Фото с коллегами. Теоротдел, Матвей Бронштейн, квантовая гравитация и сталинские чистки.
На фото А.Д. Сахаров с коллегами на семинаре Теоротдела. Я хочу обратить внимание на присутствие Якова Львовича Альперта, который в течение многих лет был «ученым-отказником» («отказником» называли человека, которому власти отказали в праве выезда из СССР), председателем неофициального семинара еврейских ученых-отказников; в настоящее время он живет в Бостоне. В ФИАНе он не работал, его присутствие на семинаре в 1989 г. в эпоху перестройки удивление не вызывает. Но я, пользуясь случаем, хотел бы отметить, что все трудные 70-е и 80-е годы различные «неблагонадежные» личности (как, например, другой известный физик-отказник Наум Натанович Мейман или ваш покорный слуга, работавший дворником) имели возможность посещать еженедельный семинар Теоротдела в ФИАНе.
На семинаре в Отделе теоретической физики ФИАНа. Декабрь 1986 г.:
В первом ряду: А. Сахаров, В. Файнберг, Я. Альперт.
Второй ряд: А. Шабад, А. Никишов, В. Ритус.
Следующие две фотографии сделаны на Международном семинаре «Квантовая гравитация» в Государственном астрономическим институте им. П.К. Штернберга (Москва, 25-29 мая 1987 г.).
Брайс ДеВитт, А.Д. Сахаров и Я.Б. Зельдович на международном семинаре «Квантовая гравитация», Москва, май 1987 г.
С. Хокинг и А.Д. Сахаров на международном семинаре «Квантовая гравитация», Москва, май 1987 г.
Также в июне 1988 г. А.Д. Сахаров принял участие в большой конференции в Ленинграде (ныне Санкт-Петербург), посвященной 100-летию А.А. Фридмана, и сделал на ней обзорный доклад «Барионная асимметрия Вселенной». Стивен Хокинг также выступал на этой конференции, и я хорошо помню красочную экскурсию по ленинградским каналам и Хоукинга с женой и детьми на этом катере вместе с другими участниками конференции.
Говоря о квантовой гравитации, Теоротделе и некоторых специфических обстоятельствах истории России, невозможно не назвать имя Матвея Бронштейна, которое уже звучало здесь на конференции в дискуссиях. На Рис. 29 фото Матвея Бронштейна незадолго до ареста 6 августа 1937 г. и расстрела в сталинской тюрьме 18 февраля 1938 г., в возрасте 31 год. Он работал в Отделе теоретической физики ФИАНа.
Матвей Петрович Бронштейн (1906-1938). Последнее фото.
В 1938 году Сахаров окончил школу и поступил на первый курс физфака МГУ. Разумеется, он не знал Матвея Бронштейна, но много позже близко познакомился с его вдовой Лидией Корнеевной Чуковской, известным писателем и мужественным диссидентом, другом и соратником Андрея Дмитриевича.
Работы М.П. Бронштейна по квантовой гравитации были опубликованы в середине 30-х годов. В них он высказал пионерские идеи о необходимости пересмотра традиционных представлений о пространстве-времени и, возможно, отказе от римановой геометрии при квантовании гравитации.
Постепенно работы Бронштейна вошли в «ссылочный фонд» современной физики; они обсуждаются в двух больших обзорах по квантовой гравитации, опубликованных в 2004 г. (автор одного C. Keifer, другого C. Rovelli). В изданной в 2006 г. книге Ли Смолина “TheTrouble with Physics”, автор, говоря об истории квантовой гравитации, пишет: «В 1930-е годы мало кто что-либо понимал в этом вопросе. Возможно, первым был русский физик Матвей Петрович Бронштейн, исследовавший эту проблему в своей кандидатской диссертации 1935 года…». Смолин также называет еще одного пионера квантовой гравитации «блестящего молодого французского физика Жака Соломона (Jacques Solomon)», убитого нацистами в 1942 году, и заключает: «Я занимался проблемами квантовой гравитации всю мою жизнь, а узнал я об этих замечательных людях только когда заканчивал работу над этой книгой».
Необходимо пояснить, что в эпоху Сталина почти у каждого, либо в семье, либо в ближайшем окружении были знакомые, ставшие жертвами репрессий. И при этом практически каждый рассматривал случившееся личное несчастье как исключение, как результат трагической ошибки, вообще говоря, нормально работающих органов. «Закрытость», дезинформированность общества была такова, что никто не представлял себе реальный масштаб этих «ошибок», жертвами которых стали миллионы ни в чем не виновных граждан. Матвей Бронштейн был одним из этих миллионов, уничтоженных блестяще отлаженной и самодостаточной машиной истребления людей, не нуждавшейся ни в каких (правовых, логических…) «внешних» обоснованиях арестов и казней. Молодой Сахаров не был исключением из этого правила «всеобщей слепоты». «Я вообще еще слишком мало знал о многих преступлениях сталинской эпохи», — пишет он в своих «Воспоминаниях», говоря о том потрясении, которое испытал, когда в 1966 году впервые прочитал документальное исследование, дающее общую картину этого поразившего страну несчастья. Это знание, конечно же, стало еще одной причиной критического пересмотра Сахаровым «первопринципов» советской системы.
http://www.slovosfera.ru/history/alt...r_saharov.html
---------- Добавлено в 19:16 ---------- Предыдущее было в 19:15 ----------
Заключение. Не надо заниматься политическими играми, когда творится варварство. «Это чудо науки».
Интересно, что объектом внимания Сахарова были, как правило, вещи грандиозные по своим масштабам: конструкция водородной бомбы, этапы эволюции Вселенной, будущее человечества. Но при этом он удивительным образом чувствовал «болевые точки» проблемы, то «малое», что ключевым образом влияет на «большое», и сосредотачивался на этой «малой» проблеме. И всей своей деятельностью доказал, что «ключ» к решению тяжелейших проблем человечества - это соблюдение индивидуальных прав человека, возвращение к нравственным первоосновам, к тому, чтобы любые идеологии и политические шаги в обязательном порядке сверялись с простейшими критериями гуманности, сочувствия, справедливости. Иными словами: не надо заниматься политическими играми, когда творится варварство.
В завершение повторю основную мысль доклада: способ мышления А.Д. Сахарова и в науке, и при решении общественных проблем был примерно один и тот же, во всех сферах свой деятельности он был физиком, ученым, а также инженером-конструктором. Не будет преувеличением сказать, что науку он обожествлял, преклонялся перед ней, что явствует также и из приводимых ниже двух его высказываний.
Свою лекцию «Наука и свобода» (т.н. «Лионская лекция»), прочитанную на ежегодном конгрессе Французского физического общества в Лионе, 27 сентября 1989 г., А.Д. Сахаров начинает такими словами: «Через десять с небольшим лет закончится двадцатый век… Это был век двух мировых войн и множества так называемых «малых войн», унесших множество жизней. Это был век многих вспышек невиданного в истории геноцида. Несколько недель тому назад я вместе с пятью тысячами своих соотечественников стоял у раскрытой могилы, в которой производилось перезахоронение жертв сталинского террора… И все-таки, когда мы думаем о двадцатом веке, есть одна характеристика, которая для меня кажется невероятно, необычайно важной: XX век — это век науки, ее величайшего рывка вперед…».
Месяцем раньше, в августе 1989 г., завершая свою вторую (и последнюю) книгу воспоминаний, на ее последней странице Андрей Дмитриевич написал:
«Конечно, окончание работы над книгой создает ощущение рубежа, итога. “Что ж непонятная грусть тайно тревожит меня?” (А.С. Пушкин). И в то же время — ощущение мощного потока жизни, который начался до нас и будет продолжаться после нас. Это чудо науки. Хотя я и не верю в возможность скорого создания (или создания вообще?) всеобъемлющей теории, но я вижу гигантские, фантастические достижения на протяжении даже только моей жизни и жду, что этот поток не иссякнет, а наоборот, будет шириться и ветвиться…».
http://www.slovosfera.ru/history/alt...r_saharov.html
---------- Добавлено в 19:16 ---------- Предыдущее было в 19:16 ----------
Литература
- В.Б. Адамский, Ю.Н. Смирнов. "Моральная ответственность ученых и политических лидеров в ядерную эпоху", в книге "История советского атомного проекта" — материалы конференции ИСАП-96, Дубна, 14-18 мая 1996 г. Т. 1 - Москва: "Издат", 1997.
- Сахаров А.Д. Тревога и надежда. Сост. Е.Боннэр. // М.: Интер-Версо, 1991.
- Сахаровский сборник, подготовленный друзьями к 60-летию А.Д. Сахарова, 1981 г. Сост.: Александр Бабенышев, Раиса Лерт, Евгения Печуро. (Репринтное издание «Сахаровского сборника» с приложением «Последние 10 лет» — М.: Книга, 1991).
- Горелик Геннадий. Андрей Сахаров. Наука и свобода. М.: Вагриус, 2004.
- История создания ядерного оружия в СССР (в документах). В 7 томах. Министерство атомной энергии России, Российский федеральный ядерный центр — ВНИИЭФ. Саров («Арзамас-16»), 1999.
- «Он между нами жил. Воспоминания о Сахарове». Редакционная коллегия: Б.Л.Альтшулер, Б.М.Болотовский, И.М.Дрёмин, Л.В.Келдыш (председатель), В.Я.Файнберг // ОТФ ФИАН — "Практика", Москва, 1996.
- Сахаров А. Воспоминания. Нью-Йорк: "Изд. им. Чехова", 1990 / Москва: "Права человека", 1996 / Москва: «Время», 2006.
- Академик А.Д. Сахаров. Научные труды. Редакционная коллегия: Б.Л. Альтшулер, Л.В. Келдыш (председатель), Д.А. Киржниц, В.И. Ритус. // ОТФ ФИАН — ЦЕНТРКОМ. Москва. 1995.
- Сахаров А.Д. Начальная стадия расширения Вселенной и возникновение неоднородности распределения вещества. ЖЭТФ 49 (1), 345-358 (1965) ([8], стр. 197).
- Сахаров А.Д. Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации. ДАН СССР 177 (1), 70-71 (1967) ([8], стр. 155).
- Сахаров А.Д. Нарушение CP-инвариантности, C-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной. Письма в ЖЭТФ 5 (1), 32-35 (1967) ([8], стр. 219).
- Сахаров А.Д. Космологические переходы с изменением сигнатуры метрики. ЖЭТФ 87 (2), 375-383 (1984) ([8], стр. 299).
- Сахаров А.Д. Испарение черных мини-дыр и физика высоких энергий. Письма в ЖЭТФ 44 (6), 295-298 (1986) ([8], стр. 314).
- УФН 161 № 5 (1991), специальный выпуск «К 70-летию Андрея Дмитриевича Сахарова».
- Боннэр Е. Постксриптум. Книга о горьковской ссылке М.: СП "Интербук", 1990 / М.: "Права человека", 1996 / М.: «Время», 2006.
- Киржниц Д.А. Грани таланта. В спецвыпуске журнала «Природа», №8, 1990, и в сборнике «А.Д.Сахаров. Этюды к научному портрету. Глазами коллег и друзей. Вольномыслие». Сост.: И.Н.Арутюнян, Н.Д.Морозова. / Физическое общество СССР // «Мир», Москва, 1991.
- «Андрей Сахаров. PRO ET CONTRA. 1973 год: документы, факты, события». Сост. Г. Дозмарова. М.: Пик, 1991.
- Горелик Г.Е. Матвей Бронштейн и квантовая гравитация: 70-я годовщина нерешенной проблемы. УФН 2005, vol 48, no 10, pp. 1039-1053.
- Lee Smolin. The Trouble with Physics. 2006.
- Сахаров А.Д. «Лионская лекция» («Огонек», № 21, 18 мая 1991 г.) / В приложениях к «Воспоминаниям» А.Д. Сахарова, изданным в 1996 и 2006 гг. (см. [7]).
- Сахаров А.Д. Горький, Москва, далее везде. Нью-Йорк: "Изд. им. Чехова", 1990 / М.: "Права человека", 1996 / М.: «Время», 2006.
http://www.slovosfera.ru/history/alt...r_saharov.html
---------- Добавлено в 19:17 ---------- Предыдущее было в 19:16 ----------
Сахаров и космология
Все знают Андрея Дмитриевича Сахарова как отца водородной бомбы и как общественного деятеля. О его вкладе в фундаментальную науку знает гораздо меньше людей. Нельзя сказать, что этот вклад огромен в количественном плане — он написал на порядок меньше научных статей, чем, например, Я. Б. Зельдович. Однако в ряде своих статей он сильно опередил время, поставил вопросы и дал ответы, которые спустя многие годы определили направления, куда хлынули массы исследователей. В этой серии публикаций мы рассказываем о двух пионерских статьях, повлиявших на развитие космологии. Интересная особенность обеих статей: правильный подход и правильные выводы были сделаны с привлечением предположений, которые в природе на самом деле не реализуются, что было понято позже. Газетный формат не позволяет осветить обе статьи в одном номере, поэтому даем две публикации в разных выпусках газеты. Начнем с более поздней статьи о барионной асимметрии Вселенной.
Почему наш мир состоит только из вещества (без антивещества), и почему вещества так мало?
(«Нарушение СР-инвариантности. С-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной», А. Д. Сахаров, ЖЭТФ, Письма в редакцию, 1967, т. 5, вып. 1)
Памятник А. Д. Сахарову в Вашингтоне. Фото: «Троицкий вариант»
В нашей Галактике антивещества в заметных количествах нет. Иначе, оно бы дало о себе знать, аннигилируя с веществом. Его также нет в Местной группе галактик. Вообще можно сказать, что антивещество в той форме, в которой находится вещество, в наблюдаемой Вселенной практически отсутствует. В любом случае, теоретически невозможно объяснить разделение вещества и антивещества на «острова» во Вселенной. Поэтому существует консенсус по поводу того, что Вселенная содержит только вещество (за исключением небольшой части космических лучей, рождающейся при взаимодействиях частиц высокой энергии). Таким образом, наша Вселенная зарядово несимметрична, чему мы должны быть благодарны: нам не грозит встреча и аннигиляция с антиматерией.
Есть другой примечательный и в каком-то смысле поразительный факт. На каждый барион (протоны вместе с нейтронами и другими, нестабильными частицами, состоящими из трех кварков, называют барионами) во Вселенной приходится более миллиарда фотонов реликтового излучения. Почему этот факт поразителен? Чтобы ответить на этот вопрос, нужен краткий экскурс в термодинамику на уровне первого курса института.
В первые мгновения существования Вселенной температура была настолько велика, что кинетическая энергия барионов и других частиц космической среды была гораздо больше их массы покоя. В столкновениях энергичных частиц интенсивно рождались барион-антибарионные (на современном языке правильнее сказать кварк-антикварковые) пары. В этом плане барионы мало чем отличались от фотонов, и, согласно законам термодинамики, их число в единице объема было почти равно числу фотонов. Вселенная остывала, барионы стали нерелятивистскими и проаннигилировали с антибарионами; их число в единице сопутствующего (расширяющегося вместе с Вселенной) объема «заморозилось». Но и число фотонов в единице сопутствующего объема тоже мало изменилось, несмотря на то, что фотоны еще долго поглощались и излучались. Дело в адиабатичности: в сравнительно медленно расширяющейся Вселенной энтропия в сопутствующем объеме сохраняется, а по порядку величины энтропия равна числу фотонов. Конечно, адиабатичность и сохранение числа фотонов выполнялись неточно: в процессе расширения Вселенной массивные частицы (например, электроны и позитроны) аннигилировали, энтропия, заключенная в фотонах, росла, но лишь в несколько раз, а не на много порядков.
Все это означает, что от барионов после их аннигиляции с антибарионами осталась лишь одна миллиардная часть, хотя изначально во Вселенной была почти равная смесь барионов и антибарионов. Но в том то и дело, что не совсем равная — барионов на одну миллиардную было больше.
Собственно, благодаря этой одной миллиардной мы и существуем: иначе вещество во Вселенной было бы представлено однородным чрезвычайно разреженным протон-антипротонным газом.
Избыток в одну миллиардную — вызов для ученых. Если бы барионов и антибарионов было точно одинаково — это можно было бы объяснить симметрией законов природы (объяснять, правда, было бы некому). Если бы изначально были только барионы — можно было бы списать это на начальные условия или некий принцип запрета. А одна миллиардная — это явно слегка нарушенная симметрия. Каким образом?
Я.Б. Зельдович (слева), А. Д. Сахаров и Д. А. Франк-Каменецкий. Начало 1950-х гг.
Сахаров в своей статье первым адекватно поставил вопрос и дал на него правильные общие ответы, ставшие классическими. Вот эти ответы, выраженные в виде необходимых условий:
- Должна быть асимметрия между миром и антимиром, выражаемая на научном языке как нарушение С- и СР-симметрии.
- Должен нарушаться закон сохранения барионного заряда (иными словами, числа барионов за вычетом числа антибарионов).
- На начальной стадии расширения Вселенной должно быть нарушено термодинамическое равновесие.
Прокомментируем эти условия.
Условие 1. Нарушение СР
Допустим, физики двух удаленных миров во Вселенной связались друг с другом по некому мгновенному каналу связи (в рамках этого мысленного эксперимента махнем рукой на специальную теорию относительности) и научились понимать друг друга. Одни спрашивают: что такое левая резьба в вашей документации? Тут нельзя обойтись фотографией, поскольку все равно встанет вопрос, как разворачивать изображение — слева направо, но как объяснить что такое левое и правое? Оказывается, физикам объяснить можно:
Возьмите обмотку с током и такой-то радиоактивный изотоп. Ядра в магнитном поле, создаваемом обмоткой, будут поляризованы. Смотрите, в какую сторону полетит больше электронов от бета-распада ядер. Направьте отвертку в этом направлении и вращайте ее в сторону, куда текут электроны в вашей обмотке. При этом отвертка будет завинчивать болт с левой резьбой.
Такое объяснение удалось сделать потому, что в мире на уровне законов физики нарушена симметрия между правым и левым. Это нарушение невелико, поэтому для объяснения пришлось привлекать довольно тонкие эффекты. Такая симметрия называется Р-инвариантностью. На таком же уровне нарушена симметрия между миром и антимиром, которая называется зарядовой, или С-инвариантностью. В антимире позитроны полетят в противоположном направлении, и отвертка антифизиков в такой постановке будет закручивать правый болт. Поэтому, если физики двух миров сомневаются, что они не в антимирах по отношению друг к другу, то вышеизложенная инструкция не работает.
Такая асимметрия между миром и антимиром достаточно тривиальна и компенсируется заменой правого на левое. Понятно, что если отличие только в этом, то никакого перекоса между барионами и антибарионами в ранней Вселенной не получить. Если мир и антимир одинаковы при замене правого на левое, это называется СР-инвариантностью. Было время, когда считалось, что СР-инвариантность выполняется точно. Но в первой половине 60-х было экспериментально обнаружено нарушение СР-симметрии. А это уже более существенное различие между миром и антимиром, хотя и выраженное очень слабо.
В свете нарушения СР-инвариантности физики разных миров уже могут понять, одинаковы или противоположны их миры в зарядовом отношении. Соответствующая инструкция может выглядеть следующим образом:
Возьмите нейтральные долгоживущие К-мезоны. Они могут распадаться на три частицы, одна из которых — либо электрон, либо позитрон (а две другие — заряженный пи-мезон и антинейтрино или нейтрино). Мы, земляне, называем позитроном такую частицу, которая чаще рождается в этих распадах. Если ваши атомы содержат позитроны, то вы сделаны из антивещества. Встреча с вами нам противопоказана!
Эффект, отличающий мир от антимира, еще слабей эффекта, отличающего правое от левого. Но и начальный перекос между барионами ничтожен — одна миллиардная. В середине 60-х годов, когда А. Д. Сахаров работал над статьей, нарушение СР-инвариантности было доказано. Правда, асимметрии между частицами и античастицами в распадах нейтральных К-мезонов еще не было обнаружено, нарушение СР проявлялось довольно опосредованным образом. Однако автор ссылается на так называемый эффект Окубо — тогда еще теоретическое заключение о том, что нарушение СР должно приводить к маленькой зарядовой асимметрии в каналах распада частиц — так, как описано в инструкции. В целом, к моменту написания статьи для первого условия была достаточно твердая почва под ногами. Этого не скажешь об остальных двух условиях.
Условие 2. Нестабильность протона
Если вначале число барионов и антибарионов было равным, а потом барионов стало чуть больше, значит, барионное число не сохраняется. Это противоречит нашему опыту: никто не наблюдал распада протона, экспериментальное ограничении снизу на его время жизни — 1032 лет, что на 22 порядка больше времени жизни Вселенной. Протон — легчайшая частица, несущая барионное число, и именно практически точное сохранение барионного числа запрещает ему распадаться на более легкие частицы. С другой стороны, нет никаких фундаментальных принципов, требующих абсолютно точного сохранения барионного числа (в отличие от электрического заряда, для которого такой принцип есть). Сахаров предположил, что протон может распадаться на три мюона (именно на три, чтобы сохранялось число фермионов — протон состоит из трех кварков). Чтобы объяснить стабильность протонов в нынешней Вселенной, он сделал следующее предположение:Взаимодействие, переводящее кварки в мюоны, осуществляется неким промежуточным бозоном, при этом оно принципиально трехчастичное: в одной точке пространства-времени должны провзаимодействовать три бозона.
Это требование подавляет распад протона в наши дни, но в первые мгновения Большого взрыва, когда плотность энергии и плотность частиц огромна, трехчастичная реакция осуществлялась легко, и барионное число нарушалось сильно.
На 60-летии Ю. Б. Харитона. Саров, 27 февраля 1964 г.
В своей философии рецепт оказался абсолютно верным, в конкретном наполнении — нет. С развитием теории элементарных частиц были найдены другие механизмы, реализующие именно этот сценарий: сильное нарушение барионного числа в ранней Вселенной при большой плотности и температуре и практически точное его сохранение в наши дни. Ключевым фактором оказалась большая масса промежуточного бозона, а не трехчастичность реакции — эффект тот же самый, но такой вариант гораздо лучше вписывается в картину, которая прояснилась гораздо позже. В современной картине число фермионов не сохраняется, поэтому распад протона, состоящего из трех кварков, на три мюона вовсе не обязателен, протон может распадаться, например, на позитрон и гамма-квант.
Условие 3. Неравновесность в ранней Вселенной
Галилей на Пизанской башне. Рисунок Сахарова для доклада «Барионная асимметрия Вселенной» на конференции, посвященной 100-летию А. А. Фридмана. Ленинград, 22–26 июня 1988 г.
В вышеприведенном мысленном эксперименте мы не могли призывать инопланетных физиков измерять разные соотношения между массами частиц или анализировать атомные спектры, чтобы определить, живут ли они в мире или антимире, — это скорее всего бесполезно. Есть достаточно глубокий принцип, гласящий, что массы частиц, атомные уровни, и вообще все характеристики явлений, явно не зависящие от времени, одинаковы в мире и антимире. Этот принцип носит название СРТ теоремы, утверждающей, что если сохраняется Лоренц-инвариантность (принцип, лежащий в основе специальной теории относительности) и теория взаимодействия частиц подчиняется неким простым и разумным физическим принципам, то физический мир не меняется при переходе к антимиру, замене правого на левое и обращении времени. Если нарушается СР-инвариантность, то это нарушение компенсируется обращением времени.
Таким образом, все величины, характеризующие стационарные (не зависящие от направления стрелы времени) процессы в мире и антимире, одинаковы, а нестационарные могут быть разными, например, распады частиц могут отличаться.
Система, находящаяся в термодинамическом равновесии, в этом смысле стационарна, даже если она адиабатически медленно расширяется и остывает. При адиабатичности прямые и обратные реакции между частицами, распады частиц и их рождение уравновешены, медленное изменение системы обратимо и работает СРТ теорема, запрещающая перекос между частицами и античастицами. Другими словами, при стремлении к тепловому равновесию система становится всё более и более симметричной; если в ней возможны процессы с нарушением барионного числа, то барионная асимметрия вымывается, а не образуется.
Стационарность должна быть нарушена, и это может сделать, например, распад очень тяжелых частиц на ранней стадии расширения Вселенной, если время обратной реакции их рождения велико по сравнению с темпом остывания.
В середине 60-х единственной обсуждавшейся теоретиками частицей, подходящей на эту роль, был максимон, предложенный М. А. Марковым. По замыслу он имел громадную по меркам физики частиц массу (10–5 г) и выпадал из термодинамического равновесия практически сразу после начала расширения Вселенной от максимально возможной (планковской) температуры и плотности. Именно это А.Д. Сахаров и предположил в своей работе.
А. Д. Сахаров и И. В. Курчатов. Москва, сентябрь 1958 г.
Примерно через 10 лет в теории появились новые интересные возможности для нарушения стационарности — об этом ниже. Максимоны уже не требуются, есть другие частицы, хорошо вписывающиеся в современную картину.
Последующее развитие
Следующей заметной работой по барионной асимметрии Вселенной была статья В. А. Кузьмина 1970 г. В ней была предложена модель взаимодействий между элементарными частицами, в которой барионная асимметрия образуется при температурах, гораздо ниже планковской. Механизм остался тот же — распады новых тяжелых частиц. Но появляется то, чего нет при планковских масштабах: твердая почва под ногами теоретиков. Дело в том, что при предельных температурах и плотностях сильны эффекты квантовой гравитации — это то, что современной науке пока не по зубам. А при температурах ниже планковской о свойствах Вселенной можно говорить более-менее уверенно, поэтому появилась возможность связать величину асимметрии с параметрами, закладываемыми в модель, и проверить, что наблюдаемое значение — одна миллиардная — действительно может быть получено.
Замечательно, что модель Кузьмина предсказывала новый тип процессов с нарушением барионного числа — переходы (осцилляции) между нейтроном и антинейтроном. Этот процесс экспериментаторы до сих пор ищут, но пока безуспешно.
Следующей заметной работой по барионной асимметрии Вселенной была статья В. А. Кузьмина 1970 г. В ней была предложена модель взаимодействий между элементарными частицами, в которой барионная асимметрия образуется при температурах, гораздо ниже планковской. Механизм остался тот же — распады новых тяжелых частиц. Но появляется то, чего нет при планковских масштабах: твердая почва под ногами теоретиков. Дело в том, что при предельных температурах и плотностях сильны эффекты квантовой гравитации — это то, что современной науке пока не по зубам. А при температурах ниже планковской о свойствах Вселенной можно говорить более-менее уверенно, поэтому появилась возможность связать величину асимметрии с параметрами, закладываемыми в модель, и проверить, что наблюдаемое значение — одна миллиардная — действительно может быть получено.
Замечательно, что модель Кузьмина предсказывала новый тип процессов с нарушением барионного числа — переходы (осцилляции) между нейтроном и антинейтроном. Этот процесс экспериментаторы до сих пор ищут, но пока безуспешно.
А. Д. Сахаров и С. Хокинг. Москва, 25 мая 1987 г.
Важный этап развития исследований по проблеме барионной асимметрии был открыт работой А. Ю. Игнатьева, Н. В. Красникова, В. А. Кузьмина и А. Н. Тавхелидзе и независимой работой М. Йошимуры в1978 г. Он связан с построением в середине 70-х годов теорий Большого объединения, в рамках которых все известные силы, за исключением гравитационных, имеют своим происхождением единое взаимодействие.
Правда, наблюдаемые ныне взаимодействия были по настоящему едины лишь в первые мгновения после Большого взрыва при колоссальной температуре. В принципе, объединение взаимодействий можно было бы «прощупать» и в наши дни, но реально оно происходит при сверхвысоких энергиях, недоступных ни современным, ни будущим ускорителям. Однако в теориях Большого объединения барионное число не сохраняется автоматически, поэтому сильным аргументом в их пользу послужило бы обнаружение распада протона. Большое время жизни протона, кстати, как раз и связано с большим масштабом энергий Большого объединения.
Если раньше нарушение барионного числа приходилось вводить в рассмотрение исключительно для объяснения барионной асимметрии, то в рамках теорий Большого объединения можно воспользоваться тем, что оно в них и так имеется. В таком сценарии асимметрия образуется при температурах, соответствующих кинетической энергии частиц порядка 1015 ГэВ. Это на четыре порядка ниже планковского масштаба, но всё равно очень много. Тяжелые частицы, в распадах которых проявляется асимметрия, в этих теориях есть, источники СР-нарушения — тоже, поэтому, казалось бы, всё встает на свои места. И действительно, многочисленные работы конца 70-х — начала 80-х годов показали, что объяснить наблюдаемую барионную асимметрию с помощью теорий Большого объединения можно. Трудностей две. Во-первых, приходится предполагать, что Вселенная когда-то была разогрета до чрезвычайно высоких температур, а это не очень увязывается с теорией раздувающейся Вселенной (космологической инфляции). Эта теория, в которой Вселенная за первые мгновения своего существования раздулась на много порядков величины, естественным образом отвечает на целый ряд трудных вопросов, поэтому является почти общепринятой.
У подъезда своего дома. Лето 1987 г.
Во-вторых, открытия распада протона, подтверждающего гипотезу о Большом объединении, до сих пор не произошло, несмотря на все усилия экспериментаторов.
Новый поворот произошел в 1985 г., когда В. А. Кузьмин, В. А. Рубаков и М. Е. Шапошников выяснили, что в ранней Вселенной интенсивное несохранение барионного числа происходит в результате уже известных, слабых и электромагнитных взаимодействий. При этом процессы с нарушением барионного числа идут при температурах вплоть до 100 ГэВ (в энергетических единицах), что, конечно, гораздо ниже температуры Большого объединения 1015 ГэВ. Такой результат открыл несколько новых возможностей для объяснения барионной асимметрии. Одна из них — предложенный в 1986 г. М. Фукугитой и Т. Янагидой лептогенезис — увязывает барионную асимметрию со свойствами нейтрино. Другая, пожалуй, наиболее интригующая возможность — образование барионной асимметрии в результате фазового перехода первого рода, происходившего во Вселенной при температурах около 100 ГэВ (при сравнительно низких температурах именно в процессе фазового перехода первого рода может быть выполнено третье условие Сахарова — отклонение от теплового равновесия). Эта область энергий как раз и изучается в экспериментах на Большом адронном коллайдере, так что результаты его работы позволят выяснить, был ли такой фазовый переход. Если ответ положителен, то перспектива однозначного ответа на вопрос о происхождении асимметрии между веществом и антивеществом на основе будущих экспериментов в физике высоких энергий станет вполне реальной. Именно это направление и конкурирующий с ним лептогенезис стали современным мейнстримом в теме барионной асимметрии.
На Форуме «За безъядерный мир». Москва, 14–16 февраля 1987 г.
С высоты времени ряд положений статьи А. Д. Сахарова может показаться наивным. Действительно, трудно поставить себя на место человека, пытавшегося осмыслить явление раньше, чем наука дозрела до этого. Но если вдуматься, становится ясно, насколько провидческой для своего времени была данная статья.