Высокомерное пространство-время, включая возможность различного числа осей времени. Работа "Космологические переходы с изменением сигнатуры метрики"[48]

Высокомерное пространство-время, включая возможность различного числа осей времени. Работа "Космологические переходы с изменением сигнатуры метрики"[48]

Эта работа была написана в ссылке в 1983 году, в начале 1984 г. Сахаров передал её коллегам из Отдела теоретической физики ФИАНа. После ряда правок она в апреле была представлена в ЖЭТФ и опубликована в августе — когда Андрей Дмитриевич уже четвёртый месяц держал мучительную бессрочную голодовку с требованием разрешить его жене поездку в США для проведения жизненно необходимой операции на сердце. Да, он поступал как настоящий мужчина, и Елену Георгиевну своим поистине сахаровским упорством, своими двумя долгосрочными голодовками (вторая — с апреля по сентябрь 1985 года) он действительно спас. Спас он этой победой и себя, и всех нас, поскольку проявлять "слабину" (ср. приведённую выше цитату из "Ответа Сиднею Дреллу"), поднимать руки вверх и сдаваться нечистой силе с пальцем на ядерной кнопке было бы равносильно самоубийству. И Сахаров очень хорошо это понимал.

В то время я подрабатывал в ЖЭТФ, и в июне (1984 г.) мне дали на корректуру предназначенную для печати статью Сахарова "Космологические переходы…". Я сделал несколько замечаний и вопросов, главный редактор ЖЭТФ Евгений Михайлович Лифшиц послал вёрстку с моими пометками в Горький, и вскоре оттуда она вернулась с теми исправлениями, которые Андрей Дмитриевич посчитал необходимыми. Делал он их в больнице, где подвергался принудительному кормлению и где к нему применяли психотропные средства. Помню ужас, который я испытал при виде внесённой Сахаровым от руки правки: буквы прыгают с огромной амплитудой, рука дрожит, страшный тремор, прошедший только через месяц после выхода из больницы и прекращения "лечения".[49]

Поясню вслед за Сахаровым, что в его работе слова "сигнатура метрики" означают число осей времени риманова многообразия, описываемого данной метрикой. В нашей Вселенной — одно время, значит, сигнатура равна единице. Сахаров предлагает считать сигнатуру (равно как и число пространственных измерений — отсюда слова "высокомерное пространство") не наперёд заданной величиной, как это обычно делается, а динамической переменной, которая может меняться в процессе квантовой эволюции пространства-времени. В работе предложен квантовый динамический принцип, позволяющий учитывать метрики произвольной сигнатуры. Из авторской аннотации:

"Высказано предположение о существовании в нашей Вселенной наряду с наблюдаемым (макроскопическим) временным измерением двух или другого чётного числа компактифицированных временных измерений. Предположено, что образование евклидовой области в центре чёрной дыры и при космологическом сжатии Вселенной (если оно предопределено динамикой) является возможным исходом гравитационного коллапса".

"Евклидова область" — чисто пространственная область вообще без времени, т.е. с равной нулю сигнатурой. Сахаров называет такие области "областями Парменида" и обозначает их символом P —

"от имени древнегреческого философа Парменида, рассуждавшего о мире без движения (у Пушкина: "Движенья нет — сказал мудрец брадатый…")", ( цитата из статьи).

В этой работе Сахаров рассматривает так называемую Мегавселенную — совокупность вселенных различного числа измерений, различной сигнатуры и различной топологии, рассматривает также и возможность квантовой суперпозиции этих совокупностей. Цитирую:

"…можно предположить, что число похожих на нашу Вселенных, в которых возможны структуры, жизнь и разум, — бесконечно. Это не исключает того, что жизнь и разум возможны также в бесконечном числе существенно иных Вселенных, образующих конечное или бесконечное число классов "похожих" Вселенных, в том числе Вселенных с иной, чем наша, сигнатурой".

В работе также обсуждается равенство нулю или малость космологической постоянной в уравнениях Эйнштейна, благодаря чему, в том числе, оказалось возможно и возникновение жизни. Сахаров отстаивает антропный (антропологический) принцип, согласно которому в Мегавселенной существуют множество отличных от нашей Вселенных, в которых космологическая постоянная не мала, а значит и не мог появиться человек (антропос — древнегреч.). Суть принципа в том, что не надо удивляться некоторым особым характеристикам нашей Вселенной, поскольку их численные величины обусловлены самим фактом нашего существования.

Подробнее об этой работе Сахарова и её значении в комментариях И.Д. Новикова и В.П. Фролова, В.А. Рубакова, И.Я. Арефьевой и И.В. Воловича, Б.Л. Альтшулера в Собрании научных трудов Сахарова.[50] Эти комментарии были написаны в начале 1990-х, с тех пор наука сильно ушла вперёд. Работа Сахарова "Космологические переходы с изменением сигнатуры метрики" обсуждалась и на Четвёртой международной сахаровской конференции по физике в мае 2009 года. Однако решение основных фундаментальных проблем, волновавших Сахарова, когда он писал свою статью 1984 года, остаётся пока недостижимым, подобно горизонту.

Зато за прошедшие годы в наблюдательной астрофизике произошли поистине революционные события, поставившие новые вопросы. Об открытии в 1992 году осцилляций реликтового излучения я уже писал. А в конце 1990-х годов было обнаружено, что в удалённых галактиках, расстояние до которых было определено по закону Хаббла, сверхновые типа Ia имеют яркость ниже той, которая им полагается. В результате анализа был сделан вывод, что Вселенная не просто расширяется, она расширяется с ускорением. Затем эти наблюдения были подкреплены другими источниками: измерениями реликтового излучения, гравитационного линзирования, нуклеосинтеза при Большом Взрыве. Все полученные данные хорошо описываются включением в уравнения Эйнштейна экстремально малой положительной космологической постоянной, названной "тёмная энергия".

Поясню: всё, видимое нами и нашими приборами вещество ("светящаяся" материя), составляет лишь 5% массы Вселенной; 25% — "скучивающаяся", т.е. сконцентрированная в галактиках, загадочная "тёмная материя", о существовании которой известно косвенно — по её гравитационному воздействию на динамику расширения Вселенной и на движение видимых нами звёзд; остальные 70% массы Вселенной — не менее загадочная равномерно распределённая в пространстве "тёмная энергия", проявляющаяся, как было сказано, в общем ускорении Вселенной. Ранее существовавшие космологические модели предполагали, что расширение Вселенной замедляется, со временем сменится сжатием и конечным коллапсом (“Big Crunch”), в котором неизбежно сгорит всё живое и неживое. Напротив, наличие небольшой положительной космологической постоянной гарантирует вечное расширение Вселенной и спасает нас от указанной вселенской катастрофы.

Вызов теоретикам состоит в том, что современная теоретическая физика не может предложить даже гипотетических естественных объяснений обнаруженной экспериментаторами космологической постоянной ("энергии вакуума"), величина которой сопоставима со средней плотностью материи во Вселенной. Но если плотность материи вычислима, и её малость объясняется большим современным объёмом расширяющейся Вселенной, то космологическая постоянная — это параметр исходной теории. Задавать, как говорится, "руками" сверхмалое значение фундаментальной мировой константы нелепо. А вот откуда она такая взялась пока остаётся великой загадкой. Разумеется, в попытке найти разгадку возникло немало разных моделей и теорий, включая гипотезу, что тёмная энергия — не константа, а потенциал некоего специально введённого медленно меняющегося скалярного поля, получившего название "квинтэссенция". Но всё это пока что очень искусственно. Жаль, что Андрей Дмитриевич не дожил до этой интересной ситуации. Возможно, он предложил бы нечто совершенно неожиданное для выхода из сложившегося теоретического тупика.