Сахаров и власть. «По ту сторону окна». Уроки на настоящее и будущее
Сахаров:
«Квантовый случай неустойчивости я рассмотрел с помощью точного автомодельного решения для волновой функции гармонического осциллятора с переменными параметрами: тут большие трудности представил учет эффектов давления, но я их преодолел (как – отсылаю интересующихся к моей работе; я запомнил день, когда мне удалось найти решение, – 22 апреля 1964 года)».
БА:
Сахаров рассмотрел динамику неоднородностей сверхплотного ба-рион-антибарионного вещества. Удивительно, что отпечатки рассчитанных им барионных акустических осцилляций были обнаружены при исследованиях температурных флуктуаций реликтового излучения. Случилось это в конце 1990-х – начале 2000-х, когда чувствительность размещенных на спутниках радиотелескопов позволила изучить «тонкую структуру» реликтового излучения. Достаточно набрать в поисковике интернета слова «Sakharov oscillations» или, что то же самое, «baryon acoustic oscillations», чтобы убедиться, насколько сегодня актуальна та работа Сахарова 1965 г.
2. Барионная асимметрия Вселенной
Сахаров:
«В своей следующей космологической работе (Нарушение CP-инвариантности, C-асимметрия и барионная асимметрия вселенной // Письма в ЖЭТФ. 1967. Т. 5. № 1. С. 32–35) я исходил из многозначительного факта – во Вселенной имеется так называемая “барионная асимметрия” (т. е. есть, насколько мы можем видеть, только барионы и нет антибарионов). При этом, что особенно требует объяснения, барионов сейчас гораздо меньше, чем фотонов реликтового излучения, – примерно одна стомиллионная или даже миллиардная доля.
На тех стадиях (при температуре более 10 триллионов градусов), когда энергия фотонов превосходила энергию, требуемую для образования пары барион + антибарион, барионы и антибарионы должны были присутствовать, причем в количествах, равных количеству фотонов в том же объеме (с точностью до постоянного численного множителя порядка единицы). В результате (числа условные, для иллюстрации):
Сейчас:
Фотонов Барионов Антибарионов
100 000 000 1 0
На горячей стадии добавляется 100 000 000 пар барионов и антибарионов:
Фотонов Барионов Антибарионов
100 000 000 100 000 001 100 000 000
Трудно представить себе, чтобы приведенные в последней строчке числа были “заданными природой” начальными условиями. Они в таком качестве “режут глаз”, “такого не может быть”. Именно это обстоятельство (как видит читатель, из области интуиции, а не дедукции) и было исходным стимулом для многих работ по барионной асимметрии, в том числе и моей».
БА:
Сахаров делает естественное и красивое предположение, что изначально числа барионов и антибарионов были равны, а тот факт, что после их аннигиляции (когда при расширении Вселенной ее температура опустилась ниже указанных десяти триллионов градусов) остался небольшой, в одной стомиллионной доле, «мусор» тяжелого барионного (протон-нейтронного) вещества наблюдаемой Вселенной, объясняется чисто динамически за счет выполнения трех «сахаровских» условий, ставших классическими:
1) должно нарушаться термодинамическое равновесие, что справедливо в сильно нестационарных условиях бурного расширения Вселенной;
2) должны различаться вероятности образования частиц и античастиц (на научном языке это называется нарушение С– и CP-симметрий); такое нарушение впервые было обнаружено на опыте в 1964 г.;
3) фундаментальный «кирпичик мироздания» протон должен быть нестабилен, то есть со временем должен распадаться.
Из-за необычности этого третьего предположения физики в течение 12 лет не воспринимали всерьез эту работу Сахарова. А в 1979 г. появилась так называемая теория великого объединения (Great Unification Theory, GUT), в рамках которой нестабильность протона возникает естественным образом. И тогда вспомнили о Сахарове и справедливо признали этот его приоритет.
В последние десятилетия было организовано несколько экспериментов по поиску распада протона. Для этого в шахтах глубоко под землей (чтобы исключить фон космических лучей) помещают большое количество воды, окружают ее тысячами датчиков и ждут, когда же наконец распадется хотя бы один из мириадов протонов этой воды. Самый масштабный эксперимент такого рода организован в 1995 г. в Японии корпорацией Камиоканде с использованием 50 тысяч тонн воды. Эксперимент длится уже двадцать пять лет и продолжается, но за эти годы ни одного события распада протона зафиксировано не было. Это говорит о том, что время жизни протона заведомо дольше, чем 1031 лет.
Попытки обнаружения предсказанного Сахаровым распада протона продолжаются. В случае их успеха это станет одним из величайших открытий в истории науки и познании мира.
3. Индуцированная гравитация
Сахаров (о работе «Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации», ДАН СССР, т. 177, 1967, с. 70–71):
«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 Ньютона – 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.
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. По масштабам микромира упругость вакуума очень велика, т. е. гравитационные взаимодействия для частиц микромира – слабы».
БА:
Ссылки на эту работу Сахарова – в сотнях статей, посвященных различным аспектам темы «индуцированная гравитация», включая и новейшие статьи 2020 г. Но, возможно, наиболее обещающее развитие этой идеи – в теории струн, где гравитационное действие Эйнштейна – Гильберта возникает так же, как и в работе Сахарова, – за счет квантовых однопетлевых диаграмм.
Сахаров:
«Теория струн является, на новом этапе, реализацией моей старой идеи об индуцированной гравитации! Не могу этим не гордиться».