11 вопросов американских физиков ко Вселенной и 11 комментариев российского астрофизика

Владимир Липунов

    18 января собрание американских физиков и астрономов под эгидой Американской Академии Наук сформулировало одиннадцать наиболее важных вопросов о Вселенной, которые могут быть решены в XXI веке.

1. Что такое темная материя?
2. Чему равна масса нейтрино и как она повлмияла на эволюцию Вселенной?
3. Существуют ли дополнительные измерения пространства- времени?
4. Какова проблема темной энергии?
5. Стабилен ли протон?
6. Как родилась Вселенная?
7. Является ли Общая Теория Относительности последним словом о гравитации.
8. Как возникают космические лучи сверхвысоких энергий?
9. Есть ли новые состояния материи при высоких плотностях и температурах?
10. Нужна ли новая теория материи и света при высоких температурах?
11. Как возникли химические элементы тяжелее железа (уран и пр.)?

Я попытаюсь прокомментировать эти вопросы:

1. Темная материя несомненно существует. самое яркое доказательство ее существования в следующем. Реликтовое излучение, окрытое более 35 лет назад - это лицо Вселенной 10 млрд. лет назад. И лицо это однородно и изотропно. Видимая Вселенная была с огромной точностью однородной! Тем не менее, вокруг нас планеты, звезды, галактики, скопления... следовательно, существует какое-то темное вещество, "неровное" и шероховатое". Теперь, остается только выяснить - из чего состоит эта темная Вселенная? Вопрос, вполне может быть решен в 21 веке.

2. Именно нейтрино с конечной массой моглы бы отвечать за темную материю. Правда, масса его должна быть не менее 5-10 эв. Вполне реальная задача для наступившего десятилетия.

3. А вот это уже вопрос гораздо более фундаментальный. Существует ли пятое измерение? Шестое, седьмое? Идея эта восходит к статье Калуцы и Кляйна 20-х годов. Работы, замеченной еще Эйнштейном, как новое слово в физике. Идея такова - объединение физических полей с гравитацией достигается путем введения дополнительных (недоступных сейчас пространственных измерений). Надежды на решение этой проблемы в этом столетии весьма эфемерны.

4. Разница между темной материей и темной энергией состоит в том, что первое все-таки должно напоминать "светлое" вещество, то есть должно "копошиться", "кучковаться", "притягиваться" , а второе представляет собой чистое безмассовое поле ( знаменитый лямбда-член в уравнении Эйнштейна, энергия вакуума и проч.) совершенно однородно распространено по Вселенной. Темная энергия обладет свойствами анигравитации и слегка подталкивает Вселенную к расширению. Ее существование сейчас практически очевидно. Думаю, окончательно это подтвердится довольно скоро.

5. Стабилен ли протон. Эксперименты с огромным количеством воды в Японии (Камиоканда) показали, что протон живуч. Насколько? Последние работы российского физика Валерия Рубакова показывают, что протон может распдаться так медленно, что и в наступившем веке этого никто не заметит.

6. Как родилась Вселенная? Ясно, что уровень глубины вопроса определяет и время решения проблемы. В каком-то смысле мы уже знаем как она родилась. В абсолютном смысле, мы никогда этого не узнаем. Здесь, по-видимому, имеется ввиду кусок "рождения" связанный с послепланковскими временами (то есть, временами несколько более поздними, чем время когда не было времени). В этой проблеме может быть достигнут совершенно минимальный успех и успех это будет связан с обнаружением гарвитационных волн. Ведь для всего остального Вселенная непрозрачна! Думаю, что в этой, фундаментальнейшей области естествознания, физиков ждут большие разочарования. Ведь вся физика построена на принципе повторяемости и воспроизводимости эксперимента. А Вселенных увы 1 штука. И следующую мы сможем "родить" искусственно лет через 500. В этом смысле, ожидается некий период схоластики и средневековья. Кстати такие периоды застоя в физике уже происходили (от Аристотеля до Галилея - провал был 2000 лет).

7. Скорее всего речь идет не о квантовой, но о классической гравитации. В этом смысле ответ будет положительным. По большому счету - это уже не интересный вопрос. Квантовая же гравитация появится очень не скоро и это не есть проблема 21 века.

8. Вопрос довольно частный. Вполне может быть решен в ближайшем десяти- двадцати-летии. Никаких тут особых переворотов не ожидается.

9. Если новые состояния при высоких температурах? Конечно есть. Но опять же, если речь идет о средне высоких температурах, то действительно открытие чего-ниубдь неожиданного было бы сюрпризом.

10. Нужна. Ответ известен.

11. Ответ более менее известен - тяжелые элементы возникли при вспышках сверхновых звезд, когда гравитационная энергия коллапсирующего звездного ядра идет на образование тяжелых атомных ядер. Неясны детали. Проблема не фундаментальная и вполне может быть решена в 21 веке.

Завершая обзор этих вопросов, хочется подчеркнуть их неоднородность. По-видимому, свою роль сыграло какое-нибудь демократическое голосование. Поэтому и попали в этот список и вопросы "вечные" и "рутинные". На самом деле, важнейшие вопросы связанные с обнаружением слаборазвитой жизни у других звезд выпали, а зря. Вот здесь может произойти настоящая революция. С другой стороны, ожидать обнаружения высокоразвитых цивилизаций в 21 веке абсолютно наивно. Если бы таковые и были где-нибудь, то они давно бы были обнаружены.

Оригинал:

Rambler-Наука science.rambler.ru

Дата публикации:

30 марта 2001 г.