Вячеслав Панов: космологическая модель расширяющейся вселенной

Вячеслав Панов

Вячеслав Фёдорович рассказал об основных постулатах модели расширяющегося и, возможно, вращающегося космического пространства.

Об учёном: Вячеслав Фёдорович Панов, доктор физико-математических наук, профессор ПГНИУ, руководитель пермской группы Российского гравитационного общества, награждён нагрудным знаком «Почётный работник высшего профессионального образования РФ».

Каковы сегодня физико-математические постулаты, к которым сводятся представления о вселенной и какие её основные модели можно выделить?

— Со времён Аристотеля существовала точка зрения, согласно которой вселенная существовала всегда и мир неизменен. Эйнштейн тоже изначально руководствовался этим же и построил так называемую статическую (стационарную) модель вселенной. Сегодня можно выделить три ключевые её модели: открытую, закрытую (объём вселенной ограничен) и эвклидову (плоскую). Но стоит учитывать, что модели вселенной можно адекватно конструировать только на основе теории относительности Эйнштейна и её последующих обобщений. Однако в 1922 году учёный Пермского университета Александр Фридман предложил космологическую модель расширяющейся вселенной. Она удовлетворяла полевым уравнениям общей теории относительности и была первой из нестационарных моделей.

Это решение было опубликовано в журнале Zeitschrift für Physik. Оно было вначале отрицательно воспринято Альбертом Эйнштейном (который, повторюсь, предполагал стационарность Вселенной), однако затем он признал правоту Фридмана. А в 1949 году Курт Гёдель предложил модель вращающейся вселенной без расширения. Это решение обладает некоторыми странными свойствами, в частности допускает существование замкнутых временеподобных линий, позволяющих некоторые виды путешествий во времени.

В любом случае можно предположить, что с первых до последних секунд наша вселенная эволюционирует по одному из решений Фридмана, то есть стремится к расширению и, скорее всего, она плоская — не искривлена и пребывает в трёх измерениях, предложенных Евклидом. Впоследствии гипотеза Фридмана была подтверждена в 1929 году благодаря наблюдениям астронома Эдвина Пауэлля Хаббла. Однако позднее стало понятно, что космология Фридмана не применима к описанию ранней вселенной (в интервале от 10–43 до 10–35 секунды её существования) и в 1980-е годы начала развиваться «инфляционная» космология, в рамках которой была предпринята попытка описания вселенной после 10–35 секунды. Значительный вклад в эту теорию внесли американский физик Алан Гуд и ряд советских учёных, прежде всего Алексей Старобинский и Андрей Линде.

Основной посыл этой теории — ранняя вселенная заполнена неустойчивым вакуумом, а в самом начале размер вселенной составлял 10–33 сантиметра, и за доли секунды она должна была резко расшириться. Затем этот вакуум распадается, и вселенная переходит к той модели развития, которую описал Фридман, когда энергия вакуума переходит в энергию частиц, в результате чего вселенная разогревается. При этом до 1998 года считалось, что после первой стадии инфляции произошёл «большой взрыв», после которого за счёт тяготения вселенная стала расширяться с замедлением.

В 1998–1999 годах группа американских астрономов, изучая вспышки определённых сверхновых, заметила, что затухание яркости этих вспышек происходит с более значительным расстоянием, нежели предполагалось раннее. То есть оказалось, что вселенная расширяется с ускорением, а не замедлением! И здесь на помощь учёным снова пришли расчёты Фридмана, а именно его космологический член (постоянная), от которого, повторюсь, отказался Эйнштейн.

Постулат: По сути, сейчас мы наблюдаем вторую стадию инфляции вселенной, когда материя уже пребывает во вселенной и можно говорить о наличии космологической переменной. Сама вселенная при этом начала расширяться вследствие «большого взрыва» (первая стадия инфляции). Причинами этого, в свою очередь, послужила антигравитация ложного вакуума, который был в ранней вселенной.

Что может выступать физическим носителем фридмановской постоянной во вселенной?

— Её физическим носителем может выступать, например, так называемая тёмная энергия. По современным подсчётам, которые стали возможны благодаря полученным данным с космической обсерватории «Планка», её объём во вселенной составляет порядка 70%. Природа этой энергии до конца не ясна. Но можно сказать, что она обладает антигравитирующим эффектом (в отличие от видимого вещества). При этом и тёмная энергия, и тёмная материя (её объём может насчитывать порядка 27%), а разница между ними заключается лишь в их плотности, хотя и принимаются многими учёными, но всё же являются гипотетическими.

Приверженцы тёмной материи (она не излучает ни света, ни электромагнитного излучения, поэтому её и называют тёмной) исходят из того, что галактики окружены ореолом этой материи и она проявляет себя за счёт притяжения к видимой материи. Что касается тёмной энергии, то её частицы до сих пор не получены в лабораториях, не удаётся их «поймать» и в большом адронном коллайдере.

Но есть гипотеза и о том, что вселенная полностью заполнена фантомной (тёмной) энергией. Если это действительно так, то в будущем (примерно через 22 млрд лет) следует ждать «большого разрыва» вселенной. Думаю, поэтому эволюция мироздания должна быть интересна всем, хотя бы для того, чтобы узнать стоит ли ожидать резкого расширения вселенной. Конечно, не обязательно, что всё будет именно так.

Постулат: Пространство вселенной расширяется, но если это происходит ускоренно, то рано или поздно всю материю разорвёт вследствие удаления атомов друг от друга на критическое расстояние.

Ваши исследования и направлены на разгадку тайны ускоренного расширения вселенной?

— Да, но здесь важно отметить, что все теории вселенной, начиная с фридмановской, рассматривали лишь расширение вселенной, не затрагивая возможности её вращения. При этом оно повсеместно распространено в природе: вращается Земля, другие планеты, звёзды. Более того, есть предположения, что вращение галактик в свою очередь порождается глобальным космологическим вращением.

И в своих расчётах вы закладываете возможность вращения вселенной?

— Вопрос её вращения до сих пор является дискуссионным, и это явление необходимо сразу закладывать или принципиально отказываться от него при расчётах различных моделей вселенной. В рамках наших исследований мы его учитываем. По нашему мнению, за счёт наличия вращения вселенной можно объяснить её нынешнее ускоренное расширение. При этом свои расчёты мы комбинируем и с гипотезой о наличии тёмной энергии, и с возможным вращением вселенной. При этом до конца не известна и структура пространства. Согласно мнению Фридмана вселенная однородна (в ней отсутствует точка, которую можно рассматривать как центр) и изотропна, то есть это происходит по всем направлениям пространства без выделения какого-то одного. Если же вселенная вращается, то существует ось анизотропии.

И с 1982 года нами построено множество космологических теорий, в том числе и с квантовым рождением вселенной. Но какая из них наиболее реальна, сказать сложно. Наблюдения будущего и должны дать ответ на этот вопрос. Пока теория здесь идёт впереди наблюдений.

Постулат: В наших исследованиях мы стараемся показать, что тёмная материя не только позволяет ускоренно расширяться вселенной, но она и сама по себе обладает вращением, идущим от первой инфляционной стадии («большого взрыва»). С одной стороны, это объясняет ускоренное вращение, а с другой, скорость её вращения может быть значительной. Что даёт новое знание, которое может существенно сказаться и на представлениях об эволюции мира.

И что это может изменить в представлениях о вселенной?

— Если тёмная энергия не только антигравитирует, но и вращается, то это может привести к тому, что «большой разрыв» во вселенной наступит раньше. Возможно, это каким-то образом сказывается и на вращении галактик.

Кроме того, сегодня активно развивается идея множества вселенных. Я склонен с ней соглашаться и считаю, что если наша вселенная не является вращающейся, то вполне могут быть другие вселенные, где такое свойство наблюдается.

Если подытожить, то вращение вселенной подтверждает её ускоренное расширение и расширение с энтропией?

— Мы так вопрос не ставили, и взаимосвязь вращения вселенной и энтропии внутри неё не рассматривали. Но, безусловно, звёзды будут выгорать. При этом, например, квантовым образом могут рождаться дочерние вселенные. То есть мы сторонники того, чтобы расширить наше понимание мира с учётом вращения и посмотреть, как такой эффект скажется на эволюции мира.

Зачем, на ваш взгляд, знание этого необходимо, скажем, обычному дворнику?

— Если дворник считает себя приземлённым, то у него и менталитет соответствующий. Если же он воспринимает себя как существо космическое, то будет иначе вести себя и в жизни. Вообще для русского человека главным всегда была духовность, а не материальность. В конце концов, вселенная — наш дом, и необходимо знать, как он устроен. А осознавая себя жителем вселенной, а не только членом семьи, горожанином или гражданином, человек по-иному проявит себя и в мирской жизни. Кант говорил, что есть человеческая душа и тот звёздный мир, который над нами. Нужно стоять не только на земле и зарабатывать деньги, но иногда смотреть и на звёзды.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Оцените статью
Пермский Комсомолец
Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: