Компьютерра - Цифровой журнал «Компьютерра» № 1
10000 — это четыре нуля, а вам надо написать девятнадцать нулей, и это будет масштаб энергии. То есть это 10 миллиардов миллиардов ГэВ, в отличие от 14 000, до которых дотягивается LHC. Это консервативная оценка, которая связана с масштабом гравитационных взаимодействий. Это гравитационные взаимодействия, которые мы можем наблюдать и оценивать в лаборатории. Опять, если есть большие пространственные измерения, то все эти оценки летят. Тогда масштаб, где начинается выход за рамки общей теории относительности, может соответствовать масштабу энергии LHC. Это экзотика, но не запрещенная теоретически, и даже есть соображения в пользу такой возможности, хотя и зыбкие. Это что касается высоких энергий.
С другой стороны, если речь идет о низких энергиях и больших расстояниях, то общая теория относительности заведомо работает на расстояниях, сравнимых с размером скопления галактик. Это мегапарсеки, мегапарсек — три миллиона световых лет. На таких расстояниях общая теория относительности работает. А на космологических (еще больше — гигапарсеки) вопрос, работает, или нет. Опять. Если оставаться консерватором, то должна работать. Но есть такое явление — ускоренное расширение Вселенной. Может быть, его можно объяснить с помощью модификации общей теории относительности, изменениями законов гравитации на таких гигантских расстояниях. На эту тему думают, и я сам ее не оставляю. Но построить самосогласованную теорию сложно, хотя и нет указаний и на то, что этого сделать нельзя. Может быть, можно обойтись без всякой темной энергии, объяснить ускоренное расширение Вселенной тем, что общая теория относительности перестает быть применимой на космологических масштабах. Это очень увлекательное занятие. Потому что, в принципе, с помощью космологических наблюдений это дело в будущем можно будет проверить.
А Вы в этом смысле консерватор или нет?
Я держу глаза открытыми. Мне нравится и то, и другое. Конечно, надо пытаться смотреть в сторону более экзотических возможностей, оставаться консерватором в науке — это достаточно пустое дело. Но нужно понимать, где экзотика, а где возможность очень очевидная и правильная. Оба варианта пока кажутся экзотическими. И то, что есть большого размера дополнительные измерения, и то, что общая теория относительности меняется на космологических расстояниях. И красивой теории, которая бы сказала «Вот оно», пока нет, но это не значит, что ее не будет. Попытаться придумать что-то, наверное, возможно. Я и сам занимаюсь этим, и с интересом смотрю, что делают другие.
Когда этот вопрос прояснится, навскидку?
Если говорить о малых расстояниях, то эксперименты на LHC могут вполне на этот вопрос ответить. И если масштаб дополнительных измерений доступен для LHC, то это дело не очень далекого будущего, сигналы предсказываются такими моделями настолько яркие, что LHC будет вполне способен в этом разобраться. А большие расстояния, ну, это тоже не безумно далеко. Потому что космологические наблюдения, наблюдения астрономического типа, которые говорят о свойствах Вселенной, очень быстро прогрессируют, и не очень далеко будет видно, как именно ускорялась Вселенная в недалеком прошлом. И отсюда можно будет делать выводы о том, что это такое — темная энергия, или это космологическая постоянная, или новая гравитация на больших расстояниях.
Недалекое прошлое — это какое?
Это последние 8 миллиардов лет, по космологическим масштабам это недалекое прошлое. Вселенная, вообще-то, существует 14 миллиардов лет, речь идет примерно о половине возраста Вселенной.
В физическом минимуме В. Гинзбурга есть пункты «Экспериментальная проверка общей теории относительности» и «Гравитационные волны и их детектирование». О каких экспериментах идет речь?
Экспериментальная проверка общей теории относительности — это деятельность, текущая вовсю. Общая теория относительности, помимо классических эффектов, которые были обнаружены еще при жизни Эйнштейна, предсказывает многообразные эффекты: в распространении света, в поведении тела на земной орбите и так далее. Проверки ведутся постоянно, усовершенствуются. Есть хорошая статья на эту тему — Турышева в «Успехах физических наук», вполне доступная для чтения. Он сделал обзор таких экспериментов. Все, что я могу здесь сказать — это дать ссылку на этот материал, потому что подробностей экспериментов я не знаю. Это одно. И второе — гравитационные волны. Нет сомнений в том, что они существуют. По движению двойных пульсаров видно, что они излучают гравитационные волны, из-за этого уменьшается размер орбит, теряется энергия, и это вполне соответствует общей теории относительности. Так что в этом смысле нет сомнений, что гравитационные волны излучаются, как предсказал Эйнштейн. Это вопрос решенный. Несмотря на то, что их открытие как таковых еще не состоялось, и нет самих наблюдений.
А какие эксперименты проводятся по регистрации гравитационно-волнового сигнала?
Сейчас есть несколько больших детекторов. Самые крупные — LIGO в Америке и VIRGO в Европе, они имеют примерно одинаковую чувствительность. Было бы, наверно, чересчур оптимистично надеяться, что на них будет зарегистрирован гравитационно-волновой сигнал, для этого все-таки нужно, чтобы были близкие источники. А рассчитывать на то, что они действительно есть, пожалуй, чересчур оптимистично. На сегодня они вышли на свои проектные параметры и ищут эти источники. Я не думаю, что они их обнаружат, но если это произойдет, то будет большое открытие. Дальше, конечно, планируются эксперименты в космосе.
Проект LISA? Насколько, вообще, реально построить такую установку?
Да. Со временем будет реально. Пока это немножечко прожектерство, но это вопрос технологий и техники эксперимента. Есть еще нерешенные проблемы и экспериментальные вопросы. Если сегодня им сказать — «Давайте, запускайте», они не смогут этого сделать. Например, потому, что зеркала на орбите надо удерживать с фантастической точностью. Иначе все время будет движение зеркал, не связанное ни с какими гравитационными волнами. Их нужно все время поддерживать в правильном положении с очень высокой точностью, и пока эту задачу решать не научились. Но научатся.
А наши ученые принимают участие в таких проектах?
Принимают. Но, к сожалению, я не могу сказать, что они лидеры в этом направлении. Национальных проектов такого сорта по гравитационным волнам нет. Есть небольшие установки и проекты, которые еще окончательно не реализованы, но они обладают чувствительностью пониже, чем LIGO. А в космических экспериментах участвуют, но не на лидирующих ролях.
Эксперименты, подтверждающие общую теорию относительности — чисто методические, или действительно в ней есть сомнения? Чем они мотивированы?
Почему методические? Всякую теорию полезно проверять. Есть много обобщений, расширений общей теории относительности. И теоретически они совершенно не исключены. Поэтому отклонения от общей теории относительности в тонких экспериментах возможны. Не то чтобы я их ждал, но сказать, что их нет, думаю, никто не может. Поэтому это не методические эксперименты. Вообще, любая теория тем лучше, чем точнее она проверена. А чем точнее она проверена, тем больше в нее верится. Это дело правильное и необходимое. Наткнемся на отклонения, в том числе и от общей теории относительности, вот будет задачка: что это такое, в чем дело? А это вполне может быть. Это нормальное движение науки. Вы делаете более точный эксперимент, чтобы углубиться в ту область, в которой вы еще не были, по энергиям, или по точностям, и всегда могут быть сюрпризы, таких примеров масса, когда вы натыкаетесь на нечто, чего и не ожидали. Вы думаете, что общая теория относительности верна в данном случае, а оказалось, что она на каком-то уровне перестает быть верной.
Это речь о частных случаях, а как они могут повлиять на всю систему?
Если общая теория относительности сдвинется, то это, конечно, будут капитальные изменения. Общая теория относительности — довольно жесткая теория. Ее расширение — это очень нетривиальное дело. Надо понимать, что это будет связано с новыми полями, с новыми геометрическими сущностями и так далее.
Сейчас всеобщее внимание приковано к такому беспрецедентному физическому эксперименту, как LHC. Осталась ли интересная физика в диапазоне более низких энергий, которые можно изучать на менее крупных машинах?
Конечно. Тут логика развития такая. Физика на малых расстояниях может проявляться в разных экспериментах. Это может происходить либо непосредственно в физике высоких энергий — по энергиям вверх и по расстояниям вниз. Высокие энергии дают возможность нащупывать детали все мельче и мельче. А второй вариант — когда физика на малых расстояниях проявляется в редких процессах, при низких энергиях. Например, слабые взаимодействия, про которые мы сейчас все знаем, впервые проявились в редких процессах бета-распада ядер, нейтронов. А всю картину слабых взаимодействий удалось расшифровать, когда ставились эксперименты на высоких энергиях масштаба 100 ГэВ. В 80-х гг., когда появились ускорители, стала видна вся картина слабых взаимодействий. То же самое и сейчас. Есть продвижение по энергетическому принципу — энергия вверх, это LHC. Но можно и нужно (и экспериментаторы так делают) искать редкие процессы. В данном случае это редкие распады мезонов. В них вполне может проявиться новая физика, этот поиск идет, и не исключено, что в какой-то момент мы увидим новые физические явления, изучая редкие процессы распада, которые уже известны теории, Стандартной Модели. На этот счет была большая надежда на B-фабрики, это электрон-позитронные ускорители с абсолютно не большими энергиями, типа 10 ГэВ, где рождаются тяжелые B-мезоны. Кстати сказать, новосибирские коллеги из Института ядерной физики принимают в этом деле очень активное участие, на первых ролях, вместе с коллаборациями из других институтов. Были большие надежды на то, что B-фабрики обнаружат новую физику, которая в Стандартной Модели не описывается. Пока эти надежды не оправдались, но это не значит, что следующий раунд экспериментов не приведет к этому. Поэтому для низких энергий есть и будут перспективы.
