Спаситель инфляции: Андрей Линде (Ольга Орлова)

«Моя дорожка могла пойти чуть-чуть в ином направлении, но едва ли это было так уж реально», — размышляет сегодня Андрей Линде. Сейчас и правда кажется невозможным, чтобы он занимался чем-то другим, кроме космологии. Можно ли представить современную историю рождения Вселенной без имени Линде? Едва ли. И никакие истории про любовь к геологии в детстве не изменят наши устойчивые ассоциации: мы говорим «вечная инфляция и множество вселенных» — подразумеваем Линде.

Школьником я хотел стать геологом. Специально таскал на себе рюкзак с камнями — тренировался для будущих экспедиций. Но однажды мы с родителями поехали на машине на юг и ехали долго, целую неделю. Я тогда только что окончил седьмой класс. Мои родители были физиками. Они дали мне две книжки: одна — Сергея Вальдгарда «О Земле и Вселенной», про астрофизику, другая — популярная книжка о специальной теории относительности, по-моему, написанная Ландау и Лифшицем. Я сидел на заднем сиденье машины, неделю мне делать было нечего, и я был вынужден читать эти две книжки. Когда мы доехали до места, до Черного моря, я уже был конченым человеком. Я понял, что, когда приду осенью в школу, в восьмой класс, моя репутация будет подорвана, ведь она отчасти основывалась на том, что я, совсем еще мальчик, уже знал о своем будущем — я стану геологом. А я все уже — я не могу быть геологом, мне физика так интересна, что мое будущее изменено. И я ничего с собой поделать не смог. Пришел в школу и сказал: «Ребята, я изменщик».

С тех пор таких развилок в жизни Андрея было немного. Следующая ждала его уже на физфаке МГУ, где он учился в одной группе с Алексеем Старобинским. Когда, завершая учебу в университете, Линде захотел опубликовать свой диплом по физике нейтрино, его проницательный научный руководитель Давид Киржниц сказал: «Забудьте про это, наступают новые времена». И они начали работу над теорией космологических фазовых переходов.

К тому моменту в космологии прочно утвердилась теория горячего Большого взрыва, предсказанная Фридманом и Гамовым на основе общей теории относительности Эйнштейна и подтвержденная наблюдениями Хаббла и измерениями Пензиаса и Вильсона. Оказалось, что Вселенная крайне однородна и удивительно плоская, хотя общей теории относительности Эйнштейна не противоречила бы Вселенная любой геометрии. Теоретики искали ответ на вопрос, почему Вселенная такая, или, выражаясь словами автора термина «инфляция» Алана Гута, — что взорвалось, как взорвалось и что послужило причиной взрыва.

Необходимо было объяснить, почему энергия Большого взрыва выверена с немыслимой точностью: «Ничтожное отклонение приводит к космологической катастрофе: либо огненный шар коллапсирует под действием собственного тяготения, либо Вселенная оказывается почти пустой».

В 1980 году Линде попал на семинар Валерия Рубакова, где участники пытались найти объяснения, почему Вселенная такая плоская, используя теорию с фазовыми переходами.

Инфляции тогда еще не было и близко, — вспоминает Валерий Рубаков. — До того как появилась работа Гута, у нас с Володей Лапчинским и Лешей Веряскиным возникла мысль, близкая к инфляционной теории. И мы в Институте ядерных исследований решили провести семинар, чтобы обсудить, как организовать Вселенную, похожую на современную, из другого начального состояния. Идея эта была основана на работах Давида Киржница и Андрея Линде о том, как устроена среда при очень высоких температурах. Поэтому мы и позвали Киржница и Линде на семинар. Я к Андрею тогда относился почти как к классику науки. Он был молодой человек, но уже известный ученый. А еще через пару недель Андрей мне позвонил и сообщил, что пришел препринт Алана Гута, в котором уже был термин «инфляция». Я поехал к нему в ФИАН читать этот препринт. В тот момент я осознал, что мы много чего недодумали и наука развивается еще интереснее, чем мы предполагали.

Об этом препринте Линде уже рассказывал Лев Окунь. В нем американский астрофизик Алан Гут предложил объяснить проблемы плоской Вселенной с помощью расталкивающей гравитации необычного первичного (ложного) вакуума, который, распадаясь, образует горячую Вселенную. Энергетические характеристики ложного вакуума определял профиль скалярного поля. Гут предложил назвать этот процесс инфляцией, потому что ложный вакуум расширяется очень быстро, в геометрической прогрессии, сохраняя при этом свою плотность (что никогда не делает нормальное вещество нашей вселенной).

Космологи в Москве уже знали, что за год до Гута идею расталкивающей гравитации для объяснения рождения Вселенной, исходя из общей теории относительности, предложил Алексей Старобинский. Но Линде решил развивать модель Гута, так как идея скалярного поля показалась ему более перспективной, хотя в подходе Гута был один серьезный изъян: в его уравнениях Вселенная не получалась однородной.

Гут быстро понял, что это не работает, и в этой же статье написал, что было бы хорошо, если бы кто-нибудь объяснил, как сделать, чтобы она работала. А год спустя совместно c Эриком Вайнбергом он написал статью размером 100 страниц, в которой доказывалось, что теорию исправить нельзя. Но, по счастью, почта между Америкой и Россией работала очень медленно, и к моменту, когда они написали свою статью, я эту теорию уже исправил. Вместо того чтобы у нас были пузырьки, как в воде, и все кончалось столкновением пузырьков, Вселенная внутри каждого пузырька расширялась тоже. И поэтому все, что вас интересует, образуется внутри одного пузырька. Увидев это, я понял, что если мы все живем внутри одного пузырька, то можно решить все проблемы, которые были у Гута. Это было летом 1981 года. Я не хотел будить жену и детей, пошел в ванную, втащил туда телефон, закрыл дверь, сел на пол, позвонил Валерию Рубакову и выяснил, что он об этом механизме не думал. Тогда я выскочил из ванной, пошел будить жену и сказал, что я знаю, как родилась Вселенная.

Так Линде понял, как спасти теорию инфляции. Он назвал эту версию новой инфляцией.

Статья Линде появилась только в феврале 1982 года, так как в СССР публикациям в международных журналах предшествовала длинная процедура одобрения в Главлите. А через три месяца статью с похожими идеями опубликовали американские космологи Андреас Албрехт и Пол Стейнхардт.

В течение года после выхода первой статьи Гута по новой теории было опубликовано почти 40 работ, — вспоминает Александр Виленкин. — Еще через год их количество еще выросло и составляло до 200 статей в год в течение всего последующего десятилетия. Казалось, будто люди бросили все, чем они занимались, и принялись работать над инфляционной теорией.

С одной стороны, этот невероятный интерес к инфляции был объясним необыкновенной плодотворностью и красотой этой теории, с другой — тем, что теория порождала все больше и больше важных вопросов. По мнению Виленкина, теория инфляции была похожа на теорию эволюции Дарвина, поскольку обе теории объясняли то, что прежде считалось необъяснимым, и тем самым расширяли поле исследований.

Со всей очевидностью это проявилось на этапном Наффилдовском симпозиуме, который в 1982 году собрал в Кембридже Стивен Хокинг. Линде как научный сотрудник ФИАНа был выездным и потому смог вместе с Алексеем Старобинским принять в нем участие. После симпозиума Линде понял, что новая инфляция не объясняет некоторых важных вещей. В частности, в ней предполагалось, что поле, ответственное за раздувание Вселенной, должно быстро прийти в термодинамическое равновесие. А уравнения показывали, что термализация не успевает произойти, а это значит, что надо отказаться от идеи изначально горячей Вселенной. К этому большинство космологов было психологически не готово. И тогда Линде в 1983 году выдвинул модель хаотической инфляции, которая была гораздо проще предыдущей модели, но поначалу оказалась куда менее популярной, чем предшествующая версия.

Я помню, как летел с этой теорией на конференцию в Америку в 1983 году, и вдруг самолет из Канады до Нью-Йорка повернул назад в Канаду. Как будто Бог не хотел, чтобы я рассказал людям про хаотическую инфляцию. Но все было проще: самолет ушел из Нью-Йорка, потому что там были грозовые дожди и он не мог сесть. Он развернулся, долетел до Канады, потом снова развернулся и полетел обратно в Нью-Йорк. И нас стали поить вином за то, что мы потеряли много времени впустую. Когда нам стали давать вино, я подумал: нет, оказывается все в порядке, теория, наверное, правильная.

Через три года Линде понял, что хаотическая инфляция иногда приводит к очень неожиданному результату. В некоторых частях Вселенной квантовые флуктуации могут локально увеличить плотность энергии скалярного поля. И хотя вероятность таких событий очень мала, каждая такая часть расширяется гораздо быстрее, чем ее соседи, становится экспоненциально большой и, в свою очередь, создает новые части Вселенной. Таким образом, инфляционная вселенная входит в вечный режим самовоспроизводства и становится мультивселенной, вечно растущим фракталом. Эта теория обеспечивает научную интерпретацию космологического антропного принципа: инфляция постоянно создает новые части Вселенной, но мы можем жить только в тех частях мира, где законы физики позволяют наше существование.

«Когда я это осознал, это было одним из самых больших эмоциональных потрясений в моей жизни», — признавался потом Линде.

За три года до этого в Америке Александр Виленкин опубликовал статью «Рождение инфляционных вселенных», где понятие вечной инфляции обсуждалось в последнем разделе. Однако Виленкин встретил равнодушие коллег и перестал развивать эту идею. Теория, развитая Линде в 1986 году, была более общей, и ее связь с антропным принципом позволяла решить много проблем, которые прежде казались трудными или метафизическими. Пути назад не было.

Вот как сам Виленкин описывает эту ситуацию:

Статья Линде о вечной инфляции вызвала не больше интереса, чем моя, опубликованная тремя годами раньше. Однако его реакция была иной. Он не сдавал позиций, продолжал исследования в этом направлении и неоднократно выступал с докладами о своих результатах. Тем не менее физическое сообщество не поддавалось его нажиму. Понадобилось почти 20 лет, чтобы удача повернулась лицом к вечной инфляции.

В 1989 году Андрей Линде с женой, физиком-теоретиком Ренатой Каллош, уехал на год в ЦЕРН в отдел теоретической физики, а уже в 1990 году Линде и Каллош с сыновьями переехали в США, где оба супруга стали профессорами Стэнфордского университета. Таким образом, их зарубежная научная география довольно проста — постоянная работа в Северной Калифорнии, в одном из лучших университетов Америки, уже более 27 лет. Но научная биография зарубежного периода Линде далека от простоты и однообразия. За это время Андрей Линде стал лауреатом большинства премий по астрофизике и космологии, среди которых медаль Оскара Клейна (2001), медаль Дирака (2002), премия Грубера по космологии (2004), премия по фундаментальной физике Мильнера (2012), премия Кавли (2014).

В середине 1990-х Линде, Лев Кофман и Алексей Старобинский вместе развили теорию разогрева Вселенной после инфляции. Это процесс, во время которого была создана вся окружающая нас материя. Без него огромная Вселенная, возникшая после начального раздувания, была бы пустой и жизнь в ней была бы невозможна.

В 2003 году Линде и Каллош совместно с физиками Шамитом Качру и Сандипом Триведи разработали механизм стабилизации вакуума в теории суперструн. Этот механизм может приводить к распаду всего мира на множество экспоненциально растущих частей с разными значениями физических констант. Каждая из этих частей растет так быстро, что наблюдатели, живущие в одной из них, не могут видеть остальные части мультивселенной, и потому им кажется, что мир всюду устроен одинаково. Но в действительности, как было показано рядом других авторов, количество разных вариантов в теории суперструн может быть огромно, достигая 10 500. Новые части вселенной разного типа постоянно возникают в процессе вечной инфляции, но мы можем жить только в тех частях мультивселенной, где законы физики это допускают. И, согласно теории суперструн, таких частей должно быть много.

В последнее время идея вечной инфляции стала очень популярной не только в среде физиков и математиков, но и в среде гуманитариев. Она меняет не только картину мира в ее физическом понимании, но и требует иной метафизики. Правда, многие коллеги Линде считают, что расстояния между разными вселенными так велики, что узнать о них принципиально невозможно, а значит, и рассуждать о них бессмысленно, ведь проверить мы это никогда не сможем. Однако скепсис коллег не останавливает автора идеи о множестве вселенных.

Разум, — считает Линде, — нельзя ограничить тем, что мысль не способна распространяться со скоростью, большей скорости света. Если мы чего-то не можем увидеть, это не означает, что мы об этом чем-то не можем подумать.

Теория множественной вселенной все еще находится в процессе разработки, но сейчас она дает единственное существующее объяснение целого ряда наблюдательных фактов. Сам Линде предлагает использовать в этом отношении знаменитый принцип Шерлока Холмса: после того как устранено невозможное, то, что остается, каким бы невероятным это ни казалось, должно быть верно.