Александр Гордон - Диалоги (июнь 2003 г.)

Вот эта карта была сформирована буквально месяц назад. Американские астрономы, которые наблюдали на спутнике WMAP, опубликовали свои результаты в начале февраля. Надо сказать, что этот спутник будет работать ещё год, и будем надеяться, что они получат ещё более точные данные.

Теперь немножко о гравитационных волнах. Анизотропия, которая сейчас наблюдается, вызвана так называемыми флуктуациями плотности. Это те флуктуации плотности, которые тоже были порождены в ранней Вселенной, и которые сейчас сформировали крупномасштабную структуру (галактики, звёзды), и благодаря чему возникли и мы с вами. Совершенно точно можно сказать, что флуктуации, которые наблюдают сейчас астрономы, это не гравитационные волны, но, тем не менее, есть основание думать, что мы уже очень близки к тому пределу, когда гравитационные волны можно будет наблюдать и в таком диапазоне частот тоже. Почему? Дело в том, что общие теоретические предсказания указывают на то, что гравитационные волны должны вызывать анизотропию примерно в 10, может быть, в 20, в 30 раз меньше, чем то, что уже зарегистрировано. Надо сказать, что чувствительность таких экспериментов очень быстро растёт со временем. Само реликтовое излучение было открыто в 66-м году, температура этого излучения – 3 градуса Кельвина. Оно, надо сказать, было открыто случайно, в результате испытания нового радиометра. Понадобилось 10 лет, чтобы открыть дипольную гармонику в анизотропии реликтового излучения, связанную с тем, что наша Земля, Солнечная система движется сквозь реликт, и из-за этого равновесное излучение кажется, с одной стороны, более ярким, с другой стороны более тусклым. Понадобилось ещё 20 лет, чтобы открыть другие гармоники в анизотропии реликтового излучения.

Теперь мы уже подошли к тому, что полностью промерен спектр этого реликтового излучения, и уже наблюдается поляризация этого излучения. Давайте я два слова скажу о том, почему это так важно. Дело в том, что гравитационные волны и скалярные возмущения, возмущения плотности, совместно производят вот эту картинку, эту рябь на поверхности последнего рассеяния, и для того, чтобы разделить вклад гравитационных волн от скалярных возмущений, от возмущений плотности, мы должны наблюдать ещё некоторые параметры этого излучения, а именно, два параметра Стокса. Вся интенсивность, все электромагнитное излучение характеризуется несколькими параметрами Стокса, это интенсивность и два дополнительных параметра, которые характеризуют поляризацию реликтового излучения. Вот поляризация реликтового излучения однозначно даст вывод о том, что гравитационные волны зарегистрированы.

И ещё два слова я скажу о том, что поляризация реликтового излучения уже открыта. Она открыта в результате проведения эксперимента, который называется «DASI», в сентябре прошлого года. Группа астрономов, которые проводили этот эксперимент, опубликовали данные о том, что они наблюдают поляризацию реликтового излучения, а на спутнике WMAP даже построили спектр, поскольку спутник – гораздо более чувствительный прибор, чем тот эксперимент, который делали астрономы с Земли. Надо сказать, что, несмотря на то, что поляризация открыта, это всё-таки поляризация, вызванная не гравитационными волнами, а опять-таки возмущениями плотности. Но это уже близко к тому пределу, когда должна наблюдаться поляризация, вызванная гравитационными волнами.

Итак, мы кратко посмотрели на все диапазоны, в которых может быть гравитационное излучение – от диапазона 1 килогерц (это звуковой диапазон) до диапазона 10 в минус пятой герц, что соответствует одному дню или нескольким часам. Потом мы посмотрели на другой способ детектирования гравитационного излучения, с помощью пульсаров, это диапазон в несколько лет. И наконец, перешли к гравитационным волнам, которые являются самыми длинными гравитационными волнами во Вселенной, которые имеют длину волны, сравнимую с горизонтом Вселенной – несколько десятков гигапарсек. Все эти волны должны нести очень интересную информацию о ранней Вселенной.

Вадим Борисович сказал уже, что очень интересная информация будет о нейтронных звёздах. Но нейтронные звёзды – это всё-таки нечто уже известное физикам. Нейтроны – это объект, который достаточно хорошо изучен. То, что пойдёт из ранней Вселенной, те гравитационные волны, которые будут нести информацию о самых ранних стадиях, это то, что физиками совершенно не изучено. Есть достаточно много теоретических предположений о том, какова должна быть физика в ранней Вселенной, но никаких экспериментальных указаний на это.

Мне хочется показать ещё одну картинку, покажите её, пожалуйста. Что будет исследоваться в дальнейшем? Поляризация, которая будет исследоваться, поляризация реликтового излучения, её исследование будет осуществляться в нескольких экспериментах. В частности, она будет исследоваться на международной научной стации «Альфа». Вы видите станцию «Альфа», она уже выведена на орбиту и летает уже несколько лет, на ней будет проводиться очень много научных экспериментов. И в частности, будет проводиться российско-итальянский эксперимент «SPORT», который специально посвящён исследованию поляризации реликтового излучения. Будем надеяться, что в этом эксперименте удастся зарегистрировать так называемую b-моду поляризации, которая прямо укажет на амплитуду гравитационных волн, на то, какая была физика ранней Вселенной.

Помимо этого эксперимента будет ещё проводится эксперимент «ПЛАНК». Это гигантский эксперимент, в который вовлечены все европейские страны (пожалуй, за исключением России) и помимо этого ещё и Соединённые Штаты. В этом эксперименте астрономы хотят промерить полностью и анизотропию реликтового излучения, и поляризацию. И узнать, какой у нас спектр от флуктуаций плотности и какие у нас гравитационные волны идут от ранней Вселенной. Зарегистрировав волны от ранней Вселенной, мы сможем восстановить физику ранней Вселенной, и посмотреть на то, какие законы там могли быть.

А.Г. У вас есть теоретические предположения о том, что это может быть за физика?

М.С. Конечно. Предположений очень много. Но предположения могут быть и ошибочными. Пожалуйста, покажите следующую картинку.

Здесь изображены те знания, которые есть сейчас у нас. Астрономические наблюдения в оптическом диапазоне охватывают ближайшую к нам Вселенную – мир галактик. Радионаблюдения, выполненные, в частности, на спутнике WMAP, охватывают сферу последнего рассеяния. Та картинка, которая формируется на сфере последнего рассеяния, идёт из так называемой ранней Вселенной, со стадии инфляции. Стадия инфляции с теоретической точки зрения достаточно хорошо изучена. Надо сказать, что многие из её предсказаний оправдались, в частности, оправдался так называемый спектр Харрисона-Зельдовича, который сейчас наблюдают в виде флуктуации реликтового излучения.

Но есть ещё одна часть, которая говорит о том, что и до инфляции что-то было. И условно этот момент времени называется «сингулярностью». Надо сказать, что сингулярность – это неотъемлемая черта, которая появляется в общей теории относительности, и до сих пор это ассоциировалось просто с некоторой особой точкой. Ещё одну картинку, пожалуйста.

В.Б. Надо пояснить, сингулярность – это то, что внутри чёрной дыры.

А.Г. Понятно, всё стремится к бесконечности.

В.Б. Если хотите. Но есть и другая точка зрения.

М.С. Вот на этой картинке показано, как представлял себе средневековый астроном, что увидит человек, заглянувший за небесную твердь. Когда Галилей изобрёл свой телескоп, та картинка, которую увидели астрономы, довольно существенно отличалась от этого изображения. Надо сказать, что когда астрономы будут обладать гравитационно-волновыми приборами и смогу заглянуть внутрь чёрной дыры или в раннюю Вселенную, не исключено, что та картинка, которую они увидят, будет довольно сильно отличаться от этой.

А.Г. От той, которую мы сегодня имеем. Ну, что ж, сколько нам ждать осталось и в том и в другом случае? Я имею в виду, когда эксперимент будет проведён?

В.Б. Оптимистически – если вы говорите о наземных антеннах…

А.Г. И о наземных, и о…

В.Б. Когда они дадут положительные результаты?

А.Г. Результат.

В.Б. Да, результаты – положительный.

А.Г. Результат.

В.Б. Результат – это значит, что вздрогнули четыре пары зеркал. Две под Сиэтлом и две под Новым Орлеаном. Я думаю – 2008 год. Может быть, я ошибаюсь на два года. Может быть. 0,95 я даю. Могу поспорить.

Коммуникация у птиц

Участник:

Владимир Викторович Иваницкий – доктор биологических наук.

Александр Гордон: …большинство птиц начинает петь с рассветом или чуть-чуть после заката. В тёмное время суток они молчат. Почему?