18 января собрание американских физиков и астрономов под эгидой
Американской Академии Наук сформулировало одиннадцать наиболее
важных вопросов о Вселенной, которые могут быть решены в XXI веке.
1. Что такое темная материя?
2. Чему равна масса нейтрино и как она повлияла на эволюцию Вселенной?
3. Существуют ли дополнительные измерения пространства-времени?
4. Какова проблема темной энергии?
5. Стабилен ли протон?
6. Как родилась Вселенная?
7. Является ли Общая Теория Относительности последним словом о гравитации.
8. Как возникают космические лучи сверхвысоких энергий?
9. Есть ли новые состояния материи при высоких плотностях и температурах?
10. Нужна ли новая теория материи и света при высоких температурах?
11. Как возникли химические элементы тяжелее железа (уран и пр.)?
Я попытаюсь прокомментировать эти вопросы:
1. Темная материя несомненно существует. Самое яркое доказательство ее
существования в следующем:
реликтовое излучение, окрытое более 35 лет назад - это лицо Вселенной такой,
как она была
10 млрд. лет назад.
И "лицо" это однородно и изотропно (с точностью 10 в -5).
Видимая Вселенная была с огромной точностью однородной! Тем не менее,
вокруг нас планет, звезды, галактики, скопления... следовательно, существует
какое-то темное вещество, "неровное" и шероховатое".
Теперь, остается только выяснить - из чего состоит эта темная Вселенная?
Вопрос, вполне может быть решен в 21 веке.
2. Именно нейтрино с конечной массой могло бы отвечать
за темную материю.
Правда, масса его должна быть не менее 5-10 эв.
Вполне реальная задача для наступившего десятилетия.
3. А вот это уже вопрос гораздо более фундаментальный.
Существует ли пятое измерение? Шестое, седьмое?
Идея эта восходит к статье Калуцы и Кляйна 20-х годов. Работы, замеченной еще Эйнштейном, как новое слово в физике.
Идея такова - объединение физических полей с гравитацией достигается
путем введения дополнительных (недоступных сейчас пространственных измерений).
Надежды на решение этой проблемы в этом столетии весьма эфемерны.
4. Разница между темной материей и темной энергией состоит в том,
что первое все-таки должно напоминать "светлое" вещество, то есть должно
"копошиться", "кучковаться", "притягиваться" , а второе представляет
собой чистое безмассовое поле ( знаменитый лямбда-член в уравнении Эйнштейна,
энергия вакуума и проч.) совершенно однородно распространено
по Вселенной. Темная энергия обладает свойствами анигравитации и
слегка подталкивает
Вселенную к расширению. Ее существование сейчас практически очевидно.
Думаю, окончательно это подтвердится довольно скоро.
5. Стабилен ли протон. Эксперименты с огромным количеством воды в Японии
(Камиоканда) показали, что протон живуч.
Насколько?
Время жизни более чем 10 в 33 лет. Вообще говоря, эта цифра уже сейчас
тревожит теоретиков, так как теории великого объединения протон на этих
временах должен быть нестабилен. Здесь 21 век может многое прояснить.
6. Как родилась Вселенная? Ясно, что уровень глубины вопроса
определяет и время решения проблемы. В каком-то смысле мы уже знаем как
она родилась. В абсолютном смысле, мы никогда этого не узнаем.
Здесь, по-видимому, имеется ввиду кусок "рождения" связанный с
послепланковскими временами (то есть, временами несколько более поздними,
чем время, когда не было времени).
В этой проблеме может быть достигнут совершенно минимальный успех и успех
это будет связан с обнаружением гарвитационных волн.
Ведь для всего остального Вселенная непрозрачна!
Думаю, что в этой, фундаментальнейшей области естествознания,
физиков ждут большие разочарования.
Ведь вся физика построена на принципе повторяемости и воспроизводимости
эксперимента. А Вселенных увы 1 штука.
И следующую мы сможем "родить" искусственно лет через 500.
В этом смысле, ожидается некий период схоластики и средневековья.
Кстати такие периоды застоя в физике уже происходили
(от Аристотеля до Галилея - провал был 2000 лет).
7. Скорее всего речь идет не о квантовой, но о классической гравитации.
В этом смысле ответ будет положительным. По большому счету - это уже не
интересный вопрос.
Квантовая же гравитация появится очень не скоро и это не есть проблема
21 века.
8. Вопрос довольно частный. Вполне может быть решен в ближайшем десяти-
двадцати- летии.
Никаких тут особых переворотов не ожидается.
9. Есть ли новые состояния при высоких температурах?
Конечно есть. Но опять же, если речь идет о "средне-высоких" температурах,
то действительно открытие чего-нибудь нового было бы сюрпризом.
10. Нужна. Ответ известен.
11. Ответ более менее известен - тяжелые элементы возникли при вспышках сверхновых звезд, когда гравитационная энергия коллапсирующего звездного ядра идет на образование тяжелых атомных ядер. Неясны детали.
Проблема не фундаментальная и вполне может быть решена в 21 веке.
Завершая обзор этих вопросов, хочется подчеркнуть их неоднородность.
По-видимому, свою роль сыграло какое-нибудь демократическое голосование.
Поэтому и попали в этот список и вопросы "вечные" и "рутинные".
На самом деле, важнейшие вопросы связанные с обнаружением слабоаразвитой жизни
у других звезд выпали, а зря. Вот здесь может произойти настоящая революция. С другой стороны, ожидать обнаружения высокоразвитых цивилизаций в 21 веке абсолютно наивно.
Если бы таковые и были где-нибудь, то они давно бы были обнаружены.
Владимир Липунов
