Борис Штерн - Прорыв за край мира

Б. Ш.:Может быть, это и не так плохо. Сколько народа узнало, что существуют гравитационные волны, что есть такая теория инфляции, что есть такая наука — космология…

В. М.:Тут такая проблема. После сенсации со сверхсветовыми нейтрино, закончившейся скандалом, простая публика наверное даже усомнилась в открытии бозона Хиггса: может, опять разъем перепутали… Такие истории дискредитируют науку.

Б. Ш.:С одной стороны — да. Каждая лопнувшая сенсация подобна ложному крику «волки»! Но все-таки нет худа без добра — народ видит, что в науке что-то происходит. Кстати, результат BICEP2 вряд ли лопнет с таким треском — неправильный учет фона — это все-таки не разъем неправильно воткнуть. И все-таки есть шанс, что результат подтвердится. Конечно, им надо было чуть-чуть подождать — «Планк» уже скоро должен выдать данные по фону. Но, видимо, хотелось быть впереди всех.

В. М.:Вообще, уровень журналистики, когда речь заходит о науке, ужасен. По телевизору иногда слушаешь и в ужас приходишь! Я, кстати, подписался на российское телевидение. Извини, но всё, кроме «Дождя» такое…

На этом разговор перешел на политику и назад уже не вернулся. Он происходил в самом начале апреля 2014 года.

Адиабатические возмущения

Когда среда сжимается или расширяется, она соответственно нагревается или охлаждается. Если процесс проходит без передачи тепла от одних областей другим, то он называется адиабатическим. При этом энтропия в сопутствующем объеме (сжимающемся или расширяющемся вместе с веществом) не меняется. Неоднородности с постоянной удельной энтропией (энтропией, деленной на сопутствующий объем) называются адиабатическими возмущениями. В космологии удельную энтропию удобно измерять как отношение числа фотонов к числу барионов.

Альтернатива адиабатическим возмущениям — энтропийные возмущения, где число фотонов на барион меняется. Если адиабатические возмущения плотности космической среды каким-то образом заморозить, то из-за диффузии фотонов они превратятся в энтропийные: температура выровняется, а плотность останется переменной. Однако в ранней Вселенной диффузия фотонов для достаточно больших возмущений была незначительной^ возмущения, родившиеся как адиабатические, таковыми и оставались. Возмущения, родившиеся в ходе инфляции, автоматически становились адиабатическими при «выгорании» инфлатона. То, что возмущения изначально были адиабатическими, видно по положению пиков на рис. 32.1. Если бы они были энтропийными, акустические колебания среды в ранней Вселенной вели бы себя по-другому, и пики оказались бы в других местах.

Теория инфляции повела ученых дальше, чем это можно было представить после появления первых работ. Оказалось, что инфляция продолжается не 10 -35с, как это предполагалось в первых статьях, — однажды начавшись, она не может прекратиться и продолжается вечно, рождая новые вселенные. Вместо Большого взрыва получается большой, немыслимый, бесконечный фейерверк вселенных.

Среди простых вопросов, ставивших космологов в тупик до появления теории инфляции (см. главу 9), был один, который мы до сих пор не рассматривали. Есть много физических постоянных, значения которых вроде бы ниоткуда не следуют. Но если мы попытаемся представить мир, где какая-нибудь из этих констант немного изменена, жизнь в таком мире оказывается невозможной: не образуются атомные ядра, не горят звезды и т.п. Что так подогнало значения констант, чтобы мы могли существовать?

Что это за константы, и чем их изменение фатально для нас? Самой капризной вещью во Вселенной оказываются звезды, без которых мы не можем существовать. Повторим широко известные факты на этот счет:

• Ядро тяжелого водорода, дейтрон, оказывается довольно слабо связанным, что играет большую роль в процессе горения водорода (в основном протон-протонном цикле) в звездах. Если чуть-чуть увеличить ядерную силу притяжения между протоном и нейтроном, то вероятность одной ступени протон-протонного цикла — соединение протона с дейтерием в ядро гелия-3 упадет, и звезды будут еле тлеть. Если силу притяжения ослабить, дейтрон исчезнет и протонный цикл оборвется

• В главе 6, посвященной Фреду Хойлу, упоминалась тройная гелиевая реакция как его главное достижение и как единственный мостик от легких к тяжелым элементам в звездном нуклеосинтезе. Эта реакция идет благодаря резонансу ядра углерода при удачной энергии. Стоит немного изменить константу ядерных взаимодействий, и реакция блокируется, а Вселенная остается без тяжелых элементов.