Алексей Алексенко /

Тяжела ли тяжесть, или Кое-что о темной энергии

Что будет, если посветить на Луну фонариком? Возможно, ничего — но не исключена очередная революция в физике

Франц фон Штук. Сизиф, 1920
Франц фон Штук. Сизиф, 1920
+T -
Поделиться:

Нередко так бывает: рассказываешь в компании, в гостях, какую-то интересную историю — например, как добивался от районной управы, чтобы сделали вывод отопительного стояка на чердак. И вот только-только углубишься в какие-то занимательные подробности, как тут несут горячее. Все, естественно, едят, а потом наступает такое характерное сытое молчание. И вот тут важно, с каким выражением лица, с каким покашливанием, с каким именно вводным «Ну так вот...» вы снова пытаетесь завладеть вниманием гостей, чтобы досказать эти последние 35 минут своего искрометного повествования, а то ведь может получиться неловкость, стыдно будет потом дома вспоминать, как вас никто не дослушал.

Примерно так у меня получилось с этими выборами, которые буквально вторглись в самое интересное место нашей беседы с читателями о тайнах Вселенной, оборвали меня на полуслове. Теперь мне надо как-то снова вернуться к теме науки, позвенев вилкой о стакан.

Ну так вот.

Про физику. Физика у нас сейчас, в начале XXI века стала такая замороченная, что нелегко кого-то ею увлечь, даже когда у слушателей вообще нет никаких интересных занятий, не то что ризотто с лисичками или фрикасе из утки. Сто с лишним лет назад лорд Кельвин сказал, что радужные горизонты науки омрачают всего два неприятных облачка, но потом из этих облачков вылупились теория относительности и квантовая механика. Сейчас горизонт полностью закрыт свинцовыми тучами, и догадайтесь-ка, что из них на нас вывалится. Есть даже серьезный соблазн вообще не писать ничего о новостях физики, пока они там не разберутся сами хоть в чем-нибудь. Ну так ведь мы так не можем, а то невежество людское сгустится до чрезвычайности — есть же какая-то просветительская миссия, в конце-то концов.

Одна из этих страшных туч на научном горизонте имеет соответствующее название — «темная энергия». Чтобы не провраться в мелочах, буду краток: суть в том, что Вселенная, как выяснилось недавно, расширяется ускоренно. Это значит, что-то такое распихивает пространство-время, какое-то давление давит изнутри. То есть из ничего. То есть из вакуума. А если обратиться к Эйнштейну, то такое вполне возможно. А если потом обратиться к квантовой механике, то из нее вполне можно вывести это самое давление. Потому что «вакуум», он же «ничего», согласно этой квантовой механике имеет вполне определенную структуру и свойства — и, соответственно, энергию.

На самом деле ученые лукавы. Они вполне могут получить нулевую энергию вакуума: если умеючи подсчитать, все сократится. Но вот если заранее не предполагать, что должен получиться нуль (а он и не должен, как выясняется), то ответ получается странный. А именно, в триллион триллионов триллионов (и так десять раз) триллионов раз больше, чем допускает здравый смысл и астрономические наблюдения. Такая Вселенная просто не могла бы существовать, разлетелась бы в ничто в доли секунды, какие уж там планеты и галактики.

Чтобы найти выход из этой нелепой ситуации, неплохо было бы найти «нечто», которое бы сжирало всю энергию вакуума, кроме ма-а-аленького остатка, в точности соответствующего наблюдениям. Причем хорошо бы, чтобы само это «нечто» не противоречило законам физики и наблюдениям, то есть лунные эльфы и галактические драконы не подходят.

Одна из возможностей обойтись без эльфов и прочей чертовщины обсуждалась на прошлой неделе на Кембриджской космологической конференции (да-да, как раз когда у нас тут назревали выборы). Сама идея, впрочем, появилась еще три года назад, с легкой руки Клаудии де Рам из Огайо.

Эта дама (с коллегами) прикинула на листочке бумаги, что если бы гравитон — никем никогда не наблюдавшаяся частица, переносящая гравитацию, — имел массу, все отлично бы сошлось, поскольку массу ему взять неоткуда, кроме как раз этой самой энергии вакуума. Совсем небольшой массы было бы достаточно, одной триллионной от одной триллионной от одной миллиардной максимальной массы нейтрино, которая и сама-то по себе невелика.

Там возникли, конечно, определенные технические сложности, но идея понравилась научному сообществу, ему вообще по душе идеи, отличающиеся дурацкой простотой. Другие ребята тут же предложили, что для пущей красоты неплохо бы иметь два гравитона — один с массой, другой без.

Тут я хочу воззвать к здравому смыслу читателей. В свое время Эйнштейн приучил нас к тому, что гравитация — это просто искривление пространства. Он, собственно, исходил из постулата, что действие массы на другую массу принципиально нельзя отличить от действия ускорения, и, предсказуемо, именно это получил на выходе: гравитация — это просто другое название для геометрии. Если хотите, можете сказать, что на самом деле это гравитоны. Но тогда уж заодно признайте за ними некоторые странности. Когда вас тянет к Земле, это потому, что Земля насылает на вас тучи гравитонов. Но когда вы резко тормозите на светофоре, это тоже гравитоны, но уже не от Земли, а просто из ниоткуда (иначе по отсутствию гравитонов вы бы легко отличили эти два ускорения, а Эйнштейн такое запрещает). Откуда следует, что никакого движения в пространстве — да никакого пространства вообще! — на самом деле нет, а есть только ансамбли гравитонов. «Где» ансамбли? А «нигде». То есть это черт знает какая странная штука, этот гравитон.

И вот сейчас надо вообразить, что он имеет массу. А это значит, что гравитация вовсе не может распространяться на бесконечные расстояния. А если есть два типа гравитонов, это еще хуже: это значит, что есть две разных ткани пространства-времени. Уж воображайте как можете, как они сосуществуют.

Но физикам ничего воображать не нужно, они только все подсчитывают по формулам. И с их тупой ограниченной точки зрения два пространства-времени идеально решают задачу: взаимодействуют таким образом, что вот это пресловутое ускоренное расширение получается само собой. То есть, если хотите говорить на языке «гравитонов», предположите у них массу, и тогда они съедят почти всю энергию вакуума, и все сойдется. А если хотите говорить по-эйнштейновски, на языке геометрии, тогда эти две странным образом сосуществующих геометрии дадут вам тот же результат. Вот и славненько.

Примерно с таким чувством расходились в пятницу, 6 сентября, космологи со своего семинара. То есть ничего толком не понятно, но вроде что-то забрезжило, теперь — прощальная вечеринка.

Физикам, конечно, неуютно будет жить с массивным гравитоном. Ниоткуда покамест он не следует («теория струн», к примеру, ужасно гордится тем, что предсказывает безмассовый гравитон, и что ей теперь делать?). С другой стороны, «Стандартная модель» тоже предсказывала безмассовые нейтрино, а у них откуда-то взялась какая-то нелепая, ничем не объяснимая масса. Так что это еще можно пережить.

Хуже обстоят дела с законами гравитации. При массивном гравитоне сила тяжести будет вести себя на расстоянии слегка по-другому (ну, не летают частицы с массой в бесконечность: тяжеловаты они для этого). И вот это уже можно проверить экспериментально. Хотя и нелегко: уж больно слаба эта сила тяжести сама по себе.

Из всех «тяготений», с которыми мы тут у себя на Земле имеем дело, самое сильное — между Землей и Луной (примерно в миллиард раз сильнее, чем, например, между Землей и «Титаником», который эта тяжесть уволокла на дно). Расчет показывает, что разница в движении Луны вокруг Земли (точнее, в прецессии лунной орбиты), которая должна следовать из массивности гравитона, проявится в двенадцатом знаке после запятой, то есть речь идет об ошибке в единицу на триллион.

Но знаете что? Уже сейчас расстояние до Луны измеряют с точностью до ОДИННАДЦАТОГО знака (ошибка десять на триллион). Для этого светят лазером в зеркальце, предусмотрительно оставленное на поверхности Луны, и, грубо говоря, вычисляют отставание отраженного луча. Увеличить точность в десять раз — дело техники и, надо полагать, недалекого будущего.

Итак, рецепт: светим фонариком (о’кей, лазером) в Луну, смотрим, что получится, и вот вам революция в физике и потенциальная Нобелевка для Клаудии де Рам. Конечно, если это получится, многие будут разочарованы. Физики ведь любят изящество. Один массивный гравитон — это уже куда менее изящно, чем гравитон без массы. А два разных гравитона — это просто плевок в лицо мировой гармонии. С другой стороны, все остальные высосанные из пальца объяснения «темной энергии» еще хуже. А если уж именно это объяснение окажется верным (Луна покажет, так ли это), значит, придется признать, что мы живем в мире, лишенном всякой изысканности и красоты. Впрочем, иллюзии на этот счет, кажется, только у физиков и остались.

P.S. Статью про обсуждение массивного гравитона на Кембриджской космологической конференции можно бесплатно прочитать в Nature на английском языке.

Комментировать Всего 26 комментариев

Алексей, ну зачем создавать у читателя впечатление, что физика такая безнадежно сложная наука. На самом деле все не так и любой здравомыслящий человек может в ней разобраться намного лучше, чем замороченные профессионалы. Вот, например, господин Раскин, наблюдая за своими пациентами, открыл, что закон всемирного(!) тяготения не работает уже у человека в желудке, т.к. пища по пищеводу не обязательно идет вниз. При этом он так щедр, что даже не претендует на Нобелевскую премию, а делится своим открытием со всеми:

"Позиция Вайнберга абсурдна, потому что он сводит функционирование высоко организованной материи к законам элементарной физики. На самом деле даже в пищеводе пища может продвигаться против силы тяжести, а венозная кровь из ног всегда течет против тяжести в живом организме. Естественно, функционирование центральной нервной системы не описывается только законами термодинамики. Есть физиологоя, психофизиология- все то, что Вайнберг вместе с Буровым предпочитают не замечать."

Эту реплику поддерживают: Иосиф Раскин, Алексей Алексенко

Не господин Раскин, а доктор Раскин. 

Во вторых, предметом дискуссии была философия, а не физика. 

В третих, Эйнштейн что-то говорил о способности объяснить физику семилетнему ребенку ... 

В четвертых, Алеша, ты очень щедр. Если тебе неизвестны факты элементарной физиологии, это еще не значит, что Нобелевская премия полагается тому, кто учебник физиологии таки прочел. 

То есть я против Нобелевской премии ничего не имею, но природная скромность не позволяет ...

Интересно, в каком учебнике физиологии написано, что законы физики не действуют в человеческом организме. Ты наверное  читал учебники, как и все остальное, - с пятого на десятое. Использование всех приборов, которыми медики пользуются при диагностике, как раз основано на идее о том, что эти законы действуют и в организме тоже. 

Еще раз, Алеша, человеческий ( и всякий живой организм )управляется не только законами физики. . Пища по пищеводу и кишечнику  идет  не обязательно по силе тяжести, а иногда против ее - благодаря перистальтике. Птицы летают и т.д. В желудке очень кисло и т.д. Высшая нервная система управляется не только законами термодинамики. 

Поэтому заявления типа, что в мозгу нет  ничего кроме молекул - как в сковородке, и поэтому работа мозга объясняется и управляется только законами молекулярной физики , и поэтому мозг эквивалентен сковородке, есть чушь. Даже в устах нобелевских лауреатов.

Кроме того, заявление о том, что разница между мозгом и сковородкой может быть объяснена только божественным вмешательством, есть чушь в квадрате.

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Александр Ройтман

Этот комментарий я буду хранить, как драгоценность. Никогда не думал, что птицы (и самолеты?) летают против законов физики.

Дорогой Иосиф, откуда эта поразительная  до безумия  мысль насчет противоречия закону тяготения и законам термодинамики в человеческом организме ?  Кто Вас так обманул ? Или я Вас не правильно понял?

Эту реплику поддерживают: Alexei Tsvelik

Уважаемый доктор пользуется диагностическими приборами, которые все основаны на идее о том, что организм подчиняется законам  физики. Но ему, очевидно, никогда не приходилось говорить ни с одним человеком, разрабатывавшим эту аппаратуру. Ни даже поинтересоваться принципами действия самых простейших из медицинских аппаратов, включая даже стетоскоп. 

Вопрос, который обсуждается в науке уже несколько сот лет это не то, подчиняется или нет, а все ли подчиняется, а если не все, то как это может быть. И ответ на этот вопрос совсем не очевиден многим, в том то вся и фишка. 

Среди представителей медицинской профессии полезно познакомится с мнением двух идиотов (согласно доктору Раскину): канадского нейрохирурга и исследователя мозга Вилдера Пенфилда

http://en.wikipedia.org/wiki/Wilder_Penfield

и нейрофизиолога, открывателя синапсов и лауреата Нобелевской премии сэра Джона Экклса (http://en.wikipedia.org/wiki/John_Carew_Eccles). 

Алеша, ты совершенно прав.

Стетоскоп регистрирует точно те же физические процессы, приставляешь ли ты его к груди человека или, скажем, к мотору.

Прибор MRI строит изображение по тем же физическим законам, запихиваешь ли ты в него живого человека или мертвого.

Правда, это не имеет ровно никакого отношения к тому, что я пытаюсь сказать. 

Если тебе интересно что то еще, кроме переполняющего тебя справедливого негодования и презрения ко мне, посмотри пожалуйста ответ Аркадьеву в моем блоге 

Михаил, тут какой-то диалог глухих получается, и к тому же полнейший оффтоп. Попытался выразить свои мысли менее косноязычно в своем блоге.

Я как раз думал, как попроще, чтобы чувство уверенности возникло у читателя, чтоб каждый мог сослаться на взаимодействие двух типов гравитонов если что, для объяснения движения пищи по пищеводу вверх. Но вообще в моем возрасте пища уже не движется по пищеводу вверх, сколько ни пей – это раньше только такое бывало.

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Владимир Генин, Игорь Куличик

Алексей, большое спасибо за хорошую статью!

Хоть вы и досадовали, что никто читать не будет, всё равно надо сеять просвещение и знание!

...а то последние время всё больше побеждает тезис "надо пропагандировать изучение естественных наук, для этого надо строить больше храмов "...

Я всяко за то, чтобы больше храмов. Во-первых, это красиво. Во-вторых, строительный безнес – основа благосостояния моего города. Так ведь они, вместо того чтобы строить, деньги на них отмывают. Выстроят нулевой цикл, и давай мыть. Ровно как в РАН.

Сделайте мне красиво...че то я сомневаюсь с храмами насчет красоты. Красота эт такая вещь... Тонкая. Голыми руками и типа "божественно !",  и т.п. не возьмешь...

Знаете, вот я езжу регулярно через город Хотьково, что в МО, и там строится храм, уже почти под барабан кладку возвели, и так приятно видеть: сидят на лесах рабочие (кирпич не завезли, надо полагать - или раствор), овевает их осенней прохладой, осенним солнышком освещает, едят они что-то из пакетов, что-то пьют. Да какая разница, если храм получится так себе? Вот красота этого мига, неповторимого сентябрьского дня 2013 года - она важнее в очах Провидения, чем все храмы мира. 

А вот шопинг-молл там же строят, возле рынка, так там нету этого благорастворения, там все как-то нервно и зло.

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Владимир Генин

Уважаемый Алексей, по сравнению с Джотто Микеланджело писал нервно и зло, не говоря уж о Гойе. По сравнению с Палестриной  нервно и зло писал Бах, не говоря уж о Бетховене, ну, и так далее. Я понимаю, о чем Вы хотите сказать, но говорите Вы сейчас об этом так, что (может быть неуместно) вспоминаются возвышенные благорастворяющие восторги Манилова, иногда этим грешит и мой друг Алеша Буров. Но мне показалось по Вашей острой статье, что Вы не склонны к такой манере.  Шопинг-молл, конечно не бог весть что, да и черт с ним, но "нервно и зло"? так можно сказать иногда, скажем,  про Шостаковича, который бывает в музыке и нервный и злой, что не уменьшает его гениальности,  но молл?  Впрочем, простите за оффтоп. И спасибо за отличную статью!   

А и не за что! Приходите еще.

А насчет "нервно и зло" – так ведь не один Шостакович способен на напряженную жизнь духа. Может, там, на стройке, частота пульса-то и погуще, чем у Шостаковича. Просто оно там не претворяется в красоту, а только в матюги и пьянку.

Ну уж нет, Алексей, всяко Дмитрий Дмитрич напряженнее на порядки,как и любой крупный художник,  потому и музыка выходит гениальная у него, а не матюки. Тут как раз все дело в напряжении. Спасибо, зайду и не раз, непременно.

«теория струн», к примеру, ужасно гордится тем, что предсказывает безмассовый гравитон

Только что прочитал в весьма мутной (во многом благодаря усилиям переводчика) книжке Яу Шинтуна , что, оказывается, кто-то из струнщиков уже давно играл с двумя гравитонами, с массой и без – у них второй гравитон как-то там бегал по компактным измерениям. Боже мой, Боже, для кого я это написал?!

Вы могли бы об этом узнать непосредственно у Яу. А я мог бы и вовсе не читать эту книжку, все равно понял процентов пять и не уверен, что понял правильно.

Ну, я общаюсь со струнщиками не каждый день, все таки не моя специальность. 

Вы с Яу могли в Гарварде пересекаться, теоретически.

У меня есть много знакомых, но уследить за подробностями невозможно, когда не занимаешься этим вплотную. К тому же со многими проблемами дело обстоит так, что одни говорят, что это загадка, другие, что это абсолютно тривиально. С темной энергией это именно так. 

Впрочем он, как я понял, так и не выучил толком английский.

       В Мозгу кстати говоря тоже много темной материи  ( субстанция нигра) 

И вообще пол-мозга - это совсем не значимые и всем понятные нейроны,  а некая глия...То есть когда мозг отражает Вселенную  он естественным образом проецирует свою структуру  в  космос.  Ничего другого он просто не умеет.

Блестящий слог! Спасибо!