Диалоги (апрель 2003 г.) - Гордон Александр (читать полностью книгу без регистрации .TXT) 📗
И я думаю, что для победы, окончательной победы геометрической теории гравитации и теории Эйнштейна, конечно, это будет очень важным событием.
А.П. Нужно завершить, наверное, вопрос об определении энергии в общей теории относительности? Поскольку число задач, в которых этот фиксированный фон может участвовать, возрастает, и точность очень сильно возрастает, то возникает необходимость в построении единого подхода для таких задач. И такой подход был разработан, это так называемая «полевая формулировка общей теории относительности».
Это совершенно та же самая общая теория относительности, только переформулированная в удобном виде, чтобы решать какие-то определённые задачи. Её преимущество ещё и в том, что решение задач с её использованием может быть доведено до любой точности, которая необходима. Обычно исследователи ограничиваются линейным приближением, а в космологии возникает необходимость исследовать и квадратичное, и кубическое…
В.Л. Но всё-таки, это приёмы или это реальная физическая теория?
А.П. Нет, это общая теория относительности.
В.Л. По содержанию?
А.П. По содержанию – общая теория относительности. А как формулировка это некий приём, который позволяет решать некоторые задачи.
В.Л. Кстати, первый полевой теорией гравитации была теория Ньютона. До Эйнштейна, до ХХ века все силы были равноправны: гравитация, электромагнтизим. Потом мы узнали о ядерных силах и так далее. Но в принципе, они все выступали одинаково на поле некоего плоского пространства-времени. Что сделал фактически Эйнштейн… Кстати, нельзя сказать, что он был первым, кто говорил о геометрической теории гравитации. Я бы здесь упомянул в первую очередь, конечно, Лобачевского, которого мы часто помним как великого математика и геометра, но, если почитать внимательно его работы, он всегда понимал, что речь пойдёт о физике, что его новая геометрия обязательно приведёт к перевороту в физике.
Потом было много работ предшественников этой теории ещё в 19-ом веке. Так сказать, не из пустоты всё это появлялось. Но, тем не менее, то, о чём говорит Александр Николаевич, – это некий ренессанс полевого подхода, вернее, попытка уравнять все взаимодействия, все физические взаимодействия.
А.Г. Единая теория, о которой так долго говорили большевики…
В.Л. Является ли гравитация выделенным взаимодействием или не является всё-таки?
А.П. Я уже попытался сказать, что она является выделенной. Потому что этот самый фон физический, если мы его без всяких приближений рассматриваем, его определить нельзя.
В.Л. Есть некие вещи, которые всё-таки непреодолимы в полевых теориях.
А.П. Да. Но, кстати, её мощь можно увидеть на одном примере очень интересном. Опять же, если мы вернёмся к замкнутой Вселенной, которая описывается трехмерной сферой, то можно на самом деле показать, что её энергия, импульс и все остальные сохраняющиеся величины – ноль, как и должно быть для замкнутого мира. С помощью полевой теории этот замкнутый мир рассматривается просто как некое гравитационное поле, расположенное в плоском бесконечном пространстве Минковского. Она обладает таким свойством, и, в общем-то, так и должно быть, то есть это соответствует истине.
Но раз мы к космологической модели вернулись, может, мы вернёмся как раз к космологической постоянной…
В.Л. Да, и всё-таки… Я начал с принципа Маха и чётко сказал, что современное научное сообщество его отвергает. Правда, не хорошо говорить «современное сообщество». Когда-то в советское время было модно говорить, что Ньютон кому-то сказал, что «я в гипотезе Бога не нуждаюсь»; вот так же сейчас современные релятивисты говорят, что «мы не нуждаемся в принципе Маха». Вот как не удивительно, каким-то хитрым боком этот принцип Маха всё-таки заставляет о себе говорить снова и снова. И сейчас это связано в первую очередь с тем, о чём вы говорили. С тем, что в последние годы открыто ускоренное расширение Вселенной.
И это ускоренное расширение Вселенной можно интерпретировать на самом деле так, что космическая пустота на самом деле заполнена некоей энергией, обладающей антигравитационными свойствами. Причём заполнена по современным данным фактически на 70 процентов, то есть она превалирует. Мы живём в мире, состоящем из этой энергии космического вакуума.
Я хочу сказать, что если мы вернёмся ко времени создания общей теории относительности, то мы увидим, что эта ситуация является не новой для общей теории относительности. На самой заре создания общей теории относительности, когда Эйнштейн, пытаясь воплотить принцип Маха, создал геометрическую теорию гравитации, он начал искать, каким образом ему можно инерционные свойства тел объяснить гравитирующим действием неких удалённых масс.
И он быстро, очень быстро столкнулся с трудностями. Потому что эти массы, когда он их располагал на каком-то расстоянии, даже на очень большом, – они начинали динамически то расширяться, то сжиматься. И вдруг он заметил, что, оказывается, в его теории есть некая свобода, туда можно добавить некий «лямбда-член» так называемый. Когда-то мой учитель и наш общий учитель Яков Борисович Зельдович говорил, что это джин, выпущенный из бутылки, и долгое время никак его не могли обратить в ноль. Так вот, этот космологический член фактически является той самой энергией вакуума. Его можно интерпретировать как энергию пустоты. И если сейчас мы вернёмся обратно в 2003-й год и увидим, что вся Вселенная контролируется отрицательной энергией вакуума, то мы должны сказать: «Так пустоты-то нет на самом деле». И Эйнштейн, и, кстати, Де Ситтер, который впервые открыл Вселенную, заполненную такой пустотой, он как раз и говорил: «Зачем вам эти удалённые массы, которые обеспечивают инерцию, которая наконец разрешает спор между двумя наблюдателями, сидящими на двух шарах, так сказать?». Он говорил: «Вот есть энергия пустоты – возьмите её…»
Я как раз некоторое время назад выдвинул такую как бы совсем крайнюю точку зрения, что эта отрицательная энергия вакуума или «лямбда-член» должна не качественно, а количественно определять массу тел, массу элементарных частиц. Собственно, это реанимация принципа Маха на современном уровне.
Наблюдения показывают, что нет пустоты. В том смысле, в котором она понималась в 19-м веке: Вселенная есть пустота, заполненная энергией. И последние открытия, они, по-видимому, оставляют открытым и вопрос о том, так прав был Мах или нет? Вот такая ситуация сейчас с этим делом.
А.П. В связи с этим «лямбда-членом» остаётся проблема. Ведь квантовая теория предсказывает, что он должен быть очень большим, верно? А на самом деле то, что наблюдается, очень малая величина. Почему это происходит? Это остаётся открытым вопросом.
В.Л. Вот прекрасное замечание. Да, есть противоречия на современном уровне. Как мы теперь понимаем, впервые пустоту начал заполнять Эйнштейн, который хотел объяснить инерцию кривым пространством-временем. Есть работы, где он просто пытался из кривизны пространства-времени получить массу и инерцию, они были безуспешными. Но потом появилась новая наука, которая тоже начала заполнять пустоту, она появилась позже, это наука – квантовая механика. И известная идея Дирака о существование виртуальных частиц, о том, что вакуум не пуст – там есть виртуальные частицы, – это, на самом деле, есть воплощение идеи о том, что в пустоте должна быть энергия.
И смотрите, что получается. С одной стороны, современная квантовая теория даёт огромную энергию этого вакуума. Примерно на сто порядков больше, чем ту, которую мы сейчас наблюдаем во Вселенной.
Но мы знаем, что наука развивается сложным образом. Возможно, там происходит компенсация. Ведь нет теории квантовой гравитации, поэтому нет ответа на вопрос. Для меня кажется более важным следующее, что открытие энергии пустоты вакуума поднимает теорию относительности на более высокую величину.
Геометрическая теория Эйнштейна, она была создана таким образом, как будто бы она знала, что пустота не может быть пустой. Вот что удивительно. И в этом смысле общая теория относительности где-то уже приближается к самой загадочной из всех наук – к термодинамике. Все теории, созданные в ХХ веке, должны были оглядываться на законы сохранения энергии. Неизвестно, почему они должны работать – это принимается как постулат термодинамики. И в этом смысле «лямбда-член» Эйнштейна – это и есть некое совершенно удивительное предсказание одного из главных следствий квантовой механики – энергии вакуума. И на это хотелось бы обратить особое внимание. Но, конечно есть проблемы очень большие.
