Na saite Astrometriya Astronomicheskie instrumenty Astronomicheskoe obrazovanie Astrofizika Istoriya astronomii Kosmonavtika, issledovanie kosmosa Lyubitel'skaya astronomiya Planety i Solnechnaya sistema Solnce

Chto bylo do Bol'shogo vzryva i otkuda vzyalos' vremya?
20.04.2006 21:04 | I. P. Ivanov/Elementy.Ru

Voprosy, vynesennye v zagolovok, obychno fizikami ne obsuzhdayutsya, poskol'ku obsheprinyatoi teorii, sposobnoi na nih otvetit', poka net. Odnako nedavno v ramkah petlevoi kvantovoi gravitacii vse zhe udalos' prosledit' evolyuciyu uproshennoi modeli Vselennoi nazad vo vremeni, vplot' do momenta Bol'shogo vzryva, i dazhe zaglyanut' za nego. Poputno vyyasnilos', kak imenno v etoi modeli voznikaet vremya.

Nablyudeniya za Vselennoi pokazyvayut, chto i na samyh bol'shih masshtabah ona vovse ne nepodvizhna, a evolyucioniruet s techeniem vremeni. Esli na osnove sovremennyh teorii prosledit' etu evolyuciyu nazad vo vremeni, to okazhetsya, chto nablyudaemaya nyne chast' Vselennoi byla ran'she goryachee i kompaktnee, chem seichas, a nachalo ei dal Bol'shoi vzryv – nekii process vozniknoveniya Vselennoi iz singulyarnosti: osoboi situacii, dlya kotoroi sovremennye zakony fiziki neprimenimy.

V teorii kvantovoi gravitacii privychnoe nam gladkoe i nepreryvnoe prostranstvo na sverhmalyh masshtabah okazyvaetsya strukturoi s ochen' slozhnoi geometriei (izobrazhenie s saita www.aei.mpg.de).

Fizikov takoe polozhenie veshei ne ustraivaet: im hochetsya ponyat' i sam process Bol'shogo vzryva. Imenno poetomu seichas predprinimayutsya mnogochislennye popytki postroit' teoriyu, kotoraya byla by primenima i k etoi situacii. Poskol'ku v pervye mgnoveniya posle Bol'shogo vzryva samoi glavnoi siloi byla gravitaciya, schitaetsya, chto dostich' etoi celi vozmozhno tol'ko v ramkah nepostroennoi poka kvantovoi teorii gravitacii.

Odno vremya fiziki nadeyalis', chto kvantovaya gravitaciya budet opisana s pomosh'yu teorii superstrun, no nedavnii krizis superstrunnyh teorii pokolebal etu uverennost'. V takoi situacii bol'she vnimaniya stali privlekat' inye podhody k opisaniyu kvantovogravitacionnyh yavlenii, i v chastnosti, petlevaya kvantovaya gravitacii.

Imenno v ramkah petlevoi kvantovoi gravitacii nedavno byl poluchen ochen' vpechatlyayushii rezul'tat. Okazyvaetsya, iz-za kvantovyh effektov nachal'naya singulyarnost' ischezaet. Bol'shoi vzryv perestaet byt' osoboi tochkoi, i udaetsya ne tol'ko prosledit' ego protekanie, no i zaglyanut' v to, chto bylo do Bol'shogo vzryva. Kratkoe opisanie etih rezul'tatov bylo nedavno opublikovano v stat'e A. Ashtekar, T. Pawlowski, P. Singh, Physical Review Letters, 96, 141301 (12 April 2006), dostupnoi takzhe kak gr-qc/0602086, a ih podrobnyi vyvod izlozhen v vyshedshem na dnyah preprinte etih zhe avtorov gr-qc/0604013.

Petlevaya kvantovaya gravitaciya principial'no otlichaetsya ot obychnyh fizicheskih teorii i dazhe ot teorii superstrun. Ob'ektami teorii superstrun, k primeru, yavlyayutsya raznoobraznye struny i mnogomernye membrany, kotorye, odnako, letayut v zaranee prigotovlennom dlya nih prostranstve i vremeni. Vopros o tom, kak imenno vozniklo eto mnogomernoe prostranstvo-vremya, v takoi teorii ne reshish'.

V petlevoi teorii gravitacii glavnye ob'ekty – malen'kie kvantovye yacheiki prostranstva, opredelennym sposobom soedinennye drug s drugom. Zakonom ih soedineniya i ih sostoyaniem upravlyaet nekotoroe pole, kotoroe v nih sushestvuet. Velichina etogo polya yavlyaetsya dlya etih yacheek nekim vnutrennim vremenem: perehod ot slabogo polya k bolee sil'nomu polyu vyglyadit sovershenno tak, kak esli by bylo nekoe proshloe, kotoroe by vliyalo na nekoe budushee. Zakon etot ustroen tak, chto dlya dostatochno bol'shoi vselennoi s maloi koncentraciei energii (to est' daleko ot singulyarnosti) yacheiki kak by splavlyayutsya drug s drugom, obrazuya privychnoe nam sploshnoe prostranstvo-vremya.

Avtory stat'i utverzhdayut, chto vsego etogo uzhe dostatochno, chtoby reshit' zadachu o tom, chto proishodit so Vselennoi pri priblizhenii k singulyarnosti. Resheniya poluchennyh imi uravnenii pokazali, chto pri ekstremal'nom szhatii vselennoi prostranstvo rassypaetsya, kvantovaya geometriya ne pozvolyaet umen'shit' ego ob'em do nulya, neizbezhno proishodit ostanovka i vnov' nachinaetsya rasshirenie. Etu posledovatel'nost' sostoyanii mozhno otsledit' kak vpered, tak i nazad vo vremeni, a znachit, v etoi teorii do Bol'shogo vzryva s neizbezhnost'yu prisutstvuet Bol'shoi hlopok   kollaps predydushei vselennoi. Pri etom svoistva etoi predydushei vselennoi ne teryayutsya v processe kollapsa, a odnoznachno peredayutsya v nashu Vselennuyu.

Opisannye vychisleniya opirayutsya, pravda, na nekotorye uproshayushie predpolozheniya o svoistvah universal'nogo polya. Po-vidimomu, obshie vyvody sohranyatsya i bez takih predpolozhenii, no eto eshe nuzhdaetsya v proverke. Budet kraine interesno prosledit' za dal'neishim razvitiem etih idei.

Sm. takzhe:
Abei Ashtekar, odin iz sozdatelei teorii petlevoi kvantovoi gravitacii, udelyaet mnogo vremeni kak populyarizacii etoi konkretnoi teorii, tak i kvantovoi gravitacii voobshe. Na ego saite mozhno naiti spisok nauchno-populyarnyh statei i lekcii, adresovannyh shirokoi auditorii.

(Chut'-chut' ispravlennaya versiya stat'i, opublikovannoi na saite elementy.ru.)

Publikacii s klyuchevymi slovami: Kosmologiya - kvantovaya kosmologiya - gravitaciya - vremya Publikacii so slovami: Kosmologiya - kvantovaya kosmologiya - gravitaciya - vremya
Sm. takzhe: Padenie shara v Solnechnoi sisteme Razlozhenie dalekogo sveta Formirovanie galaktik v magnitnoi Vselennoi "Effekty" Zel'dovicha, zapechatlennye na nashem nebe Sverhnovaya 1994D i neozhidannaya Vselennaya Gravitacionnye anomalii na Merkurii Kuda smeshaetsya krasnoe smeshenie? Vse publikacii na tu zhe temu >>