В новом выпуске программы Event Horizon астрофизик Пол Саттер и ведущий Джон Майкл Годье обсуждают фундаментальные пробелы в нашем понимании космоса. Разговор затрагивает вопросы о том, что предшествовало Большому взрыву, почему общая теория относительности пасует перед квантовыми эффектами и стоит ли нам ждать появления «нового Эйнштейна», чтобы разрешить текущий кризис в физике.
🌌 Начало времен: Что было до Большого взрыва? 0:27
Вопрос о том, что находилось «за пределами» Вселенной или «до» начала ее расширения, остается одной из самых сложных концептуальных ловушек современной науки. Доктор Пол Саттер подчеркивает, что если в вопросе о краях Вселенной математика дает ясный ответ (их просто не существует в привычном понимании), то с началом времен всё гораздо сложнее .
Ключевые проблемы понимания ранней Вселенной:
- Пределы применимости: На этапах ранее 10⁻³⁵ или 10⁻⁴⁰ секунд после начала расширения Вселенная находилась в настолько экстремальном состоянии, что ее описание требует объединенной теории гравитации и других фундаментальных сил .
- Отсутствие теории: На данный момент у человечества нет успешной теории квантовой гравитации, которая могла бы описать эту эпоху .
- Распад концепций: По мнению Саттера, на таких малых масштабах сами наши представления о пространстве и времени могут терять смысл . Понятие «до» может быть неприменимо, если время в тот момент не имело линейного течения.
Саттер полагает, что если какое-то событие до Большого взрыва не оставляет наблюдаемых последствий в нашей нынешней Вселенной, то вопрос о его существовании переходит из разряда научных в разряд философских или непознаваемых .
📜 Наследие Эйнштейна и его «величайшая ошибка» 3:41
Несмотря на экзотичность процесса инфляции (сверхбыстрого расширения пространства), общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна по-прежнему остается фундаментом для ее описания. ОТО устанавливает связь между геометрией пространства-времени и его содержимым .
История развития этой теории полна иронии:
- Эйнштейн разработал ОТО, применяя ее к Солнечной системе, и предсказал искривление света и существование гравитационных волн .
- Применив формулы ко всей Вселенной, он обнаружил, что она должна быть динамичной — либо расширяться, либо сжиматься .
- Поскольку в 1920-х годах считалось, что Вселенная статична, Эйнштейн ввел «космологическую постоянную», чтобы уравновесить расчеты .
- После того как Эдвин Хаббл доказал разбегание галактик, Эйнштейн назвал введение этой константы своей «величайшей ошибкой», так как он мог предсказать расширение Вселенной теоретически .
🔍 Кризис и ожидание: Где скрывается «новая физика»? 7:04
Саттер описывает историю науки как цикл периодов затишья и радикальных прорывов. Сейчас, по его мнению, мы находимся на пороге нового перелома, так как нынешние модели кажутся неадекватными перед лицом новых загадок .
Основные признаки текущего застоя:
- Загадка темной энергии: Ученые до сих пор не имеют четкого представления о природе силы, ускоряющей расширение Вселенной .
- Разрыв в силах: Проблема объединения гравитации с квантовыми силами природы остается нерешенной.
- Результаты БАК: Большой адронный коллайдер, за исключением обнаружения бозона Хиггса, пока не предоставил свидетельств существования новых частиц или «новой физики» . По словам Саттера, отсутствие результатов тоже является результатом, так как оно исключает целые категории гипотетических моделей .
На вопрос ведущего о том, появится ли новый «супергений» уровня Эйнштейна, Саттер отвечает скептически. Он считает более вероятным, что прорыв станет результатом кропотливой работы сотен ученых в течение поколений, как это было с созданием квантовой теории .
🌑 Темная материя и гравитационные волны 11:33
Одной из самых горячих точек в современной астрофизике остается «напряжение» (tension) в измерениях скорости расширения Вселенной. Данные, полученные при изучении реликтового излучения (ранняя Вселенная), слегка расходятся с данными от наблюдений за сверхновыми (современная Вселенная) .
Ситуация с темной материей также остается неопределенной:
- Детекторы частиц: Датчики, работающие круглосуточно, до сих пор не зафиксировали ни одной частицы темной материи .
- WIMP под вопросом: Простейшие кандидаты на роль темной материи — слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMPs) — постепенно исключаются из-за их необнаружения на БАК .
- Модифицированная гравитация: Существует гипотеза, что темной материи нет, а наши законы гравитации неверны. Однако Саттер указывает на важное событие: слияние нейтронных звезд, зафиксированное год назад . Вспышка света и гравитационная волна достигли Земли одновременно, что подтвердило: гравитация распространяется со скоростью света. Это наблюдение опровергло большинство теорий модифицированной гравитации .
В завершение Саттер отмечает, что Вселенная оказывается «невероятно огромной и запутанной» (messy), и именно это он отразил в подзаголовке своей книги . Несмотря на все сложности, по его словам, человечество не может не любить этот хаос, так как нам просто негде больше жить .
