На днях позвонил мне академик Николай Семенович Кардашев и
сказал: Виталий Лазаревич Гинзбург интересуется откликами на статью
Э.Б.Глинера в последнем выпуске УФН. И вот четвертый день я читаю эту
статью и открываю все новые и новые интереснейшие вещи...
В последнем номере УФН вышла статья Эраста Борисовича
Глинера "Раздувающаяся Вселенная и вакуумоподобное состояние физической
среды"(УФН, 3, 2002). Первое, что я хотел бы сделать - это
порекомендовать всем (в особенности узким специалистам) вдумчиво и
незамедлительно прочитать ее.
Статья Глинера посвящена критике современной инфляционной
космологии - теории предполагающей, что в прошлом Вселенная проходила
грандиозную стадию "раздувания", когда ее размер вырос в огромное число
раз из-за наличия особой физической среды с отрицательным давлением.
Драматизм ситуации состоит в том, что эту модель критикует человек,
который, фактически, и заложил ее фундамент еще в 1965 году! И не
только заложил, но сформулировал основные идейные положения (вплоть до
"раздувания"). Фактически за 15 лет до возникновения "инфляционного"
сценария вся партитура была написана и опубликована в ЖЭТФ. Однако, и
на этом настаивает Глинер, "музыканты" сильно переврали мелодию. Свой
собственный сценарий начатый в 1965 году ему совместно И.Г.Дымниковой
удалось существенно продвинуть в 1975 году (Письма в АЖ, т.1, Т7,
1975). Напомню, что работа А.Гуса (придумавшего слово "инфляция")
появилась в 1981 году, через 15 лет после работы Э.Б.Глинера, через 6
лет после работы Гуревича, через два года после работы
А.А.Старобинского, которые развивали идеи Глинера.
Итак, по сути. В 1965 году Э.Б.Глинер показал, что вакуум у
которого давление в точности равно плотности энергии с обратным знаком
Лорентц-инвариантен. Другими словами такая особая пустота (классическая
пустота является частным случаем, когда плотность энергии равна нулю)
абсолютно не влияет на движение пробных тел. Тела не испытывают трения
и двигаются по геодезическим (в классике - двигаются равномерно и
прямолинейно согласно принципу Галилея). Знаменитый лямбда-член,
введенный Эйнштейном, теперь интерпретировался как энергия вакуума.
Вселенная заполненная такой пустотой не является эвклидовой, а
описывается метрикой де-Ситтера. Эта Вселенная абсолютно статична и
любые движения в ней являются координатным эффектом. Классический
аналог: прямолинейное равномерное движение в пустоте - не обнаружимо!
В своей статье Глинер сравнивает два сценария: "инфляционный" и свой
- расширение Вселенной из некоего вакуумно-подобного состояния с
ненулевой энергией и отрицательным давлением. На самом деле сценарии
страшно похожи внешне - и там и там есть стадия сильного - на десятки
порядков - увеличения размеров Вселенной. Но вот физический дух у обоих
сценариев абсолютно разный.
Напомним, что современная стандартная
инфляционная модель предполагает рождение Вселенной из сингулярности
(из некого состояния, плотность которого описывается планковскими
масштабами). Теории этого состояния нет. В ОТО это состояние просто
есть сингулярность. После проговаривания неких слов о рождении
Вселенной из планковской пены начинает уже работать модель инфляции:
считается, что существует скалярное поле, которое "скатывается" из
состояния с высокой энергией и в результате изменения
температуры происходит фазовый переход и возникает уже обычная
материя. При этом уравнение состояния наполнителя Вселенной в точности
совпадает с уравнением вакуумного состояния Глинера и плотность
энергии в каждом кубическом сантиметре сохраняется. Однако Вселенная
раздувается (по экспоненте), объем растет и соответственно увеличивается
полная энергия Вселенной. С плотностью энергии происходит то же самое,
что с нашей зарплатой в период инфляции - деньги мы получаем те же, но
стоят они меньше, потому что общая масса денег в государстве быстро
нарастает. После остывания и образования обычной материи давление среды
становится положительным и Вселенная разлетается по инерции постепенно
тормозясь силами самопритяжения - Фридмановское расширение в эпоху
которого мы и живем.
Для чего вся эта кутерьма? Дело в том, что в космологии Фридмана
давно существовали некие парадоксы требовавшие хоть какого-то
физического объяснения:
1). Фридмановская Вселенная обладает одним нехорошим свойством - она
возникает из причинно-несвязанных областей в прошлом. Это легко понять
если сравнить радиус причинной области (он пропорционален возрасту
Вселенной) с радиусом Вселенной (во фридмановской Вселенной он
описывается просто законом Кеплера) возраст в степени 2/3. Если
возраст мал, то радиус причинно-связанной области всегда меньше
размеров Вселенной. Что в этом плохого? Да дело в том, что сейчас эти
причинно-несвязанные области абсолютно одинаковы. Спрашивается, каким
образом они смогли узнать друг о друге и сговориться?
2). Плотность нашей Вселенной удивительно близка к, так называемой,
критической. На классическом языке ее кинетическая энергия равна
потенциальной - она подобна ракете запущенной в точности со второй
космической скоростью! В рамках ОТО это означает, что пространство
Вселенной плоское (пространство-время - кривое) и Вселенная будет
бесконечно расширяться.
Введение инфляционной стадии снимает парадокс номер 1.
Действительно, перед раздуванием Вселенная была маленькая и
причинно-связанная. В своей работе А.Гус даже объяснил и второй
парадокс: грубо говоря, если раздуть кривое
пространство до гигантских
размеров, то и малой части его хватит, чтобы разместить наблюдаемый
нами кусок пространства. Но малая часть
кривого всегда кажется плоской!
Но у Глинера идеологически все не так. Он опирается на мечту
Эйнштейна и де-Ситтера создать статическую Вселенную без начала и
конца! До раздувания нет никакой сингулярности, а Вселенная
представляет собой вакуум с космологией де-Ситтера. Такое состояние
статично и через него мировые линии уходят в далекое прошлое. Однако
из-за квантовых флуктуаций равенство давления отрицательной плотности
энергии может нарушиться и тогда, в малой части "доисторического"
Мироздания (терминология Глинера) начинается расширение. Глинер
обращает внимание на то, что во Вселенной с вакуумоподобным состоянием
не может быть инфляции поскольку пустота не может ни расширяться ни
сжиматься. А вот если в некоторой части этой пустоты будет кусочек
примесей - то он и только он будет раздуваться, черпая энергию из
огромного Мироздания, пребывающего в покое. Далее, Глинер напоминает,
что, как показали поздние расчеты инфляция вовсе не гарантирует
критической плотности и тогда остается только одно завоевание -
причинная связанность. Но она есть и в модели Глинера.
В общем, читайте статью, а я лишь подчеркну, что
последние данные наблюдений далеких космологических объектов
подтверждают наличие вакуумного состояния с ненулевой энергией, правда
плотность энергии оказывается гораздо меньше той, что необходима в
модели Глинера.
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
