Воспоминания
Шрифт:
С другой стороны, объяснение образования барионной асимметрии в теории раздувающейся Вселенной встречается с некоторой трудностью. Ведь если образование избытка кварков над антикварками произошло до раздувания, то этот избыток тоже будет распределен на гигантский объем. Избыток кварков над антикварками обязательно должен образоваться после раздувания. Между тем совершенно не ясно, достаточно ли была высока после раздувания температура для того, чтобы могли образоваться икс-бозоны (в некоторых вариантах теории раздувания температура относительно мала). Возможный выход из этой трудности заключается в том, что барионная асимметрия может пережить опасный период в «скрытом» состоянии – в виде обладающих барионным зарядом скалярных частиц, существование которых предполагается в теории суперсимметрии (работа Я. Аффлека и М. Дайна).
В последние годы важными явились работы А. Ю. Игнатьева, В. А. Кузьмина и М. Е. Шапошникова. Основываясь на работе Хофта о нарушении барионного заряда в объединенной теории электрослабого взаимодействия, они нашли, что такое нарушение происходит при температуре, гораздо меньшей, чем необходимо для образования икс-бозонов. При этом процессы превращения частиц происходят почти равновесно, барионная асимметрия, возникшая на более ранней стадии, уменьшается (с одновременным образованием избытка антинейтрино).
С гипотезой космологической СРТ-симметрии связано название моей популярной статьи «Симметрия Вселенной», которую я написал в 1965 году по предложению редакции сборника «Будущее науки»1. Статью для сборника я писал одновременно со статьей для научного журнала, это было очень полезно для моей работы (все основные научные идеи пришли мне в голову, когда я писал популярную статью!!!). Но я не знаю, удался ли мой научно-популярный дебют. Боюсь, он был не очень понятен даже специалистам; во всяком случае, я не знаю никаких отзывов ученых на эту статью (хотя она была перепечатана одним немецким научно-популярным журналом).
Однажды – это происходило, по-видимому, в 1967 году – Зельдович и я возвращались после какого-то совещания на объект (т. е. возвращался я, а он уже ехал вроде бы в командировку). Мы проезжали в машине по тем же хорошо знакомым местам, по которым когда-то вез меня Ванников. Яков Борисович спросил, какая из моих чисто теоретических работ больше всего мне нравится. Я сказал: «Барионная асимметрия Вселенной». Он как-то весь сморщился, сжался: «Это та работа, где барионный заряд не сохраняется и время течет в обратную сторону?» – «Да, та самая». Зельдович промолчал, но было ясно, что он сильно сомневается в ценности этих моих идей. Мы въехали в зону, за окном машины замелькали сосны объектовского поселка. До «генералки» (столовой) оставалось ехать еще несколько минут. Я как раз успевал задать вопрос и получить на него ответ. «А из ваших работ какая вам больше всего нравится?» – «Если говорить о старых работах, то – совместная с Герштейном о сохранении векторного тока в слабых взаимодействиях. А вообще-то мне больше всего нравятся мои самые последние работы. Но я боюсь о них говорить. Слишком часто потом получалось, что мои работы бесследно рассыпались...»
Среди последних работ Зельдовича, о которых он говорил тогда с некоторой неуверенностью, была работа о космологической постоянной, но теперь можно даже определенно сказать, что это – одна из его лучших. Эта работа была инициирована некоторыми сенсационными результатами астрономических наблюдений и, в свою очередь, послужила толчком для моей работы о нулевом лагранжиане гравитационного поля.
В первой половине 60-х годов были открыты так называемые квазары – удивительные астрономические объекты, обладающие гигантской абсолютной светимостью, наблюдаемые поэтому в телескоп на рекордно больших расстояниях в миллиарды световых лет (больших, чем галактики).
В 1966–1967 годах появились данные, что распределение квазаров по величине красного смещения якобы свидетельствует, что в какой-то период в прошлом расширение Вселенной резко замедлилось, почти прекратилось, а потом вновь возобновилось с возрастающей скоростью. Такая картина могла бы иметь место, если бы в уравнениях общей теории относительности присутствовала космологическая постоянная. Я раньше уже говорил о ней и сейчас остановлюсь на этом подробней. Наблюдательные данные оказались потом недостоверными, но внимание к космологической постоянной было привлечено и с тех пор уже не исчезало (а до этого, например в известном курсе Ландау и Лифшица, писалось, что после работ Фридмана нет никакой необходимости рассматривать уравнения с космологической постоянной).
Введение космологической постоянной эквивалентно предположению, что вакуум обладает некоторой плотностью энергии и противоположным по знаку давлением, которые создают гравитационное поле по тем же законам, что «обычная» материя. Идея Зельдовича заключалась в том, что космологическая постоянная представляет собой энергию нулевых колебаний квантовых полей элементарных частиц и их взаимодействий. На заре квантовой теории поля энергия нулевых колебаний, как я уже писал, очень пугала теоретиков. Потом возникла привычка к ним, стали считать, что это – ненаблюдаемое постоянное слагаемое в полной энергии (но при этом забывали, что и постоянное слагаемое в энергии должно создавать гравитационное поле – на это и указал Зельдович). Напомню, что в квантовой механике каждой колебательной степени свободы системы (каждому «маятнику») соответствует энергия hw (1/2 + n); w – частота, h – постоянная Планка и n – целое число. При n = 0 имеем состояние наименьшей энергии, из-за присутствия в формуле половинки она не равна нулю; это – следствие принципа неопределенности. Число степеней свободы в вакууме бесконечно; соответственно, энергия нулевых колебаний вакуума может оказаться тоже бесконечной. Выход тут заключается в том, что нулевая энергия фермионов – частиц с полуцелым спином – имеет другой знак, чем энергия бозонов, и в принципе возможна компенсация. Окончательное решение проблемы, как я думаю, – в использовании идей так называемой суперсимметрии – симметрии между бозонами и фермионами.
Зельдович докладывал свою работу о космологической постоянной на семинаре Теоретического отдела в ФИАНе. Я тогда еще не ходил в ФИАН и не присутствовал на этом докладе. Теоретики ФИАНа резко отрицательно отнеслись к идеям Зельдовича, которые шли вразрез с установившейся традицией игнорировать нулевую энергию. После семинара Зельдович позвонил мне по телефону и рассказал содержание своей работы, очень мне сразу понравившейся. А через несколько дней я сам позвонил ему со своей собственной идеей, представлявшей дальнейшее развитие его подхода.
Я решил рассмотреть те изменения энергии нулевых колебаний полей элементарных частиц, которые имеют место при переходе от плоского четырехмерного пространства-времени к искривленному, и связать эти изменения энергии с выражениями, входящими в уравнения теории тяготения Эйнштейна. Эйнштейн (и независимо от него Давид Гильберт) постулировали эти выражения, а коэффициент при них – обратно пропорциональный гравитационной постоянной – брали из опыта. По моей идее функциональный вид уравнений теории тяготения (т. е. общей теории относительности), а также численная величина гравитационной постоянной – должны следовать из теории элементарных частиц «сами собой», без каких-либо специальных гипотез.
Зельдович встретил мою идею с восторгом и вскоре сам написал работу, ею инициированную.
Я назвал свою теорию «теорией нулевого лагранжиана». Это название связано с тем, что теоретикам часто удобно иметь дело не с энергией и давлением, а со связанной с ними другой величиной – так называемой функцией Лагранжа; это разность кинетической и потенциальной энергий (на квантовом языке – с лагранжианом). В части своих работ я пользовался этим аппаратом.
Для наглядного изображения своей идеи я придумал образный термин – «метрическая упругость вакуума». При внесении в вакуум материальных тел, обладающих некоторой энергией, они стремятся его «искривить», т. е. изменить его метрику (геометрию). Но вакуум «противится» такому изменению, так как благодаря происходящим в нем квантовым движениям он обладает «упругостью». Наглядный образ – шланг, по которому течет вода. В этом случае, однако, упругость имеет обратный знак, имеет место неустойчивость. Чем больше упругость вакуума, тем меньше изменяется его геометрия телами данной массы и тем меньше гравитационное искривление траекторий. По масштабам микромира упругость вакуума очень велика, т. е. гравитационные взаимодействия для частиц микромира – слабы.