Большой взрыв на две Нобелевки

Физики обнаружили в небе следы гравитационных волн, испущенных при космической инфляции. Значит, и сама инфляция, и эти волны существуют на самом деле

Фото: NASA
Фото: NASA
+T -
Поделиться:

Группа исследователей из Гарвард-Смитсониан сообщили об открытии, которое тянет сразу на две нобелевские премии – ну или на две половинки от разных премий, как минимум. А именно: обнаружены следы гравитационных волн (вах!), испущенных при первоначальном лавинообразном расширении Вселенной, которое называют инфляцией (еще раз вах!).

Эту новость очень сложно рассказывать по порядку — журналисты New York Times попробовали, и не сказать, чтобы получилось внятно. Но рассказать-то надо, попробуем.

Инфляцию сначала высосали из пальца физики-теоретики. Они раздумывали над вопросом, как так получается, что «температура неба» (то есть энергия микроволнового фона) с противоположных сторон от Земли совершенно одинакова. Ведь с каждой стороны это излучение летело к нам все время, пока существует Вселенная. Это значит, что между собой эти две стороны ну никак не могли пообщаться — им не хватило на это времени существования Вселенной. А если между ними не было никакой физической коммуникации, то почему температура-то одинакова? (в статье по ссылке — хорошая аналогия с удаленными чашками кофе: если кофе в них одинаково теплый, хочется предположить, что кофе наливали из одного кофейника, но кофейник не может летать быстрее скорости света).

В конце 1970-х Алан Гут предложил объяснение: Вселенная не расширялась постепенно, а в какой-то момент вдруг бах! и расширилась сразу в триллионы триллионов раз за доли секунды. Тогда то, что мы сейчас видим, появилось из малюсенького кусочка доинфляционной Вселенной, и уж там-то все вполне могло успеть остыть до одинаковой температуры — чашки не спеша наполнили из кофейника, а потом они в один миг разнеслись на разные края мироздания.

Случиться такое расширение могло из-за некой перестройки вакуума, о чем мы в нашем научном блоге не раз толковали. Потом Андрей Линде навел глянец на эту гипотезу, и она сразу много всего объяснила. Физики как-то привыкли к инфляции, и лишь редкие отщепенцы ставили ее под сомнение.

Беда в том, что с экспериментальными свидетельствами первоначальной инфляции Вселенной дело было плохо. Не было их, свидетельств. Потому и множились разные умозрительные модели.

Теперь зайдем с другого конца. В мире так все устроено, что у каждого поля есть своя частица, и физики их ловко обнаруживают. Есть, например, электричество, и есть электромагнитные волны, а значит, есть частицы электромагнитного поля (фотоны). И у других полей так же. Вот только с полем гравитационного тяготения была заминка — никто и никогда не наблюдал «гравитон», не видел гравитационную волну, хотя очень старались. Но опять же, не верить в гравитон было признаком некой научной эксцентрики — теории, обходившиеся без гравитона, оказывались причудливы до невозможности. Гравитационные волны очень хотелось наблюдать, чтобы эксцентрики наконец заткнулись.

И вот они сошлись, эти две задачки. Дело было в Антарктиде. Там стоит специальный прибор (назовем его телескопом) коллаборации BICEP. Именно на нем группа Джона Ковака измеряла поляризацию* микроволнового излучения (той самой «температуры неба»). Измеряла вот зачем: если когда-то случилась инфляция, от нее непременно должны были пойти те самые «гравитационные волны». То есть само пространство как бы начало колебаться, сжимаясь и разжимаясь в разных направлениях. Более того, как бы малы эти волны ни были, инфляция за считанные мгновения очень сильно увеличила картинку. И теперь, глядя в очень далекое небо, можно было бы по идее увидеть эту рябь пространства. Расчеты показывают, что поляризация тех древних фотонов должна закручиваться в этакие спиральки, раздутые — благодаря инфляции — на огромные участки темного антарктического неба.

Именно это и обнаружили физики из группы Ковака. Поляризация оказалась закручена, причем аж вдвое сильнее, чем ожидалось ранее. А это значит, что:

Инфляция действительно была,

и Гравитационные волны действительно существуют.

(и даже можно посчитать, какой именно была инфляция, породившая такие волны, а не другие).

Теперь самое интересное: дадут ли за это Нобелевскую премию? И если да, то кому: Гуту, Линде или ребятам Джона Ковака? Есть и еще претенденты: для подтверждения результата хорошо бы получить данные с космического телескопа «Планк». Он измеряет сейчас ровно то же самое, только данные пока задерживаются. Полная ясность ожидается к концу года.

Тем, кому кажется, что он что-то понял, рекомендуется прочитать об инфляции и гравитационных волнах в любой популярной книжке о космологии, или хоть в Википедии — вы гарантированно избавитесь от иллюзий. Те же, кто точно ничего не понял, должны лишь запомнить, что это так же круто, как бозон Хиггса. И что постепенно мгла невежества развеивается, даже если мы с вами никак не в силах в этом поучаствовать лично. Есть же на свете, в конце концов, еще и Америка.

* Как измерить поляризацию? Смотришь в какую-то точку через поляризационные очки и видишь, что если повернуть очки так, получается на доли процента ярче, чем если повернуть очки этак. Потом повторяешь эту процедуру для разных точек неба. И это при том, что небо вообще-то темное, хоть глаз выколи, чуть-чуть светлее абсолютной тьмы, поэтому вместо очков нужен более сложный и дорогой прибор. Тем не менее, поляризацию реликтового микроволнового фона обнаружили еще 12 лет назад, просто спиральки закрученные никак не удавалось разглядеть.

Комментировать Всего 8 комментариев

- Мойше, скажи пожалуйста, сколько ножек у майского жука?

-Ах, господин учитель, мне бы ваши заботы ...

Эту реплику поддерживают: Александра Карт

Нет, вот сейчас все взрослые люди бросят своих интересных жуков – "Ах Мойше, что с тобой случилось, ты не заболел?" 

Эту реплику поддерживают: Иосиф Раскин

Это тоже правда. Мойши преходящи, жуки вечны. 

Алексей, 

А можно чуть подробнее, в чем суть вклада Линде? Он человек чрезвычайно симатичный (я с ним пересекался в гостях  у друзей и слушать про многопузырчатую вселенную было очень интересно)

На видео Линде удивляется тому, что r=0.2 так думали, что оно будет не больше 0.11, причем статистическая достоверность равна пяти сигмам, то есть очень высокая

Эту реплику поддерживают: Алексей Алексенко

Беллетризировать у меня нет сил, уж простите, но вот эта история более-менее описывает суть вклада Линде - если не лень вникать. Но он на самом деле навкладывал по чуть-чуть очень много куда, не только в инфляцию.

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Михаил Аркадьев

"Инфляция таких областей формирует огромные "острова" в первичном хаосе, размер каждого такого "острова" существенно превышает размер наблюдаемой части вселенной. Именно поэтому я называю этот сценарий хаотической инфляцией

Есть существенное отличие данного сценария от старой идеи создания всей вселенной в некий момент времени (Большой Взрыв) практически однородной и нагретой до бесконечно больших температур. В новой модели более не требуются условия изначальной однородности и термодинамического равновесия. Каждая часть вселенной может иметь сингулярное начало (см. в работе (Borde et al, 2001) обсуждение современного состояния вопроса). Однако, в контексте хаотической инфляции это не означает, что вся вселенная как целое возникла из сингулярности. Различные части вселенной могли возникать в разные моменты времени, и потом разрастаться до размеров, значительно превышающих размер вселенной. Наличие начальной сингулярности (или сингулярностей) не означает, что вселенная была создана как целое в результате единственного Большого взрыва. Это означает, что бы более не вправе говорить, что вся вселенная родилась в некий момент времени $t=0$, до которого ее не существовало."

Именно об  этом Андрей рассказывал во время той встречи и я это запомнил как "многопузырчатая всленная (вселенные)". Он при этом очень визуально это описывал,  жестикулируя руками.

Утром сегодня видел эту новость по евроньюс и сразу вспомнил читанную в 80-х годах книгу Пола Дэвиса "Суперсила". Там хорошо написано про инфляцию. Можно прочесть, например, здесь: http://en.pskgu.ru/ebooks/pd12.htm

Эту реплику поддерживают: Алексей Алексенко

Алексей и Степан, вот, не могу удержаться, хвастаюсь:)

письмо к А.Линде

Спасибо за прекрасный материал!

Эту реплику поддерживают: Степан Пачиков, Алексей Алексенко