Александр Гордон - Диалоги (июнь 2003 г.)
Ю.Е. И этот вакуум – среда с отрицательным давлением.
А.Ч. С отрицательным давлением к тому же, да. Именно отрицательное давление этой среды и создаёт эффект ускорения. Дело в том, что согласно общей теории относительности, это впервые было понято Эйнштейном, гравитационную силу создаёт не только масса и плотность вещества, но также и давление вещества. Это замечательная была мысль, которая подтвердилась во множестве и теоретических, и экспериментальных результатов. И придуманный Эйнштейном вакуум… А это он придумал в 1917 году в первой работе по космологии, основанной на общей теории относительности, он указал на возможность стационарной Вселенной, что само по себе не очень интересно, как выяснилось в дальнейшем, но причина, по которой Вселенная могла быть стационарной, это всеобщее отталкивание, это всемирное антитяготение…
Ю.Е. Которое компенсирует тяготение.
А.Ч. Которое компенсирует тяготение вещества и потому создаёт возможность статичности в мире. На каждую частицу действуют две силы – отталкивание и притяжение, и если они равны друг другу по величине и направлены противоположно, частицы покоятся, и так мир может покоиться. Однако мир на самом деле не находится в состоянии покоя, мир находится в состоянии расширения. Это доказал сначала теоретически Фридман Александр Александрович, петербургский математик, а затем это было доказано Хабблом, которого мы уже упоминали, знаменитым американским астрономом. Мир находится в состоянии расширения. Но до сих пор считалось, что это расширение происходит благодаря какому-то изначальному толчку, и в дальнейшем должно затухать, замедляться благодаря всемирному тяготению. И в последние несколько лет стало известно, что, в действительности, Вселенная расширяется не с замедлением, а с ускорением. Меняется вся картина Мира с обнаружением ускорения расширения, и притом это ускорение, несомненно, связано с вакуумом, и вакуум этот преобладает во Вселенной по плотности.
Ю.Е. Вот это самый важный момент. (Эта картинка на экране относится просто к расширению Вселенной, как это было видно по галактикам.)
А.Ч. Между прочим, здесь возникает такой замечательный парадокс. Вселенная расширяется с ускорением, расширяется так, что галактики разбегаются друг от друга со всё большими и большими скоростями, они уносятся друг от друга, ускоряясь, расстояние между ними возрастает, возрастает всё больше и больше, скорости возрастают. А Вселенная в целом, четырехмерное пространство-время, при этом становится всё ближе и ближе к статическому. Четырехмерное пространство-время определяется в этом случае только одним вакуумом, но вакуум устроен так, что его плотность и давление не меняются со временем вообще, они не меняются ни в пространстве, ни во времени. Вакуум – это абсолютная статическая среда. И если вакуум создаёт пространство-время, а сам он статичен, значит, и пространство-время должно быть статично. Вот представьте себе, что имеется четырехмерное пространство-время, в котором со всё возрастающими скоростями происходит космологическое расширение. Такова современная картина мира, и она стала возможна благодаря этим наблюдениям Сверхновых. Совершенно новый подход ко всему, совершенно новый взгляд на вещи. Вот некий парадокс, который, однако, в теории разрешается сравнительно легко. В действительности, в теории Фридмана уже имелся с самого начала вариант такого неограниченно быстрого и ускоряющегося расширения, в котором четырехмерное пространство-время в итоге оказывалось статическим.
Ю.Е. Вот это как раз, я думаю, порция сложных формулировок, которые так любят зрители.
А.Ч. Это удивительное обстоятельство.
А.Г. Это удивительное и совершенно непредставимое обстоятельство.
Ю.Е. Непредставимое, да. Но мало того, что Вселенная расширяется с ускорением, по нему можно измерить плотность энергии вакуума, и оказалось, что около 70-ти процентов массы, или, лучше сказать, плотности энергии Вселенной определяется именно этим самим вакуумом. Это новая, фактически, физическая сущность, хотя признаки её существования в экспериментах были, но плотность энергии удалось измерить только астрономам, только на основании обнаружения далёких Сверхновых, о которых тут говорилось. А также, кстати, в последнее время и по новым измерениям на спутниках. 70 процентов всего, что мы видим во Вселенной, это практически ещё не изученный вакуум. Но и этого ещё мало.
Следующие 27 процентов тоже принадлежат, в общем, неизвестно чему. Правда, эта история довольно старая. Тут мелькнуло скопление галактик (скорости галактик в скоплениях ещё в 30-х годах были измерены очень хорошо), это скопление галактик в Коме (Волосах Вероники). В 30-х годах ещё Фриц Цвикки обнаружил, что скорости в этом скоплении очень высокие. Массы звёзд мы знаем, и знаем, примерно, сколько звёзд в галактиках, и значит, массы самих галактик. И получалось, что при таких массах галактик и их высоких скоростях эти скопления устойчивы быть не могут, силы взаимного притяжения не хватает. Об этом хорошо забыли, и уже в конце 50-х годов наш астроном В.А.Амбурцумян отсюда сделал вывод, что скопления неустойчивы, что там должны всё время рождаться новые галактики и так далее и так далее. Однако вскоре стало ясно, что и в галактиках, во многих галактиках тоже существует какое-то вещество, которое не является ни звёздами, ни газом, но вещество гравитирующее, так что массы галактик много больше, чем суммарная масса их звёзд. И природа этого вещества, которое составляет примерно 27 процентов от общей массы Вселенной, остаётся неизвестной до сих пор. По сравнению с природой вакуума задачка, казалось бы, более простая, но природа его неизвестна. Причём диапазон масс возможных объектов, ответственных за эту «скрытую массу» составляет много порядков, от массивных чёрных дыр до элементарных частиц. Скорее всего, это некий новый вид элементарных частиц, слабо взаимодействующие массивные частицы, которые ещё предстоит открыть. Вот как 30 лет искали нейтрино от Солнца, вот сейчас уже, наверное, лет, не знаю сколько, может быть, 5, 10 ищут эти частицы, они слабо взаимодействуют, но слегка изменяют некоторые ядерные реакции. И физики снова уходят под землю, чтобы исключить всякие помехи.
И получается что же? Получается, что наши любимые звёзды составляют лишь малую долю массы Вселенной. У Шкловского была книжка когда-то «Звёзды: их рождение, жизнь и смерть». Когда он сел за её сочинение, это было лет 30 назад, он пришёл ко мне; я – звездник, Шкловский – астрофизик, и он спросил меня: какие объекты самые главные во Вселенной? Я сказал сразу же – звёзды. Он остался не очень доволен, потому что он занимался раньше диффузным веществом, газовыми туманностями, но решил написать книжку о звёздах, понял, что звёзды очень важны, но оказывается, кто-то ещё уже знал правильный ответ на этот вопрос.
А.Ч. И на звёзды приходится всего один процент массы Вселенной. То, что мы видим, то, что доступно непосредственному наблюдению глазом, это всего один процент полной массы Вселенной.
Ю.Е. Это результат последних 5-ти лет развития…
А.Г. Простите, а ещё 2 процента куда делись?
А.Ч. Есть ещё межзвёздный, межгалактический газ, который впрямую не очень можно наблюдать, но его физика понятна. Этот газ – то же самое вещество, из которого сделаны звёзды, но он горячий и наблюдается только в рентгене.
Ю.Е. И очень важный момент состоит в том, что мы узнали о составе, скажем, 96-97 процентов Вселенной, наблюдая именно звёзды.
А.Г. То есть, наблюдая один процент Вселенной, сделали заключение о 99-ти…
Ю.Е. Да, в этом и есть величие человеческого разума, и, причём, мы абсолютно уверены в том, что звёзд может быть 1, может быть 2 процента…
А.Ч. А те самые Сверхновые, которые мы наблюдаем, это ничтожная часть всех вообще звёзд во Вселенной. И в этой ничтожной части этого одного процента и был взвешен космический вакуум, была взвешена вся Вселенная. Но природа космического вакуума, конечно, остаётся неясной. Хотя физики о вакууме говорят уже очень давно, и он, в самом деле, реально проявляет себя в лабораторных экспериментах. Но чего нельзя принципиально сделать в лабораторных экспериментах, так это измерить плотность энергии этого вакуума. Говорится, тут должна быть некая среда, она присутствует всюду, и здесь, она идеально однородна, она заполняет всё пространство Вселенной с одинаковой плотностью, всюду, везде и всегда. Но измерить в лаборатории плотность вакуума нельзя.
А.Г. Ведь он отрицательным давлением обладает.
Ю.Е. Да, это свойство, которые, собственно, всё и определяет.
А.Ч. Притом отрицательное давление к тому же абсолютно ещё не равняется плотности, такая удивительная среда. В лаборатории нельзя измерить плотность вакуума по той причине, что во всех экспериментах ускользает абсолютное значение энергии, и можно измерять только изменение энергии, изменение энергии от точки к точке, от одного момента времени к другому. И есть только один тип эксперимента, в котором можно определить всю энергию, а не только её различия, не только её разности. Это гравитационный эксперимент. И гравитационный эксперимент в масштабе всей Вселенной, в действительности, и был поставлен самой природой. И лабораторной установкой для измерения плотности вакуума послужила вся Вселенная, вся звёздная Вселенная, все эти Сверхновые замечательные звёзды. И они дали физике и астрономии то, что никакой лабораторный эксперимент принципиально дать не может.
