«Это круче, чем бозон Хиггса»

Академик Валерий Рубаков рассказывает, в чем важность окрытия первичных гравитационных волн

Валерий Рубаков 25.03.2014, 09:49
Открытие первичных гравитационных волн подтвердило теорию инфляции cfa.harvard.edu
Открытие первичных гравитационных волн подтвердило теорию инфляции

Открытие первичных гравитационных волн станет прямым доказательством теории инфляции Вселенной, достойной Нобелевской премии. Академик Валерий Рубаков в своей лекции на «Газете.Ru» вспоминает, кто стоял у истоков инфляции, и почему русские ученые оставили в космологии такой глубокий след.

Объявленный на прошлой неделе результат научной коллаборации BICEP означает, что мы стали видеть сигнал от гравитационных волн, и если такой сигнал есть, это прямое свидетельство того, что у Вселенной была фаза инфляции.

Русская инфляция

Говоря о возникновении теории инфляции, я бы назвал двух главных действующих лиц в нашей стране в конце 1970–начале 1980 годов: Алексей Старобинский и Андрей Линде. Кроме того нужно вспомнить Вячеслава Муханова и Геннадия Чибисова. Когда Андрей Линде еще работал в СССР, в ФИАНе, я с ним имел много точек соприкосновения.

Это было летом 1981 года. К тому моменту, совсем с другими людьми, Алексеем Веряскиным и Владимиром Лапчинским, у нас возникла идея объяснить высокую энтропию, которая наблюдается в видимой части Вселенной. Эта наблюдаемая энтропия (термодинамическая функция) — просто гигантская, фактически это число фотонов реликтового фона, 1088 – 1090 штук. Проблема энтропии – то есть почему Вселенная такая большая, и почему у нее такая энтропия — одна из тех проблем, которую решает теория инфляции. Наша идея, которую мы оформили в виде некой работающей модели, состояла в том, что это произошло из-за сильно затянутого фазового перехода, который произошел в первые доли секунды после Большого взрыва. Я очень хорошо помню, что пригласил Давида Киржница и Андрея Линде на семинар в наш институт, где про это рассказывал.

Киржницу принадлежала идея, что во Вселенной должны были быть фазовые переходы, он ее первой высказал, а затем с Линде написал статью, в которой они это изложили. Они пришли на семинар, послушали с удовольствием и очень воодушевились. И вдруг через пару-тройку недель Андрей звонит мне и говорит: «Знаешь, вышел препринт статьи Алана Гуса (американский космолог), в котором описывается примерно то, что ты делаешь, но несколько по-другому. Приезжай».

Я приехал, прочитал, и понял, что наша модель была даже лучше, чем у Гуса.

Но почему-то мы не догадались, что при таком затянутом фазовом переходе Вселенная будет экспоненциально расширяться. В нашей модели был фазовый переход, Вселенная сильно переохлаждалась, в ней выделялась большая скрытая теплота этого перехода, и отсюда возникала высокая энтропия. А о том, что при этом будет экспоненциально расти масштабный фактор, то есть будет расти размер Вселенной, мы не додумались.

А у Гуса и Старобинского это была основная дебютная идея.

В результате нашу статью, которую мы послали в Physics Letters еще до появления препринта Гуса, так и не опубликовали. Сначала нам дали оттуда кисло-сладкий отзыв, мы ее исправили, а потом пришел ответ: «Ну что ж, Гус уже все сделал…». После этого я узнал о работах Старобинского 79-80 годов, в которых он создал по существу первую работающую модель инфляции, в которой все было хорошо, и которая, возможно и окажется правильной. Дальше Андрей Линде подхватил эту мысль и стал придумывать более простые и правильные по сравнению с Гусом версии инфляционной теории. У Гуса там был прокол, его модель не работала: он правильно сказал все слова о том, чего хочется, однако модель, которая бы делала экспоненциальное раздувание и при этом приводила к горячей стадии эволюции Вселенной, не работала.

А Андрей Линде одновременно с Андреасом Альбрехтом и Полом Стейнхардтом опубликовали вторую после Старобинского работающую модель инфляции, а потом Андрей додумался до того, что называется хаотической инфляцией — самый простой и естественный механизм раздувания.

Что касается гравитационных волн, то Старобинский в 1979 году подсчитал, что они должны рождаться в его модели.

Вселенная, как усилитель

А первым ученым, обнаружившим, что при расширении Вселенной благодаря вакуумным флуктуациям гравитационного поля могут рождаться гравитационные волны, был советский астрофизик Леонид Грищук.

Сам факт того, что при расширении Вселенной происходит усиление вакуумных флуктуаций и рождение гравитационных волн – его заслуга.

У нас Веряскиным и с Михаилом Сажиным из ГАИШ МГУ была статья, где мы обратили внимание, что хороший способ обнаружения этих гравитационных волн — наблюдение анизотропии температуры реликтового излучения (разницы температуры излучения в различных направлениях на небе). Про поляризацию фона мы тогда и не задумывались. Тогда мы и не думали, что анизотропию реликтового излучения позднее, с помощью советского эксперимента «Реликт» и американского COBE измерят с такой высокой точностью.

О том, что искать надо B-моду поляризации, впервые сказали американские ученые.

Эксперимент BICEP на Южном полюсе искал эту моду, и, как утверждается, нашел.

Эти волны все хотели найти, речь идет о волнах с длиной волны в гигапарсек и периодом — несколько миллиардов лет!

Это не те волны, которые можно изучать на Земле. Это волны, которые были рождены в эпоху инфляции примерно спустя 10-37 секунды после Большого взрыва, и их характерные масштабы были самыми разными. После инфляции там были представлены все длины волн, потом короткие волны должны были уменьшаться по амплитуде, а большие оставались постоянными.

Эти волны дают отпечаток на температуре и поляризации реликтового излучения.

Искали их при помощи спутниковых экспериментов WMAP и Planck, и наземных, которые специально мерили поляризацию. Эта задача фундаментальная и, конечно задача нобелевского уровня. И при этом очень сложная, ведь сигнал этот очень слабый — степень поляризации на уровне 10-7-10-8.

Кроме того, у фона есть поляризация, связанная с прохождением фотонов через галактики и пыль, поэтому выудить сигнал из этого шума чрезвычайно сложно.

Честно говоря, я был удивлен, что они добрались до того уровня точности. Это очень сильное чисто экспериментальное достижение, потому что они улучшили результаты других команд в разы. Хотя здесь есть тонкий момент. Ранее по данным Planck было выдано ограничение на амплитуду реликтовых гравитационных волн, их амплитуда не может быть больше, чем 0,15.

А результаты BICEP оказались заметно выше, чем это ограничение – 0,2.

Поэтому пока я бы с осторожностью относился к данным результатам. Поживем — увидим, сможет ли команда Planck достичь того же уровня чувствительности. Их конек – сразу несколько частотных диапазонов и наблюдение всего неба.

Пока я бы не сказал, что это однозначное открытие, надо подождать независимого подтверждения или опровержения. Но если это действительно открытие, то это – прямое подтверждение инфляции. Я сам последнее время занимаюсь альтернативной инфляционной теорией, и если это открытие будет подтверждено,

то все мои статьи последних нескольких лет надо выбросить на помойку.

Речь тут может идти о Нобелевской премии и не одной, ведь есть теоретики, число которых больше трех, и есть экспериментаторы, которые также могут претендовать на нее. Результат капитальный, это круче, чем бозон Хиггса.