Еще одна премия за сотворение мира

В январе этого года Вячеслав Муханов и Стивен Хокинг получили международную премию «Границы познания в фундаментальной науке». Вообще говоря, это очередная крупная премия, которую в том или ином сочетании получают эти два лауреата за работы тридцатипятилетней давности. Два с лишним года назад мы уже писали о предыдущей премии, полученной Мухановым вместе с Алексеем Старобинским. Что это за работы и почему они получают премию за премией именно сейчас, 30 с лишним лет спустя?

Вселенная выглядит в среднем однородной на картах, охватывающих миллиарды световых лет, но на меньших масштабах появляется хорошо различимая ячеистая структура; далее, вниз по иерархии, идут скопления галактик, галактики, звезды. Понятно, откуда взялись звезды в галактиках — они быстро сгущаются из-за гравитационной неустойчивости. Но ни галактики, ни скопления галактик не успели бы сгуститься из однородного вещества Вселенной, если бы не было изначальных сгустков и разрежений. Без них не было бы ни галактик, ни звезд, ни нас с вами — только газ плотностью меньше атома в кубометре пространства. Чтобы образовались галактики, достаточно, чтобы первичные возмущения плотности имели небольшой контраст, скажем, одна стотысячная. Но откуда они взялись?

Первым этим вопросом задался Андрей Дмитриевич Сахаров, предположив, что первичные неоднородности — квантовый эффект в ранней Вселенной. Это было правильное предположение, но оно сильно опередило свое время, и результат получился отрицательным — неоднородности не успевали вырасти до такого размера, чтобы превратиться в галактики.

Время пришло в самом начале 1980-х, когда произошла новая революция в космологии, давшая теорию инфляции. Вячеслав Муханов (аспирант, только что закончивший Физтех) и Геннадий Чибисов попытались пробиться в том же направлении, что и Сахаров, — получить первичные неоднородности из квантовых флуктуаций в ранней Вселенной. Но и у них ничего не получалось. Не получалось до тех пор, пока они не проверили, как работают квантовые флуктуации в сценарии инфляции Вселенной. И всё встало на свои места.

В то время не было ни термина «инфляция», ни теории инфляции как таковой. Еще не было ни революционной статьи Алана Гута, ни статьи Старобинского, в которой был предложен реалистичный механизм инфляции. Было понятие «мир де Ситтера», достаточно абстрактное решение уравнений Эйнштейна и некие общие идеи, что это решение может избавить космологию от бесконечной плотности в начале ее расширения. И вот Муханов с Чибисовым видят, что мир де Ситтера решает еще одну задачу, может быть более важную, — объясняет происхождение галактик.

Они публикуют статью с этим утверждением, но очень неудачно — в виде препринта, а журнальная публикация затягивается до 1982 года, когда уже всё произошло. Но это была лишь первая прикидка. Важно было сделать еще один шаг — вычислить спектр возмущений, то есть распределение амплитуды неоднородностей по размеру. В первом приближении спектр получался плоским, то есть амплитуда неоднородностей от их размера не зависела. Но нужно было вычислить точный спектр. Это сделал Вячеслав Муханов в самом начале 1981 года, опираясь на модель инфляции Алексея Старобинского. Получилось, что спектр чуть «краснее» плоского — у возмущений большого размера амплитуда чуть больше. Разница невелика: если плоский спектр описывается показателем степени единица, то точный — 0,96, причем эта величина слабо зависит от модели инфляции. Несколько позже такой же результат публикует Стивен Хокинг.

Казалось бы, что с того? Какая разница, чему равен показатель степенной зависимости — 1 или 0,96, — интерес тут может быть чисто академическим. Тогда было невозможно вообразить, что когда-нибудь спектр первичных неоднородностей Вселенной станет предметом прецизионных измерений.

Прошло тридцать лет. Сначала американский космический микроволновый телескоп WMAP, затем европейский «Планк» с фантастической точностью измерили спектр неоднородностей реликтового излучения. Первоначальный показатель спектра неоднородностей, который надо заложить, чтобы после ряда трансформаций в ранней Вселенной он превратился в наблюдаемую карту реликтового излучения, оказался равным 0,96 с точностью 0,006. Вот вам и очередной триумф фундаментальной науки! Вот и причина, по которой Муханов, Хокинг, а также другие герои космологической революции 1980-х — Линде, Гут, Старобинский — получают одну за другой престижные увесистые премии.

Так иногда теоретические работы, представляющие чисто академический интерес, вдруг ложатся в основу наших представлений о фундаменте мироздания, объясняя, как образовалась эта замечательная Вселенная, в которой можно жить.

Борис Штерн

P. S. Чтобы два раза не вставать, сообщаем, что книга автора данной заметки «Прорыв за край мира», где вся эта история изложена в развернутом виде, всё еще доступна через наш «посылторг» по существенно меньшей цене, чем через «Озон». См. http://trv-science.ru/proryv/gde-kupit-knigu-proryv-za-krajj-mira/ — всё сказанное там про почту актуально.