипотезы, руководителя кафедры астрочастиц университета имени Людвига-Максимилиана в Мюнхене Вячеслава Муханова, как открытие, за которое была присуждена Нобелевская премия по физике 2011 года, связано с инфляционной гипотезой.
"Лента.ру": Не могли бы вы прокомментировать, насколько ожидаемым было такое решение Нобелевского комитета?
Вячеслав Муханов: Решение было ожидаемо, и я считаю, что это совершенно правильное решение. Я, например, предполагал, что Рису, Шмидту и Перлмуттеру, которые доказали, что сейчас Вселенная расширяется ускоренно, дадут Нобелевскую премию еще в прошлом году.
Эта работа каким-то образом связана с инфляционной гипотезой, в разработке которой участвовали вы, Алексей Старобинский, Андрей Линде?
Естественно, связана. Инфляционная гипотеза предполагает, что в первые мгновения после Большого взрыва Вселенная расширялась с ускорением - этот процесс и получил название инфляции. И из положений этой гипотезы следует ряд предсказаний о том, какой сегодня должна быть геометрия Вселенной - а именно плоской. До того как появились работы Риса, Шмидта и Перлмуттера, данные наблюдений противоречили предсказаниям инфляционной гипотезы. После публикации их статей все встало на свои места - недостающее вещество, необходимое для того, чтобы сделать геометрию плоской, было найдено.
То есть из экспериментальных данных Риса, Шмидта и Перлмуттера непосредственно следует присутствие во Вселенной темной энергии (субстанция пока неясной природы, которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной - прим. "Ленты.ру")? Насколько я знаю, не все научное сообщество разделяет уверенность в ее существовании.
Скорее, из полученных ими данных вытекал некий намек на существование темной энергии. Позже результаты Риса, Шмидта и Перлмуттера были подтверждены с гораздо более высокой точностью данными по флуктуациям реликтового микроволнового фонового излучения - излучения, произведенного вскоре после инфляции. В итоге сегодня у специалистов нет никаких сомнений в том, что темная энергия, которая отвечает за ускоренное расширение Вселенной, существует. И открытие темной энергии полностью подтвердило предсказания инфляционной гипотезы.
Когда Рис, Шмидт и Перлмуттер начинали свои исследования, они предполагали обнаружить, что Вселенная сегодня расширяется ускоренно, или это открытие было сделано случайно?
Да, тот факт, что начался второй виток инфляции, они обнаружили случайно.
То есть никто не ожидал подобного результата?
Ну, некоторые ученые ожидали, некоторые нет. В те времена, когда Рис, Шмидт и Перлмуттер это нашли, точность измерения микроволнового фонового излучения была не такой высокой, как сейчас, но, тем не менее, если бы их исследования с измерением яркости сверхновых типа Ia не принесли результатов, темная энергия все равно была бы найдена через год или через полгода при помощи измерения космического микроволнового излучения.
То есть сейчас, после появления работ Риса, Шмидта и Перлмуттера, можно говорить, что инфляционная гипотеза надежно подтверждена экспериментальными данными?
Да, одно из предсказаний инфляции было подтверждено. Более того, в 2013 году в январе будут опубликованы результаты эксперимента "Планк", который в 500 раз чувствительней самого лучшего эксперимента, поставленного до сих пор. И после публикации этих результатов можно будет говорить, что инфляционная гипотеза подтверждена, как говорят, на уровне семи или пяти сигма - то есть с вероятностью 99,999999… процента. Теперь надо, чтобы общественное мнение привыкло к тому, что эти доказательства есть. Потому что все, что приходит из космоса, просто так руками не пощупаешь, в отличие от какого-нибудь нового материала типа графена.
Инфляционная гипотеза предсказывала существование второй инфляции - то есть ускоренного расширения Вселенной, которое доказали Рис, Шмидт и Перлмуттер?
Вячеслав Муханов. Фото с сайта dynastyfdn.com
Lenta.ru
Нет, инфляционная гипотеза предсказывает, сколько в целом должно быть вещества во Вселенной, но не дает предсказаний, из каких компонентов это вещество должно состоять. Согласно этой гипотезе, могли бы быть, например, следующие варианты: первый - все вещество состоит из барионов (семейство элементарных частиц, включающее, в частности, привычные протон и нейтрон, из которых состоит видимая материя - прим "Ленты.ру"), и их полная плотность равна так называемой критической плотности, которая известна из скорости расширения Вселенной. Второй - 50 процентов барионов и 50 процентов темной материи, и суммарная плотность этого равно той же критической плотности, что и в первом варианте. Наконец, могло бы быть (и именно так и оказалось) 4 процента барионов, 23 процента темной материи и 73 процента темной энергии, и суммарная плотность, опять-таки, равна тому же значению, что и в предыдущих вариантах.
Еще раз повторю, согласно предсказаниям инфляционной гипотезы, что бы мы ни нашли, сумма всего вещества должна равняться критической плотности (и работа Риса, Шмидта и Перлмуттера это предсказание подтвердила), а из чего это вещество состоит, гипотеза не предсказывает. Для получения подобных предсказаний нужно иметь точную модель физики элементарных частиц, которую пока нельзя подтвердить экспериментально, так как на современных ускорителях нельзя достигнуть необходимых значений энергий.
А есть еще какие-то предсказания, вытекающие из инфляционной гипотезы, которые были подтверждены экспериментально?
Да, на сегодняшний момент в общей сложности три предсказания инфляционной гипотезы блестяще подтверждены экспериментальными данными. Например, были проведены просто потрясающие измерения флуктуации космического микроволнового излучения, которые, с моей точки зрения, безусловно, заслуживают Нобелевской премии - в общей сложности, это десятки экспериментов. Самые известные - это баллонные эксперименты BOOMERanG и MAXIMA по измерению углового спектра флуктуаций реликтового микроволнового излучения и, конечно же, эксперимент WMAP по изучению реликтового излучения при помощи спутника.