(Из переписки А.Н. Барбараша с Р.Е. Рувинским.)
______________________________
Здравствуйте, дорогой Реомар Ефимович!
После раздумий, предлагаю такую форму диалога. Вообразим себе обсуждение (мост через десятилетия) проблем космологии двумя известными учёными 20-го века – англичанином Стивом Хоукингом (Stephen Hawking) и нашим соотечественником Отто Юльевичем Шмидтом. Их разговор, на мой взгляд, мог бы выглядеть так.
______________________________
Хоукинг. Познакомился с космологией книги А. Барбараша "Код. Жизнь. Вселенная.". Не понимаю, что Вам понравилось. Яростные нападки на теорию Большого Взрыва ... Вы это поддерживаете? Что Вас не удовлетворяет во Взрыве? После того, как принцип неопределённости позволил уйти от неприятной сингулярности, получилась очень красивая модель!
Шмидт. Вспомните предысторию. Все серьёзные учёные полагали, что Вселенная вечна. Об этом говорили, в частности, фундаментальные законы сохранения вещества и энергии. Когда Эйнштейн ввёл эквивалентность массы и энергии, это не отменило законы сохранения, а лишь подняло их на более высокий уровень. Ситуация изменилась оттого, что Фридман обнаружил невозможность стационарной Вселенной при действии одних лишь сил гравитации. Действительно, если рядом с гравитацией нет сил отталкивания – стационарная Вселенная невозможна. И Эйнштейн согласился с этим. Отсюда возникла предпосылка идеи Большого Взрыва. К идее Взрыва подтолкнуло и красное смещение спектральных линий далёких галактик.
Но ведь есть и доводы против Взрыва. Взрывом нельзя объяснить увеличение скоростей галактик по мере удаления. Такая ситуация возможна только при наличии постоянно действующих сил отталкивания. Позже выяснилось, что силы отталкивания должны быть очень малы – на тридцать порядков слабее земного притяжения. Но тогда нужно вспомнить и о слабых, не учитывавшихся ранее физических эффектах, например, об отталкивании пыли и газа излучениями галактик. Мы видим это на примере кометных хвостов, отталкиваемых лучами Солнца. Почему же не подумать, что общее отталкивание газа и пыли излучениями галактик может уравновесить очень слабые (на космических расстояниях) силы тяготения? А как только признаем действие этих сил, идея Взрыва становится не нужной. Остаётся объяснить лишь феномен красного смещения.
Хоукинг. Вот видите, красное смещение остаётся! Как ни крути, а уйти от идеи Взрыва нельзя! Почему Вселенная быстро „разбегается”? Значит, был Взрыв!
Шмидт. Да уж нет! После Взрыва красное смещение было бы совсем другим – постоянным для всех расстояний, или даже уменьшающимся с расстоянием из-за тормозящего действия гравитации.
У идеи Взрыва концы с концами не сходятся. Если бы произошёл Взрыв в таком виде, как Вы его описываете, то это, самое крупное событие во Вселенной, должно было бы оставить и самые заметные следы. Любой взрыв создаёт сферические волны, расходящиеся из центра, а Вселенная на расстояниях в десятки миллиардов световых лет совершенно изотропна! Мы видим равномерную структуру из колоссальных ячеек, в которой нет ни центра Взрыва, ни следов сферических волн вокруг него, ни ожидаемой направленности красного смещения от эпицентра.
Да и ход развития науки говорит сам за себя – начальный вариант рождения Вселенной уступил место „инфляционным” вариантам, где от Взрыва уже ничего не осталось. Теперь есть лишь неожиданное и совершенно фантастическое расширение пространства за 10–35 секунды от планковского размера до современной Вселенной.
Хоукинг. Ну что же, это тот же Взрыв, только с иной точки зрения.
Шмидт. Ничего подобного! Это явное отступление! Это уход от неразрешимой проблемы возникновения и последующего исчезновения огромных количеств энергии, перемещающей вещество при Взрыве. Почитайте лидера этого направления Андрея Линде – даже в его инфляционной модели сохраняется множество принципиальных противоречий. А возникают все они как раз из-за стремления доказать, что было вселенское Начало. Только признайте вечность Вселенной – и всё становится на свои места! Остатки проблем вполне укладываются в русло современного физического мировоззрения. Не скажу, что доказаны все явления, предусмотренные стационарной моделью, но предполагаемые явления не противоречат идеологии сегодняшней физики.
Хоукинг. Ну да! Признайте Вечность – и никаких проблем! Да возьмите хотя бы модель вечной Вселенной, предложенную Барбарашем! Чего стоит одна только гипотеза „нейтринного” мира, нейтринного пула!
Шмидт. Простите, но в этой части перед нами не гипотеза. Просто введен новый термин для безусловно существующих в Космосе масс нейтрино и антинейтрино. Гипотетична не нейтринная часть Вселенной, гипотетичны лишь новые варианты трансмутаций с участием нейтрино, которые предположил Барбараш. Но разве можно сказать, что трансмутации с участием нейтрино хорошо изучены? Особенно для экзотичных случаев, о которых идёт речь – для случаев ультраслабых силовых полей внутри ячеек Вселенной и, наоборот, для сверх интенсивных полей в ядрах галактик.
Мы твёрдо знаем, что в ядрах галактик и, особенно, квазаров, возникает вещество и энергия словно бы из Ничего, но что это за процессы – не известно (взгляните на замечательный снимок, сделанный „Хабблом”). Во всяком случае, выделение энергии нельзя объяснить термоядерными реакциями, потому что они не могут дать столько энергии на единицу объёма. Тем более, необъяснимо появление нового вещества. Почему же не считать предложенные Барбарашем варианты трансмутаций одной из очень даже интересных гипотез?
Хоукинг. Возникновение вещества и энергии в квазарах происходит не из „Ничего”, а из физического вакуума, обладающего неисчерпаемыми потенциями. Собственно, отсюда же возникает и Вселенная при Большом Взрыве. Всё больше физиков склоняется к такой точке зрения, и сейчас бурно развиваются идеи о природе физического вакуума.
Шмидт. Дорогой Стив! Вы критикуете модель стационарной Вселенной всего лишь за то, что не доказаны варианты трансмутаций с участием нейтрино, хотя сами трансмутации прочно вошли в арсенал науки, а истинные пределы их возможностей – где-то вдали. В то же время, Вы смело фантазируете о природе физического вакуума, хотя никаких экспериментальных фактов, подтверждающих эти смелые идеи, нет. При этом Вы нарушаете правило, на которое обращает внимание Барбараш: нельзя автоматически переносить естественнонаучные законы из одного диапазона параметров в другой. Действительно, закономерность, установленная в некотором диапазоне параметров, не может без дополнительных исследований распространяться на другой диапазон – вероятнее всего, там она потребует существенной корректировки или вовсе не оправдается.
Мысль о рождении энергии и частиц из физического вакуума – это перенос в Космос вывода квантовой теории о рождении виртуальных частиц в результате „нулевых флуктуаций вакуума”. Однако квантовая теория говорит об очень редком возникновении элементарных частиц, и на столь короткое время, что их нельзя увидеть или зарегистрировать приборами. Об их кратковременном существовании судят лишь по косвенным признакам. Перенос же этих представлений в диапазон миллиардов лет, в диапазон космических количеств вещества не имеет под собой ни малейшего основания. Барбараш прав – в истории человечества не зафиксировано возникновений из физического вакуума ни мраморных мавзолеев, ни каких-либо других ощутимых объектов.
Хоукинг. В то же время, дорогой Отто, Вы сами говорите о возникновении вещества и энергии в ядрах квазаров. Вы сами показываете эту красивую фотографию. В чём же разница между нашими подходами?! Не всё ли равно, возникает это вещество из физического вакуума или из Вашего „нейтринного” мира? Главное, что оно возникает!
Шмидт. Вы правы в отношении квазаров. Действительно, похоже на возникновение здесь нового вещества и огромных количеств энергии. Но этот процесс протекает во Вселенной непрерывно. Поэтому он говорит, скорее, в пользу вечной Вселенной, чем в пользу Взрыва. И объяснить его можно только так, как объясняет Барбараш – круговоротом разных форм материи, переходом видимой материи в невидимую и наоборот. Конечно, в деталях этого круговорота сейчас можно ошибаться, наши знания ещё далеко не достаточны. Но Барбараш правильно уловил принцип, другой путь объяснения просто-таки невозможен.
Хоукинг. Милый Отто! Неужели такой крупный учёный, как Вы, не замечает чрезмерной категоричности своих слов? Неужели нам нельзя избежать этих отголосков воинственности и идейной непримиримости? Давайте просто признаем, что гипотеза Барбараша довольно интересна. Зачем же поднимать её на такой пьедестал, вносить в неё не свойственную гипотезам непоколебимость?
Шмидт. Согласен с Вами. Категоричность следует применять в гомеопатических дозах. Но это как раз тот случай, когда она уместна. Я говорю не о всей космологической концепции Барбараша, а только о двух важных положениях его модели. Во-первых, он совершенно прав, когда говорит о недопустимости автоматического переноса физических законов и представлений из одного диапазона параметров в другой. К сожалению, это важнейшее правило ещё не стало неотъемлемой частью научного мировоззрения. Во-вторых, я думаю, он полностью прав, когда ставит во главу угла космологической модели круговорот материи. Уверен, что будущие поколения в полной мере подтвердят и оценят это.
Хоукинг. Сегодня нужно думать не столько о круговороте, сколько о самой природе Вселенной. Сегодняшняя наука уверенно говорит о существовании видимого и невидимого миров. Конечно, какие-то процессы перехода материи, объединяющие их, могут существовать. Но не в том соль. Барбараш не первый, кто утверждает, что эти миры слиты в едином пространстве и времени. Его модель лишь повторяет выводы НАСА и американских университетов. По данным НАСА, существует, во-первых, некая неоднородно распределённая в пространстве „тёмная материя”, составляющая около 30% от средней плотности Вселенной. Она гравитационно связана с галактиками и их скоплениями, а её природа загадочна. Во-вторых, имеется вакуумная материя (или иначе – скрытая энергия), равномерно распределённая по всему пространству. Вот она-то и есть главная составляющая Вселенной (около 65%), что следует из многих независимых данных. Представления же Барбараша, что весь невидимый мир может состоять из одних нейтрино (хотя он милостиво допускает и иные частицы с подобными свойствами) – ни на чём не основаны.
Шмидт. А вот здесь я согласен со словами Барбараша, что перед нами расхождение не в космологии, а в психологии. Вдумайтесь в сложившуюся ситуацию.
Обе стороны согласны, что видимый мир имеет примерно в 20–25 раз меньшую массу, чем Вселенная в целом. Этот вывод стал неизбежным следствием открытия в 1933 г. Фрицем Цвикки (на основе теоремы вириала) скрытой массы при измерениях скоростей движения галактик в районе созвездия Волос Вероники. Последующие исследования лишь подтвердили и уточнили вывод Цвикки. Взаимодействия между двумя мирами Вселенной – видимым и невидимым – ограничиваются гравитацией. Невидимый мир никаких тормозящих, отклоняющих или ускоряющих воздействий на наш мир не оказывает, а из известных элементарных частиц так могут вести себя только нейтрино и антинейтрино. Отсюда Барбараш делает вывод, что невидимый мир состоит, в основном, из нейтрино и антинейтрино. Но тут возникает расхождение с выводами НАСА.
Если Барбараш полагает, что невидимый мир может даже на 100% состоять из нейтрино и антинейтрино, то НАСА определило общий вклад нейтрино в среднюю плотность Вселенной лишь 0,3%. В чём дело? Где корень расхождения? Оказывается – в психологии. Всё дело в начальной позиции расчётчика. Если для расчётчика Вселенная существует от Большого Взрыва, то нужно подсчитать, сколько нейтрино могло возникнуть за это время. Подсчитал. Получилось 0,3%. Если же расчётчик считает Вселенную вечной, и учитывает постоянный круговорот материи между двумя её мирами, то и ход расчёта иной – соотношение масс видимого мира и нейтрино определится средним временем пребывания материи в видимой и невидимой („нейтринной”) форме. Если соотношение масс, скажем, 1 : 20, то в невидимой форме материя пребывает в 20 раз дольше, чем в видимой. И всё, других ограничений нет. Потому что по всем своим свойствам невидимый мир вполне подходит под определение „нейтринный”.
Дальше снова видим общность позиций – и НАСА, и Барбараш говорят, что в невидимом мире можно выделить две фракции – неравномерно и равномерно распределённую в пространстве. Только НАСА называет эти фракции „тёмной материей” и „вакуумной материей” или „скрытой энергией”, а Барбараш условно называет их жидкой и газообразной фракциями нейтринного пула. И мне кажется, терминология Барбараша удачнее. Потому что газообразная фракция нейтринного пула, если следовать далее за этим автором, проявляет себя воздействием на фотоны, приводящим к красному смещению. А что подтверждает мнение НАСА, будто эти 65% массы Вселенной – ничем (кроме гравитации) не проявляющаяся энергия?
Хоукинг. Вы затронули экстравагантную гипотезу о красном смещении. Не кажется ли Вам, что это уж слишком? Вопрос о торможении фотонов на разных элементарных частицах и атомах глубоко и неоднократно прорабатывался. Такой вариант единодушно отброшен как бесперспективный. И вдруг, дерзкое решение предлагает нам человек, лишь поверхностно знакомый с квантовой теорией. Чего стоит его „объяснение” с помощью „размытого облачка энергии” нейтрино?!
Шмидт. Согласен. Мне вспомнились слова Якова Ильича Френкеля: „Желание понять … является лишь выражением нашего консерватизма, нежелания допустить существование чего-то такого, что не укладывается в знакомую схему.” У Барбараша „размытое облачко энергии” – проявление как раз такого консерватизма. Но не выплёскивайте с водой ребёнка! Я в восторге от его мысли, что удивительные свойства нейтрино объясняются необходимостью совпадения независимых случайных событий. Действительно, какими бы малыми мы ни считали нейтрино по сравнению с протоном или электроном, это не объяснило бы той ничтожной вероятности их взаимодействий, какая наблюдается. Только необходимость совпадения редких случайных событий – расхождение центров частиц не более планковского расстояния, и одновременно, отклонение от нулевой фазы колебаний обоих частиц не более планковского интервала времени – вполне объяснили бы столь низкие вероятности взаимодействия нейтрино с другими частицами. А что до взаимодействий нейтрино с фотонами, то ведь экспериментально это совершенно не исследованная область! Почему не допустить, что Барбараш, при всей фантастичности его идеи, прав, и нейтрино каждые 10–20 минут отнимают у летящего фотона планковскую единицу энергии? Ведь никакие законы микромира при этом не нарушаются. Или Вам легче допустить всё ускоряющееся „разлетание” галактик со скоростями в несколько скоростей света?!
Хоукинг. Отто, Вы меня не
убедили.
Шмидт. Было бы
удивительно, если бы Ваша фундаментальная
точка зрения могла быстро измениться. Но,
надеюсь, я хоть пошатнул Ваши убеждения?
Хоукинг. Пошатываться – это сладкий удел молодости. Особенно, после многих рюмок. Наш разговор заставил меня вообразить, будто мы оба молоды …
______________________________
Буду рад Вашим письмам!
Барбараш 20.05.04