Выбор Мильнера

 Б. Штерн

Обсуждают Валерий Рубаков и Борис Штерн

Б.Ш.: Итак, в премии Мильнера прослеживается два крупных блока: космологическая инфляция и суперструны. Начнем с инфляции. Вообще, по-твоему, она заслуживает мощного премирования?

В. Рубаков

В.Р.: Возможно, чуть рановато. Я участвовал в дискуссии по поводу Нобелевской премии за инфляцию. Дело в том, что не хватает окончательного подтверждения.

— А оно нужно? Космологическая инфляция и так делает свое дело, имея огромное мировоззренческое значение. По сути, она дает правдоподобный ответ на вопрос «откуда взялась Вселенная». Да и возможно ли окончательное подтверждение?

— Возможно. Инфляция предсказывает гравитационные волны с плоским спектром (амплитуды одного порядка на всех частотах. — Примеч. Б.Ш.). Гравитационные волны с таким спектром больше неоткуда взять. И их можно зарегистрировать. Если повезет, уже Planck (закончившая набор данных европейская космическая станция для измерения реликтового излучения. — Примеч. Б.Ш.) может сделать это.

— Как? По поляризации реликта?

— Да. Если сильно повезет. А вообще планируется провести эксперименты, посвященные именно этому. И не только в космосе, а и в Антарктиде — на наземном радиотелескопе и, возможно, аэростатах.

— Это косвенный метод, основанный на том, что гравитационные волны поляризуют реликтовое излучение. А прямое детектирование, видимо, безнадежно?

— Да, там есть все частоты, но амплитуда сравнительно коротких волн в нынешней Вселенной очень мала. Так что их прямое детектирование — дело далекого будущего.

— Теперь по поводу самих лауреатов: насколько логичен их выбор? Напомню, там Алан Гут и Андрей Линде.

Алан Гут (Alan Guth) Массачусетский технологический институт, США

— Ну, Андрей вообще не вопрос -безусловно! Алан Гут — тоже вполне заслуживает. Сомнения связаны скорее не с наличием, а с отсутствием. Очень жаль, что этой премии не получил Алексей Старобинский. Все-таки первым космологическую инфляцию предложил именно он. И рождение гравитационных волн при инфляции посчитал еще до того, как появились другие работы про инфляцию.

— Обрати внимание: в формулировке премии Гуту сказано «за изобретение инфляционной космологии».

— Ну, это совсем неправда. Давай посмотрим основную статью коллаборации WMAP (предыдущий, американский эксперимент по измерению реликтового излучения. — Примеч. Б.Ш.) — она должна точно отражать приоритеты. Смотрим порядок цитирования. Вот: космологическая инфляция: Старобинский 1979, 1982, Казанас 1980, Гут 1981, Сато 1981, Линде 1982, Албрехт, Стейнхардт 1982. Далее, возмущения плотности при инфляции: Муханов, Чибисов 1981, Хокинг 1982, Старобинский 1982, Гут, Пай 1982, Бардин и др. 1983.

— Ну, по поводу возмущений плотности всё правильно: сказано, что Гут внес вклад, а не изобрел. И он все-таки внес огромный вклад в пропаганду инфляции. Да и модель Гута красивая — фазовый переход вакуума с переохлажденным метастабильным состоянием.

— Красивая, но неправильная.

— Как я понимаю, там неправильный только выход из инфляционной стадии; кстати, в чем именно неправильность?

— Там потенциал скалярного поля с локальным минимумом. Поле туннелирует из этого минимума через барьер в глобальный минимум — там и тут образуются пузырьки новой фазы, которые, по предположению Гута, сливаются, образуя однородную горячую Вселенную. На самом деле пузырьки не успевают сливаться из-за очень быстрого расширения, получается безобразие, никак не похожее на то, что должно дать начало Вселенной. Потом Андрей Линде и Албрехт со Стейнхардтом предложили другой вариант: не надо никаких барьеров, скалярное поле, дающее инфляцию, и без барьера скатывается вниз достаточно медленно.

— Но революционной идеей Андрея была все-таки хаотическая инфляция, в которой и фазового перехода не нужно, и поле может иметь потенциал любой формы — ничего не нужно, только начальное состояние с произвольным ландшафтом. там, где поле повыше, — начинается раздувание, а пока поле сползет вниз и диссипирует — микроскопический островок раздуется до гигантских масштабов.

— Примерно так, изюминка здесь в том, что в уравнении, описывающем изменение поля, когда идет инфляция, есть член, точь-в-точь эквивалентный трению для поля, — производная по времени множится на постоянную Хаббла (обратная постоянная времени расширения вселенной. — Примеч. Б.Ш.), которая огромна. Именно поэтому поле поначалу ползет вниз медленно.

— Андрей сразу понял, что инфляция, раз начавшись, не может везде заглохнуть, т. е. будет вечной?

— По-моему, не сразу. Концепция вечной инфляции была опубликована потом.

— Это видимо из тех идей, которые потом кажутся очевидными, а изначально додуматься не так просто. Ведь очевидно что, как быстро ни диссипирует поле, область, где оно не успело диссипировать, раздувается так быстро, что всегда где-то остается.

— Да, тут еще помогают квантовые флуктуации. Флуктуации, подкидывающие поле наверх, дают еще более быстрое раздувание, и таким образом раздувающегося пространства становится всё больше и больше.

— И получается полный грандиоз под названием «Мультиверс»: каждую секунду любой исчезающе малый объем инфлирующего пространства разворачивается в десять черт знает в какой степени островных вселенных, в будущем огромных, с разными законами физики, обитаемых и необитаемых…

— Тут надо перевести дух, выпить чаю и покурить.

* * *

— Перейдем к суперструнам. Здесь уже никаким экспериментом ничего не докажешь, но они тоже, видимо, имеют огромное мировоззренческое значение.

— Не только. Еще огромное значение для математики. Суперструны наплодили большое количество интересных математических объектов, до которых сами математики не додумались. Да и просто для развития мозгов имеют немалое значение.

— Как изначально вводятся суперструны? Вот, в физике частиц основа — квантовая теория поля, где роль первого принципа играет континуальный интеграл Фейнмана, с которым работать иногда тяжело, иногда невозможно. Но из него с помощью теории возмущений извлекаются рабочие приемы, с помощью которых можно много чего посчитать. Суперструны тоже как-то берутся из интеграла Фейнмана в каком-то модифицированном варианте?

— На нынешнем уровне — нет. Суперструны вначале вводятся аналогично частицам в релятивистской квантовой механике — уравнение вроде Клейна — Гордона для свободных частиц, только объекты имеют вид струн — открытых или замкнутых, где есть квантовые уровни разных мод колебаний. Эти возбуждения можно ассоциировать с частицами. Далее, сразу применяется теория возмущений, есть аналог диаграмм Фейнмана, только вместо линий там трубы, которые могут сливаться подобно штанинам брюк, ну и дополнительные интегралы надо брать.

— Когда появились струны?

Эдвард Виттен (Edward Witten), Институт перспективных исследований, Принстон, CША

— В первом варианте еще в 60-х -начале 70-х в попытке описать взаимодействия адронов. Поначалу теория давала неприятный артефакт — тахионы, двигающиеся быстрее света и нарушающие причинность. Потом появились суперструны, избавившие теорию от тахионов. Потом самосогласованные теории суперструн без всяких внутренних противоречий вообще. Причем они возможны только в пространстве большего числа измерений, минимум 10. Я очень хорошо помню, как в Москву приезжал Виттен, кажется в 1985 году. Выступая на семинаре в ФИАНе, он заявил, типа: друзья, всё, теория сформулирована! Есть две и только две самосогласованные модели — они должны описать всё. Остались технические трудности, но, осилив их, мы выжмем всё, мы сможем из первых принципов получить такие вещи, как заряд и массу электрона.

— Получается, не осилили, в чем основной затык?

— С тех пор выяснилось, что всего самосогласованных моделей пять, сделан действительно огромный вклад в математику, а настоящего, окончательного аппарата всё еще нет. А основной затык появился в неожиданном месте: оказалось, что в теории суперструн есть примерно 10500 разных вакуумов, причем они вырождены по энергии, значит равноправны. И мы не знаем, в котором из этих вакуумов живем…

— Видимо, такое чудовищное число может взяться только из комбинаторики. Что именно комбинируется?

— Конечно. Есть гигантское число способов, которыми можно редуцировать изначальное 10- или 11-мерное пространство в наш четырехмерный мир. Можно свернуть лишние измерения так, можно сяк, вакуумная топология одного поля может быть такой, другого — сякой. Ну и так далее. Понятно, что исследовать 10500 возможностей нереально. А то, как будет работать теория суперструн, что она будет предсказывать, зависит от конкретного вакуума, в котором мы находимся. А определить это невозможно ни теоретически, ни экспериментально. Люди пытались действовать следующим образом: возьмем такой-то подкласс суперструнных вакуумов, где их всего миллион — с этим числом уже можно работать. Посмотрим, нет ли в этом миллионе вариантов, где появляется нечто похожее на стандартную модель. Потребуем, чтобы при данном вакууме был легкий электрон, — 99% вариантов отсеивается. Потребуем, чтобы там были три поколения кварков, — остается всего 200 из миллиона. Потребуем еще, чтобы заряды были правильными, — не выживает ни один вариант. И что делать дальше с оставшимися 10500 за минусом миллиона?

Но несмотря на все проблемы, суперструны породили массу интереснейших математических структур, и среди них такую капитальную, как браны. Эти браны теории струн вдохнули новую жизнь в идею, которую мы с Михаилом Шапошниковым высказали довольно давно: мы живем на доменной стенке, все наши частицы к ней прикреплены, а выскочить в дополнительные измерения пока не можем — не хватает энергии. В таком случае дополнительные измерения могут иметь большой или даже бесконечный размер. Теперь это называют миром на бране.

— Давай пройдем по оставшимся лауреатам, кроме Виттена, с которым и так всё ясно. Также мы вряд ли сможем сказать что-то внятное про Концевича и особенно про Китаева с его квантовыми вычислениями. Но в этом же номере есть интервью с ними самими. Итак, Аркани-Хамед — «большие дополнительные измерения».

Нима Аркани-Хамед (Nima Arkani-Hamed), Институт перспективных исследований, Принстон, США

— Это как раз версия мира на бране. Вообще-то авторов статьи на эту тему три: Аркани-Хамед, Димопулос и Двали. Сама по себе идея больших дополнительных измерений была встречена хорошо, потому что она сдвигает масштаб гравитации в ТэВ-ную область, что можно уже почувствовать на Большом адронном коллайдере. Идея такова, что по какому-то измерению радиус компактификации пространства очень велик, например доли миллиметра. А мы не знаем, как ведет себя гравитация на расстояниях много меньше миллиметра. В этих моделях гравитация в пределах долей миллиметра сильнее, чем обычная, а вне радиуса компактификации становится слабой, какой мы ее и наблюдаем. Что касается Аркани-Хамеда, у него безусловно есть немало сильных работ, а заслуживает ли он премии в числе нескольких сильнейших — это я не берусь утверждать категорично.

— Далее — Хуан Малдасена, «калибровочно-гравитационная дуальность».

Хуан Малдасена (Juan Maldacena), Институт перспективных исследований, Принстон, CША

— Это очень сильная работа с далеко идущими последствиями. Тут в формулировке правильно сказано, что идея проясняет даже такие далекие области, как ядерная материя при высоких температурах. Тут я поддерживаю выбор.

— Там же в формулировке сказано, что результат разрешает информационный парадокс черных дыр. Честно говоря, никогда не понимал, почему это парадокс и почему информация должна сохраняться при бросании чего-нибудь в черную дыру?

— Строго говоря, информация не должна исчезать. Допустим, бросили мы в черную дыру книгу Пушкина или книгу Достоевского…

— Ну, будем считать, что они просто за углом скрылись, за горизонтом — где тут потеря?

— Да, но потом черная дыра испаряется через механизм Хокинга. При этом излучение Хокинга вроде бы ничего знает о том, какую книгу туда бросили. А в конце концов исчезнет само место, где могла скрыться информация.

— Но в процессе падения предметов в черную дыру при приближении к сингулярности с ними происходит необратимая термодинамическая диссипация с ростом энтропии. Информация при этом стирается. С таким же успехом можно кинуть любую из этих книг в костер. И где потом будет информация о том, какую из книг бросили?

— По идее, если мы умеем все точно измерять: молекулы, частицы дыма — и восстанавливать историю назад по законам физики, мы в принципе сможем сказать, какая из книг сгорела.

— То есть учтем все частицы, восстановим историю, воспарим над вторым началом термодинамики, и пусть демон Максвелла нервно курит в сторонке?

— Хорошо, будем скромнее. Пусть черная дыра имеет массу, близкую к минимальной — планковской. И она поглотила всего несколько очень массивных частиц. Она вернется назад к планковской массе, излучив через механизм Хокинга тоже лишь несколько частиц. Так вот, ранее думалось, что вторые ничего не будут знать о первых, информация о поглощенных частицах теряется. А Малдасена как раз заявляет через свой результат, что излученные частицы будут связаны с поглощенными и, измерив излучение в деталях, можно восстановить начальную картину.

— Принято. Далее Сейберг.

Натан Сейберг (Nathan Seiberg), Институт перспективных исследований, Принстон, США

— Тут я обеими руками голосую «за». Сделана очень классная работа — найдены точные решения непертурбативной теории для случая суперсимметричного поля Янга — Милса. Ты представляешь, как можно работать с фейнмановским интегралом без помощи теории возмущений?

— Ну как — молотить на решетке до посинения. Распараллеленный код, сотни процессоров, недели счета — и результат у вас в кармане.

— А здесь никакой молотьбы, точный результат, в каком-то смысле — угаданный. Точный результат в науке всегда на порядок более ценен, чем молотьба на компьютере.

— Далее следует Ашоке Сен — «сильно-слабая дуальность».

Ашоке Сен (Ashoke Sen), Исследовательский институт Хариш Чандра, Индия

— Эти дуальности — очень важная вещь, из них следует, что имеющиеся пять самосогласованных моделей суперструн на самом деле являются разными асимптотиками одной теории, лежащей в основании. Но, к сожалению, я плохо знаю, что именно сделал Сен, поэтому мне здесь лучше воздержаться.

— Итак, вроде в целом выбор неплохой. Есть один явно обойденный человек, но это и с присуждением Нобелевской премии случается регулярно — не дали Каббибо, не дали Летохову…

— Да, с Летоховым вообще вопиющий случай. Конечно жалко, что не дали Алексею Старобинскому. Интересно, Мильнер с кем-нибудь советовался?

— Вроде советовался с Вайнбергом. Конечно, всегда найдутся злые языки, которые отметят те или иные ошибки, обвинят Мильнера в волюнтаризме, но ведь он, в отличие от Нобелевского комитета, распределял свои собственные деньги.

— Вот именно!

Фотографии лауреатов с сайтов «Википедии», Библиотеки университета Вены (http://bibliothek.univie.ac.at), Института Филдса (www.fields.utoronto.ca), Института фундаментальных исследований (http://physics.ipm.ac.ir)

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
5 Цепочка комментария
4 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
7 Авторы комментариев
роткивHmelnikovвладиславИван ДуденковОй! Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Антон
Антон

Поправьте подпись к фотографии Виттена! «Эдвард Биттен (Edward witten)» — омг!

Максим Борисов
Редактор
Максим Борисов

поправили, спасибо

Asperger
Asperger

По прочтении… Всё-таки непонятно, за что физики наезжают на гуманитарные науки. Хоть убейте, не пойму, чем теория суперструн «научнее», чем теория ностратического праязыка. Тем более что даже в многократно обруганной социологии, в которой якобы все друг другу противоречат и ничего нельзя доказать, не наберётся 10 в 500-й степени моделей — их гораздо меньше.

Ой!
Ой!

Насколько я понимаю (сам социолог, может, физики меня поправят), модели в физике допускают массовую обработку, например, какой-то один эксперимент может сразу сотню моделей опровергнуть, а тысячу — подтвердить. А в социологии такого нет: да, моделей меньше, но и работать с ними сложнее.

Иван Дуденков
Иван Дуденков

Странно, что Веселаго не включили. Предсказание, тем более подтверждающееся, материалов с отрицательными коэффициентами преломления, с возможностью воплощения в эффектах невидимости — это тоже фундаментальное физическое открытие, пусть и сделанное на более высоком уровне физической редукции, однако и потребовавшее от автора особой научной смелости, и обреченное принести весомую практическую пользу в перспективе, но так до сих пор не отмеченное наградами соизмеримого значения. Для того, чтобы награда была эффективным стимулирующим фактором, во-первых, необходимо, чтобы чтобы достойные получали ее как можно быстрее после открытия (хотя, разумеется, для новой премии, позволяющей оценить открытия, по формальным критериям не подпадавшие под предшествующие премии, задержка неизбежна) — как можно быстрее для того, чтобы получить материальную возможность для совершения еще каких-нибудь открытий, пока мозги ещё свежие… Подробнее »

владислав
владислав

Слушай, я кончал Физтех, но сечас далек от этих «струн».
Сдается мне, что все эт инфляция и струны- чистейшая абстракция,
мало связанная с реалиями.
И за это давать 3 млн у.е. — издевательство.
Достаточно 10−15 тыщ.

Есть вещи и поважнее.
Типа графена, суперсвойства материалов и т. п.
Я сейчас работаю на стыке волн и турбулентности.
там тоже есть важные фундаментальняе вещи.
А проблемы челвеческого мозга???
И все это наше, земное.
А с космосом, зарядом электрона и т. п. фундаментом материи- это запредельная абстракция.
Мне так кажется.
Кто поправит???

Hmelnikov
Hmelnikov

Я поправлю.:)
Пример: и Штерн, и Рубаков не считают нужным отвечать на неудобные вопросы наивного дилетанта.;)
Вопрос такой: что и как теряется в ядре атома при излучении виртуального фотона?
И связанный с этим же вопрос: что остаётся на орбитали при излучении электроном виртуального фотона?
Чтоб яснее: энергия виртуального фотона в точности равна энергии электрона на орбитали.
Ну так что в таком случае остаётся от электрона на орбитали?

На всякий случай поясняю: понимаю, что виртуальные частицы есть частицы абсолютно реальные.
Как, к примеру, абсолютно реальны виртуальные фотоны, которыми обмениваются электоны на орбиталях и ядро атома.
Потому и спрашиваю.
Ибо не понимаю.
Имею право на ответ?:)

Hmelnikov
Hmelnikov

Подумав, решил, что ответить конкретно Вам будет совсем неплохо, никого ни о чём не спрашивая.
Заодно и определить, с каким собеседником имею дело.
Вот что я хочу сказать.
Фундаментальная наука, о которой Вы, если правильно понимаю, несколько пренебрежительного мнения, обеспечила появление в США атомной бомбы.
Например (очень частный случай), послание фундаментальщика Эйнштейна президенту Рузвельту ускорило принятие решения о создании ядерной бомбы, остановившей распространение коммунистического режима в мире.
Между прочим, мы, наша разведка, добыв основные секреты производства этой атомной бомбы, воспользовались тем достижениями фундаментальной науки США.
То есть достижениями общей культуры США.
Это понятно?
Если «да», то нужна России свременная фундаментальная наука, изучающая космос и, как частность, свойства и происхождение электронов?
Если «нет», то в чём конкретно будет от этого выгода для страны?

роткив
роткив

что-то я уже начинаю сомневаться, кто дилетант, а кто нет. уважать друг друга надо научиться мужики. вот и всё. сейчас ничего нового -одни научные представления и закрученная терминология и за планку ещё никто не выскочил. все на равных и умный, и дилетант. поэтому всё определит результат, кто прав. я повторяюсь, для теоретического мышления надо родиться, потому что они жизики от природы и прикладные комбинационные построения вызывают у них изжогу от их насыщенности.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: