Страница:
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.
А.П. Возвращаясь, вернее, оставаясь в рассуждении о «лямбда-члене», на самом деле к нему подходят с разных точек зрения. Можно подойти с помощью некоего небольшого изменения самой геометрической теории. В теории Эйнштейна «лямбда-член» задаётся с самого начала, изначально. А можно немножко изменить построение теории, которое приведёт к каким-то уравнениям. Потом можно их решать, и в процессе этого решения «лямбда-член» возникнет как константа интегрирования. Уже на этом уровне мы опять будем иметь уравнение Эйнштейна с «лямбда-членом», но он может быть каким угодно – просто постоянной величиной. На основании этого происходят разные спекуляции. Вот, мол, как понять, почему «лямбда-член» действительно мал сейчас…
В.Л. Я перебью. В начале мы говорили о каких-то классических вещах. Александр Николаевич и я, мы стоим на классических позициях в смысле понимания гравитации и так далее. Но вот сейчас мы начинаем говорить уже о неких гипотезах, поскольку «лямбда-член», его значение в современной физике, или, говоря современным языком, просто энергия вакуума космического, энергия пустоты, отсутствие пустоты в природе – это сейчас только начинает осмысливаться в связи со старыми геометрическими идеями. И вот то, что сейчас Александр Николаевич говорит, он обращает внимание на то, что в последние годы появилось… Ведь смотрите, если «лямбда-член» есть, то возникает вопрос: вообще откуда он берётся? В теории относительности это просто константа, которую она допускает просто геометрически, умозрительно. Эйнштейну не нужен был эксперимент. Он пользовался простыми мысленными экспериментами. И он пришёл к идее общей теории относительности, внутри которой была заложена идея отсутствия пустоты, энергии пустоты. И то, что мы сейчас возвращаемся из очень простых принципов к идее отсутствия пустоты, сейчас заставляет нас уже ставить новый вопрос: а почему «лямбда-член» таков, каким мы его сейчас видим? И вот здесь ряд очень новых, интересных идей может быть.
А.П. Я продолжу. Итак, оказывается, что «лямбда-член» может быть другим. И если мы попытаемся перейти от классической теории к квантовой (вот что это такое – различия), то оказывается, что как бы можно построить много-много Вселенных с различными «лямбда». И можно построить некую функцию, которая описывает вероятность с какой возникнет Вселенная с данной «лямбда», и так для всего непрерывного спектра, скажем, от минуса до плюса. И окажется, что более всего вероятно возникновение Вселенных как раз с «лямбда» очень близкой к нулю. То есть примерно с той, которая наблюдается сейчас. Хотя не будет точно указано, что она точно равна нулю, что мы, в общем-то, сейчас и наблюдаем.
В.Л. Я только уточню, что речь идёт о неких новых теориях, которые не являются, на самом деле, сильно отличными от теории гравитации. Но всё-таки они выводятся немножко по-другому. И удивительным образом в этой теории константа, которую мы называем энергией пустоты, или «лямбда-членом», как мы интерпретируем её сейчас, она получается в результате неких начальных условий. Она не задаётся, как в теории Эйнштейна, и мы потом гадаем, почему она такая, а не другая. А, оказывается, сейчас возникают новые теории, в которых эта константа получается как результат начала. Как всегда в космологии, попытки уйти от начала, уйти от вопроса начала, конечно, кончаются рано или поздно каким-то тупиком. Это начало всегда возникает и возникает, естественно, понятие конца.
А.П. Это опять была энергия. Но может, вернёмся снова к определению энергии в общей теории относительности, поскольку я немного не договорил. Дело в том, что в общей теории относительности, как мы уже сказали, энергия не локализуется. Так, самым современным и очень энергично развивающимся направлением является определение не локальных величин, а квазилокальных величин. С чем это связано? Это связано с тем, что можно ограничить гравитирующую систему некой сферой и уже рассматривать не локальную энергию, а энергию внутри этой сферы. И самым замечательным образом оказывается, что мы не должны знать, что там внутри расположено, а для нас будет достаточно знать только потенциалы гравитационного поля на поверхности этой сферы. Зная их, мы можем определить энергию, импульсы и всё, что внутри сферы расположено. Ну и рассматривать взаимодействие таких объектов уже совершенно нормально, как в обычной физической теории, а не геометрической.
В данном случае, конечно, возникает ещё один интересный момент. Владимир Михайлович говорил об электродинамике. Так вот, оказывается, что условия на поверхности сферы могут тоже задаваться различным образом. А в зависимости от этих, как в электродинамике, от этих граничных условий будет определяться энергия внутри этой сферы. Это тоже такой интересный момент. Полевой подход, он тоже к таким квазилокальным величинам приводит. И к ним приводят многие другие подходы. Теория одна, а подходы разные. Подходы математические могут быть совершенно разными. То есть, может быть, специалист в одном подходе и не специалист в другом, а всё равно рано или поздно, если всё делается правильно, человек приходит именно к квазилокальным величинам. То есть к энергии, которая определяется внутри некоторого объёма и для этого определяется потенциал на поверхности.
Один из важных подходов – подход Брауна-Йорка. Он заключается в следующем. Чтобы правильно определить сохраняющиеся величины уже не во всём пространстве-времени, а внутри этой поверхности, необходимо только в её окрестности ввести плоское фоновое пространство. Так вот подход Брауна-Йорка, он замечателен тем, что геометрия этой сферы, она сама задаёт однозначным образом это плоское фоновое пространство. И благодаря этому определение энергии в этом случае и в других сохраняющихся величин, оно оказывается однозначно определённым. И этот подход является одним из самых предпочтительных сейчас.
В.Л. Но всё-таки вопрос об энергии, попытка локализовать энергию гравитационного поля даже частично внутри некой сферы, квазилокальный подход так называемый, является ли это всё-таки приближением?
А.П. Нет, это, конечно, должно быть приближением для некоторых моделей типа островной модели.
В.Л. И в идеологическом смысле, на самом деле, это, может быть, просто технический приём. Но всё-таки мир наш кривой или плоский?
А.П. Мир наш кривой.
В.Л. Мир наш кривой.
А.Г. То есть космологические выводы мы делаем всё-таки в пользу…
А.П. Космологические выводы не могут делаться в таких приближениях, это глобальные…
В.Л. Да, если речь идёт уже о самых глобальных вопросах, то, конечно, их невозможно решить на плоском фоне, его нет. Нет места, где его расположить на бесконечности, мы живём в кривой вселенной.
А.П. Нельзя задать граничных условий однозначно.
А.Г. Спасибо огромное.
Ископаемые ящеры
Участники:
Алифанов Владимир Рудольфович – кандидат биологических наук, сотрудник Института и музея Палеонтологии РАН
Лопатин Алексей Владимирович – кандидат геолого-минералогических наук, сотрудник Института и музея Палеонтологии РАН
Александр Гордон: Сначала давайте мы начнём с исчезновения, то есть с критики этой гипотезы… Потому как нам здесь не обязательно в хронологическом порядке идти – от первой найденной кости или первого упоминания и до новейших теорий. Вот первый вопрос, который у меня возник. Как же так красиво всё получилось: упал метеорит, причём очень подробно описано, что должно было произойти, если он такого размера или такого, куда упал? В Мексике нашли кратер, там нашли кратер. Вот пошла эта волна, ядерная зима. Вот всё замечательно. Взяли и вымерли.
Вы говорите: «Нет, скорее всего, это было не так». Почему?
Владимир Алифанов: Причин довольно много. Во-первых, представление о том, что падение метеорита привело к всеобщей глобальной катастрофе, – оно явно преувеличено. Мы знаем большое количество групп, которые существовали до этого события и благополучно существуют после этого события. Во-вторых, метеорит должен был оставить после себя следы.
Некоторыми специалистами по этому вопросу считается, что таким явным отчётливым следом является иридиевый слой. Иридиевый слой был впервые открыт где-то около 1980-го года в северной Италии. Занимался этим вопросом такой учёный Альварес. В тонких довольно глинистых прослоях был найден иридий. Иридий – металл платиновой группы; считается, что на земле он достаточно редок. Но его много в космическом веществе, веществе метеоритов.
И была предложена гипотеза, что этот иридий космического происхождения. Стали проверять наличие иридия в других районах: в Америке, в разных странах Европы. Фактически по всему миру он прослеживается, этот иридий, в пограничных мел-палеогеновых породах, с одной стороны.
Ну, а с другой стороны, через некоторое время выяснилось, что жертвы предполагаемой катастрофы, динозавры, могли вымереть или исчезнуть в данном случае до появления иридиевого слоя.
А.Г. То есть даже если метеорит был, то он упал уже на землю без динозавров?
В.А. Без динозавров. В других случаях кости динозавров находятся выше иридиевого слоя. Таким образом, если катастрофа была, то динозавры её благополучно пережили. И не только, как мы знаем, динозавры, но и другие крокодилы, ящерицы, змеи, черепахи. Поэтому эта гипотеза, как минимум, по этим причинам не проходит. Кстати, интерес к иридиевым прослоям показал, что иридий накапливался в породах и более древнего возраста. Недавно были сообщения в американской печати о том, что найден иридий раннеюрского возраста. Ну, и учёные, которые увлекаются этим вопросом и ещё привязывают к нему исчезновение динозавров, сделали следующий вывод, что предполагаемый упавший метеорит привёл к тому, что древние животные, составлявшие конкуренцию динозаврам, исчезли. И таким образом, катастрофа очистила арену жизни для динозавров, и динозавров в течение большей части, остальной части мезозойской эры, оставались господствующей группой.
А.Г. А потом ещё один метеорит…
В.А. Да, ещё один метеорит. И ещё одно. Метеориты падали, по-видимому, всегда. И раньше, и в мезозое, и в кайнозое, и некоторые метеориты хорошо датированы, известны. Вот известен таймырский метеорит под названием Попигай. Его возраст поздний олигоцен. Значит, он упал около 30 миллионов лет тому назад. Олигоцен – это кайнозой, эпоха расцвета млекопитающих. Он упал в тот момент, когда фауна млекопитающих испытала кризис по вполне земным причинам. Метеорит тут был совершенно не при чём. Просто на земле сложились условия, которые привели к довольно резкому похолоданию. И опять метеорит оказывается ни при чём. Я бы так кратко ответил на этот вопрос. Может, Алексей Владимирович что-то добавит…
Алексей Лопатин: Да, я бы добавил, что есть ведь ещё геологические свидетельства того, что иридиевый слой не одновозрастен в разных местах. Эта диахронность доказывается тем, что он имеет разную намагниченность, прямую и обратную полярность.
Это очень верное свидетельство того, что он в разное время накапливался. Скажем, в Дании, скажем в Испании, в Северной Америке и других местах. Его стали связывать с земными причинами, а именно с трапповым магматизмом, который возникает в эпохи, когда с большей скоростью, чем обычно, движутся литосферные плиты, то есть перестраивается вся система суша-море. Таким образом, трансформируются все сообщества, которые и на суше, и в море располагаются.
Что же было по представлениям палеонтологов вот в этот период? На самом деле, в мелу было, по крайней мере, ещё два кризиса, по своим масштабам не уступающих кампан-маастрихтскому кризису. Так называемые коньякский и коньяк-сантонский кризисы. Когда, скажем, морская фауна испытала не менее катастрофичное обеднение.
Но всё это довольно длительные процессы, которые видимым образом как бы укорачиваются, и что происходит? Например, у нас существует пять или пятьдесят видов, которые вымирают на разных уровнях своего эволюционного развития. Вот, кончики фаланг – это конец времени существования каждого вида.
Но если мы в разрезе не имеем вот этой части, все они вымирают одновременно, как нам кажется. То есть это фоновое вымирание превращается в массовое. И этот эффект в конце маастрихта вполне нагляден.
У нас очень мало морских разрезов, где нет этого перерыва хотя бы длительностью в 1-2 миллиона лет.
Поэтому нам не кажется, что вымирание носило такой уж массовый характер. Те же разрезы, где эта полнота более или менее очевидна, не содержат остатков макрофауны, то есть, там нет ни двустворчатых моллюсков, ни аммонитов. Там присутствуют в основном остатки фитопланктона, остатки фораминифер.
И вот там мы видим достаточно быстрое исчезновение ряда эволюционных линий. И видимо, это угасание связано с катастрофой, но опять-таки очень длительной по своему течению катастрофой экосистемы. То есть полтора-два миллиона лет – это называется катастрофой. Но, наверное, именно с точки зрения теории систем, когда у нас кризис – это такое событие в истории системы, когда стресс угрожает целостности системы. И существованию её главных, основных структур. Но кризис выдерживается системой за счёт того, что распределяется по подсистемам и как бы нивелируется. А вот катастрофа – это когда система разваливается. Но подсистемы сохраняются. И затем опять собираются…
А.Г. В уже другую систему.
А.Л. Да, совершенно верно.
А.Г. У меня вот какой вопрос. Когда вымерли динозавры? И неужели невозможно по тем находкам, которые уже сделаны, понять, было ли это массовым вымиранием, то есть на протяжении жизни одного поколения? Или всё-таки это был процесс, растянутый во времени, как вы говорите, на полтора-два миллиона лет?
В.А. Я бы так ответил на этот вопрос. Динозавры стали вымирать с момента их появления. Ну, во-первых, вообще вымирание это другая сторонам медали. Вымирание-появление – это взаимосвязанные вещи.
Первые динозавровые роды, которые достоверны, которые мы обнаруживаем в летописи, это, допустим, поздний триас.
А.Г. Это сколько миллионов лет?
В.А. Это примерно 220 миллионов лет. Поздний триас Африки и Южной Америки. Их уже нет в последующие эпохи.
А.Г. Благополучно вымерли…
В.А. Благополучно вымерли… Правда, существуют, например, семейства, которые они представляют, которые существуют какое-то время, а потом исчезают.
Эта иллюзия, которую поддерживают некоторые люди, назовём их катастрофистами. Это иллюзия, что все динозавры, появившись, просуществовали в течение мезозоя до самого конца. Динозавры появились, потом идёт какое-то развитие группы, адаптивная радиация, появление новых форм, новых приспособлений, эволюционных изобретений. Но это всё сменяется в истории мезозоя следующим образом: одни группы исчезают, на их место приходят новые.
Например, взять хищных динозавров. Самый ранний крупный хищный динозавр – мегалозавр, он обитал в ранней юре Европы. Это были крупные двуногие большеголовые ящеры, из которых вот конкретно мегалозавр не дожил до конца юрского периода. В конце юрского периода существует в Северной Америке огромный, тяжеловесный, крупноголовый цератозавр. Он принадлежит немножко другой группе, которая не известна в меловое время.
В меловое время эстафету крупноголовых хищников принимают так называемые всем известные тираннозавры, которые существуют достаточно долго. Кстати говоря, они существуют на территории Северной Америки и Азии.
А.Г. До общего вымирания или чуть раньше?…
В.А. Они существуют до общего вымирания, но по некоторым данным, именно тираннозавры существуют даже после предполагаемого вымирания.
А.Г. Хищники?
В.А. Хищники. Говорят о двух группах, которые пережили границы мела и палеогена и жили немножко в самом начале кайнозоя в Дании. Это трицератопс и тираннозавр это в Северной Америке. Есть данные о раннепалеогеновых или раннекайнозойских динозаврах в Индии.
Так что катастрофическая картина – она не всё точно и детально обрисовывает. Хотя, конечно, люди, которые это всё придумывают и используют, понятно, направляют это на массовое сознание. А людям часто бывает интересно, с одной стороны, но ломать голову над такими сложными деталям и конкретными мелочами довольно сложно. Проще объяснить всё таким вот образом. Один раз устроить катастрофу – и больше не возвращаться к этому вопросу.
А.Г. Давайте в качестве модели массового сознания возьмём хорошо всем известный фильм «Парк Юрского периода».
Потому что я абсолютно не специалист ни по флоре, ни по фауне того времени, но когда я смотрел этот фильм, я замечал некоторые противоречия. Я, например, вспоминал и понял, что индейцы Северной Америки, то есть Канады и северных территорий нынешних США, обитали в тех же лиственных лесах, в каких обитали наши крестьяне. Я имею в виду, что это смешанный лес: берёза, осина, там клён, а это как-то не вяжется с картиной прерий, по которым эти индейцы непременно должны скакать.
Вот так же у меня возник вопрос, когда я смотрел «Парк юрского периода»: хвощи и папоротники, по-моему, это несколько другая эпоха. Здесь-то уже дубы и, если не ошибаюсь, те же самые клёны. Нет?
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.
А.П. Возвращаясь, вернее, оставаясь в рассуждении о «лямбда-члене», на самом деле к нему подходят с разных точек зрения. Можно подойти с помощью некоего небольшого изменения самой геометрической теории. В теории Эйнштейна «лямбда-член» задаётся с самого начала, изначально. А можно немножко изменить построение теории, которое приведёт к каким-то уравнениям. Потом можно их решать, и в процессе этого решения «лямбда-член» возникнет как константа интегрирования. Уже на этом уровне мы опять будем иметь уравнение Эйнштейна с «лямбда-членом», но он может быть каким угодно – просто постоянной величиной. На основании этого происходят разные спекуляции. Вот, мол, как понять, почему «лямбда-член» действительно мал сейчас…
В.Л. Я перебью. В начале мы говорили о каких-то классических вещах. Александр Николаевич и я, мы стоим на классических позициях в смысле понимания гравитации и так далее. Но вот сейчас мы начинаем говорить уже о неких гипотезах, поскольку «лямбда-член», его значение в современной физике, или, говоря современным языком, просто энергия вакуума космического, энергия пустоты, отсутствие пустоты в природе – это сейчас только начинает осмысливаться в связи со старыми геометрическими идеями. И вот то, что сейчас Александр Николаевич говорит, он обращает внимание на то, что в последние годы появилось… Ведь смотрите, если «лямбда-член» есть, то возникает вопрос: вообще откуда он берётся? В теории относительности это просто константа, которую она допускает просто геометрически, умозрительно. Эйнштейну не нужен был эксперимент. Он пользовался простыми мысленными экспериментами. И он пришёл к идее общей теории относительности, внутри которой была заложена идея отсутствия пустоты, энергии пустоты. И то, что мы сейчас возвращаемся из очень простых принципов к идее отсутствия пустоты, сейчас заставляет нас уже ставить новый вопрос: а почему «лямбда-член» таков, каким мы его сейчас видим? И вот здесь ряд очень новых, интересных идей может быть.
А.П. Я продолжу. Итак, оказывается, что «лямбда-член» может быть другим. И если мы попытаемся перейти от классической теории к квантовой (вот что это такое – различия), то оказывается, что как бы можно построить много-много Вселенных с различными «лямбда». И можно построить некую функцию, которая описывает вероятность с какой возникнет Вселенная с данной «лямбда», и так для всего непрерывного спектра, скажем, от минуса до плюса. И окажется, что более всего вероятно возникновение Вселенных как раз с «лямбда» очень близкой к нулю. То есть примерно с той, которая наблюдается сейчас. Хотя не будет точно указано, что она точно равна нулю, что мы, в общем-то, сейчас и наблюдаем.
В.Л. Я только уточню, что речь идёт о неких новых теориях, которые не являются, на самом деле, сильно отличными от теории гравитации. Но всё-таки они выводятся немножко по-другому. И удивительным образом в этой теории константа, которую мы называем энергией пустоты, или «лямбда-членом», как мы интерпретируем её сейчас, она получается в результате неких начальных условий. Она не задаётся, как в теории Эйнштейна, и мы потом гадаем, почему она такая, а не другая. А, оказывается, сейчас возникают новые теории, в которых эта константа получается как результат начала. Как всегда в космологии, попытки уйти от начала, уйти от вопроса начала, конечно, кончаются рано или поздно каким-то тупиком. Это начало всегда возникает и возникает, естественно, понятие конца.
А.П. Это опять была энергия. Но может, вернёмся снова к определению энергии в общей теории относительности, поскольку я немного не договорил. Дело в том, что в общей теории относительности, как мы уже сказали, энергия не локализуется. Так, самым современным и очень энергично развивающимся направлением является определение не локальных величин, а квазилокальных величин. С чем это связано? Это связано с тем, что можно ограничить гравитирующую систему некой сферой и уже рассматривать не локальную энергию, а энергию внутри этой сферы. И самым замечательным образом оказывается, что мы не должны знать, что там внутри расположено, а для нас будет достаточно знать только потенциалы гравитационного поля на поверхности этой сферы. Зная их, мы можем определить энергию, импульсы и всё, что внутри сферы расположено. Ну и рассматривать взаимодействие таких объектов уже совершенно нормально, как в обычной физической теории, а не геометрической.
В данном случае, конечно, возникает ещё один интересный момент. Владимир Михайлович говорил об электродинамике. Так вот, оказывается, что условия на поверхности сферы могут тоже задаваться различным образом. А в зависимости от этих, как в электродинамике, от этих граничных условий будет определяться энергия внутри этой сферы. Это тоже такой интересный момент. Полевой подход, он тоже к таким квазилокальным величинам приводит. И к ним приводят многие другие подходы. Теория одна, а подходы разные. Подходы математические могут быть совершенно разными. То есть, может быть, специалист в одном подходе и не специалист в другом, а всё равно рано или поздно, если всё делается правильно, человек приходит именно к квазилокальным величинам. То есть к энергии, которая определяется внутри некоторого объёма и для этого определяется потенциал на поверхности.
Один из важных подходов – подход Брауна-Йорка. Он заключается в следующем. Чтобы правильно определить сохраняющиеся величины уже не во всём пространстве-времени, а внутри этой поверхности, необходимо только в её окрестности ввести плоское фоновое пространство. Так вот подход Брауна-Йорка, он замечателен тем, что геометрия этой сферы, она сама задаёт однозначным образом это плоское фоновое пространство. И благодаря этому определение энергии в этом случае и в других сохраняющихся величин, оно оказывается однозначно определённым. И этот подход является одним из самых предпочтительных сейчас.
В.Л. Но всё-таки вопрос об энергии, попытка локализовать энергию гравитационного поля даже частично внутри некой сферы, квазилокальный подход так называемый, является ли это всё-таки приближением?
А.П. Нет, это, конечно, должно быть приближением для некоторых моделей типа островной модели.
В.Л. И в идеологическом смысле, на самом деле, это, может быть, просто технический приём. Но всё-таки мир наш кривой или плоский?
А.П. Мир наш кривой.
В.Л. Мир наш кривой.
А.Г. То есть космологические выводы мы делаем всё-таки в пользу…
А.П. Космологические выводы не могут делаться в таких приближениях, это глобальные…
В.Л. Да, если речь идёт уже о самых глобальных вопросах, то, конечно, их невозможно решить на плоском фоне, его нет. Нет места, где его расположить на бесконечности, мы живём в кривой вселенной.
А.П. Нельзя задать граничных условий однозначно.
А.Г. Спасибо огромное.
Ископаемые ящеры
02.04.03
(хр.00:50:06)
Участники:
Алифанов Владимир Рудольфович – кандидат биологических наук, сотрудник Института и музея Палеонтологии РАН
Лопатин Алексей Владимирович – кандидат геолого-минералогических наук, сотрудник Института и музея Палеонтологии РАН
Александр Гордон: Сначала давайте мы начнём с исчезновения, то есть с критики этой гипотезы… Потому как нам здесь не обязательно в хронологическом порядке идти – от первой найденной кости или первого упоминания и до новейших теорий. Вот первый вопрос, который у меня возник. Как же так красиво всё получилось: упал метеорит, причём очень подробно описано, что должно было произойти, если он такого размера или такого, куда упал? В Мексике нашли кратер, там нашли кратер. Вот пошла эта волна, ядерная зима. Вот всё замечательно. Взяли и вымерли.
Вы говорите: «Нет, скорее всего, это было не так». Почему?
Владимир Алифанов: Причин довольно много. Во-первых, представление о том, что падение метеорита привело к всеобщей глобальной катастрофе, – оно явно преувеличено. Мы знаем большое количество групп, которые существовали до этого события и благополучно существуют после этого события. Во-вторых, метеорит должен был оставить после себя следы.
Некоторыми специалистами по этому вопросу считается, что таким явным отчётливым следом является иридиевый слой. Иридиевый слой был впервые открыт где-то около 1980-го года в северной Италии. Занимался этим вопросом такой учёный Альварес. В тонких довольно глинистых прослоях был найден иридий. Иридий – металл платиновой группы; считается, что на земле он достаточно редок. Но его много в космическом веществе, веществе метеоритов.
И была предложена гипотеза, что этот иридий космического происхождения. Стали проверять наличие иридия в других районах: в Америке, в разных странах Европы. Фактически по всему миру он прослеживается, этот иридий, в пограничных мел-палеогеновых породах, с одной стороны.
Ну, а с другой стороны, через некоторое время выяснилось, что жертвы предполагаемой катастрофы, динозавры, могли вымереть или исчезнуть в данном случае до появления иридиевого слоя.
А.Г. То есть даже если метеорит был, то он упал уже на землю без динозавров?
В.А. Без динозавров. В других случаях кости динозавров находятся выше иридиевого слоя. Таким образом, если катастрофа была, то динозавры её благополучно пережили. И не только, как мы знаем, динозавры, но и другие крокодилы, ящерицы, змеи, черепахи. Поэтому эта гипотеза, как минимум, по этим причинам не проходит. Кстати, интерес к иридиевым прослоям показал, что иридий накапливался в породах и более древнего возраста. Недавно были сообщения в американской печати о том, что найден иридий раннеюрского возраста. Ну, и учёные, которые увлекаются этим вопросом и ещё привязывают к нему исчезновение динозавров, сделали следующий вывод, что предполагаемый упавший метеорит привёл к тому, что древние животные, составлявшие конкуренцию динозаврам, исчезли. И таким образом, катастрофа очистила арену жизни для динозавров, и динозавров в течение большей части, остальной части мезозойской эры, оставались господствующей группой.
А.Г. А потом ещё один метеорит…
В.А. Да, ещё один метеорит. И ещё одно. Метеориты падали, по-видимому, всегда. И раньше, и в мезозое, и в кайнозое, и некоторые метеориты хорошо датированы, известны. Вот известен таймырский метеорит под названием Попигай. Его возраст поздний олигоцен. Значит, он упал около 30 миллионов лет тому назад. Олигоцен – это кайнозой, эпоха расцвета млекопитающих. Он упал в тот момент, когда фауна млекопитающих испытала кризис по вполне земным причинам. Метеорит тут был совершенно не при чём. Просто на земле сложились условия, которые привели к довольно резкому похолоданию. И опять метеорит оказывается ни при чём. Я бы так кратко ответил на этот вопрос. Может, Алексей Владимирович что-то добавит…
Алексей Лопатин: Да, я бы добавил, что есть ведь ещё геологические свидетельства того, что иридиевый слой не одновозрастен в разных местах. Эта диахронность доказывается тем, что он имеет разную намагниченность, прямую и обратную полярность.
Это очень верное свидетельство того, что он в разное время накапливался. Скажем, в Дании, скажем в Испании, в Северной Америке и других местах. Его стали связывать с земными причинами, а именно с трапповым магматизмом, который возникает в эпохи, когда с большей скоростью, чем обычно, движутся литосферные плиты, то есть перестраивается вся система суша-море. Таким образом, трансформируются все сообщества, которые и на суше, и в море располагаются.
Что же было по представлениям палеонтологов вот в этот период? На самом деле, в мелу было, по крайней мере, ещё два кризиса, по своим масштабам не уступающих кампан-маастрихтскому кризису. Так называемые коньякский и коньяк-сантонский кризисы. Когда, скажем, морская фауна испытала не менее катастрофичное обеднение.
Но всё это довольно длительные процессы, которые видимым образом как бы укорачиваются, и что происходит? Например, у нас существует пять или пятьдесят видов, которые вымирают на разных уровнях своего эволюционного развития. Вот, кончики фаланг – это конец времени существования каждого вида.
Но если мы в разрезе не имеем вот этой части, все они вымирают одновременно, как нам кажется. То есть это фоновое вымирание превращается в массовое. И этот эффект в конце маастрихта вполне нагляден.
У нас очень мало морских разрезов, где нет этого перерыва хотя бы длительностью в 1-2 миллиона лет.
Поэтому нам не кажется, что вымирание носило такой уж массовый характер. Те же разрезы, где эта полнота более или менее очевидна, не содержат остатков макрофауны, то есть, там нет ни двустворчатых моллюсков, ни аммонитов. Там присутствуют в основном остатки фитопланктона, остатки фораминифер.
И вот там мы видим достаточно быстрое исчезновение ряда эволюционных линий. И видимо, это угасание связано с катастрофой, но опять-таки очень длительной по своему течению катастрофой экосистемы. То есть полтора-два миллиона лет – это называется катастрофой. Но, наверное, именно с точки зрения теории систем, когда у нас кризис – это такое событие в истории системы, когда стресс угрожает целостности системы. И существованию её главных, основных структур. Но кризис выдерживается системой за счёт того, что распределяется по подсистемам и как бы нивелируется. А вот катастрофа – это когда система разваливается. Но подсистемы сохраняются. И затем опять собираются…
А.Г. В уже другую систему.
А.Л. Да, совершенно верно.
А.Г. У меня вот какой вопрос. Когда вымерли динозавры? И неужели невозможно по тем находкам, которые уже сделаны, понять, было ли это массовым вымиранием, то есть на протяжении жизни одного поколения? Или всё-таки это был процесс, растянутый во времени, как вы говорите, на полтора-два миллиона лет?
В.А. Я бы так ответил на этот вопрос. Динозавры стали вымирать с момента их появления. Ну, во-первых, вообще вымирание это другая сторонам медали. Вымирание-появление – это взаимосвязанные вещи.
Первые динозавровые роды, которые достоверны, которые мы обнаруживаем в летописи, это, допустим, поздний триас.
А.Г. Это сколько миллионов лет?
В.А. Это примерно 220 миллионов лет. Поздний триас Африки и Южной Америки. Их уже нет в последующие эпохи.
А.Г. Благополучно вымерли…
В.А. Благополучно вымерли… Правда, существуют, например, семейства, которые они представляют, которые существуют какое-то время, а потом исчезают.
Эта иллюзия, которую поддерживают некоторые люди, назовём их катастрофистами. Это иллюзия, что все динозавры, появившись, просуществовали в течение мезозоя до самого конца. Динозавры появились, потом идёт какое-то развитие группы, адаптивная радиация, появление новых форм, новых приспособлений, эволюционных изобретений. Но это всё сменяется в истории мезозоя следующим образом: одни группы исчезают, на их место приходят новые.
Например, взять хищных динозавров. Самый ранний крупный хищный динозавр – мегалозавр, он обитал в ранней юре Европы. Это были крупные двуногие большеголовые ящеры, из которых вот конкретно мегалозавр не дожил до конца юрского периода. В конце юрского периода существует в Северной Америке огромный, тяжеловесный, крупноголовый цератозавр. Он принадлежит немножко другой группе, которая не известна в меловое время.
В меловое время эстафету крупноголовых хищников принимают так называемые всем известные тираннозавры, которые существуют достаточно долго. Кстати говоря, они существуют на территории Северной Америки и Азии.
А.Г. До общего вымирания или чуть раньше?…
В.А. Они существуют до общего вымирания, но по некоторым данным, именно тираннозавры существуют даже после предполагаемого вымирания.
А.Г. Хищники?
В.А. Хищники. Говорят о двух группах, которые пережили границы мела и палеогена и жили немножко в самом начале кайнозоя в Дании. Это трицератопс и тираннозавр это в Северной Америке. Есть данные о раннепалеогеновых или раннекайнозойских динозаврах в Индии.
Так что катастрофическая картина – она не всё точно и детально обрисовывает. Хотя, конечно, люди, которые это всё придумывают и используют, понятно, направляют это на массовое сознание. А людям часто бывает интересно, с одной стороны, но ломать голову над такими сложными деталям и конкретными мелочами довольно сложно. Проще объяснить всё таким вот образом. Один раз устроить катастрофу – и больше не возвращаться к этому вопросу.
А.Г. Давайте в качестве модели массового сознания возьмём хорошо всем известный фильм «Парк Юрского периода».
Потому что я абсолютно не специалист ни по флоре, ни по фауне того времени, но когда я смотрел этот фильм, я замечал некоторые противоречия. Я, например, вспоминал и понял, что индейцы Северной Америки, то есть Канады и северных территорий нынешних США, обитали в тех же лиственных лесах, в каких обитали наши крестьяне. Я имею в виду, что это смешанный лес: берёза, осина, там клён, а это как-то не вяжется с картиной прерий, по которым эти индейцы непременно должны скакать.
Вот так же у меня возник вопрос, когда я смотрел «Парк юрского периода»: хвощи и папоротники, по-моему, это несколько другая эпоха. Здесь-то уже дубы и, если не ошибаюсь, те же самые клёны. Нет?