Три четверти Вселенной состоит из темной энергии

– Осман  Раджабович, вы давно ищете ответ на вопрос, из чего состоит наша Вселенная, как она возникла. Этой теме посвящена и ваша докторская диссертация. Как далеко ученые продвинулись в поисках ответа  на этот вопрос?

– Если сравнивать, какое было у ученых представление о нашей Вселенной сто лет назад, с тем, что мы имеем сейчас, – прогресс ощутимый. Физика до недавнего времени  изучала материю в двух ее проявлениях – вещество и поле. В свою очередь  частицы вещества делятся на две фундаментальные группы:  кварки и лептоны.  Кварки и лептоны входят в состав других физических объектов  и считаются  при достигнутых на сегодняшний день энергиях бесструктурными. При этом модель кварков не только хорошо описывает спектр масс  элементарных частиц и закономерности взаимодействий между ними, но и позволяет  предсказать  целый ряд  новых частиц и предугадать  их свойства.

В последнее время появились новые радикальные идеи о наличии более глубокого уровня  строения материи, который связывается с существованием новых частиц — преонов. Это частицы следующего  структурного уровня строения материи. Однако  возможно, что деление вещества на каком-то этапе прекратится, причем нетривиальным образом: составные части адронов потеряют возможность  самостоятельного существования в свободном виде.

Вследствие того, что допускается существование  преонов,  возникли принципиально важные вопросы. Попытки ответить на них, по мнению многих исследователей, приводят к интереснейшим и увлекательнейшим  гипотезам о возможном единстве всех сил природы. В рамках одной из таких гипотез возникла идея суперсимметрии,  суть которой состоит в том, что при перестановке бозонных и фермионных частиц физические законы остаются неизменными. Из свойств суперсимметрии следует далеко идущее обобщение: у каждого бозона  должен быть свой партнер-фермион, и наоборот. 

По представлениям современной науки, наша Вселенная образовалась 13-15 млрд лет назад в результате «Большого взрыва».  Это произошло из-за изменения состояния физического вакуума. Наука  предполагает, что в физическом вакууме вещество находится в скрытом состоянии. При определенных условиях оно приобретает реальные очертания. Такой  процесс  привел к возникновению нашей Вселенной, но таким же образом могут образоваться  и другие  вселенные.

– Существует так называемая Стандартная модель  строения  Вселенной. Как на ней сказываются открытия последних лет?

– Под Стандартной  моделью  понимают современную научную физическую теорию, объясняющую  фундаментальные закономерности  строения и свойства нашего мира. Она состоит из теории  электрослабого  взаимодействия  и квантовой  хромодинамики.

Стандартная  модель исходит из представления, что массы частиц возникают при спонтанном  нарушении симметрии электрослабого  взаимодействия с полем гипотетических бозонов Хиггса. Частицы Хиггса, как и калибровочные бозоны,  проявляются  в  виртуальном состоянии  как кванты соответствующего поля (поля Хиггса), но должны  существовать и в виде реальных  физических частиц. Однако бозоны  Хиггса резко отличаются  как от калибровочных бозонов, так и от всех  остальных  фундаментальных частиц прежде всего по таким определяющим характеристикам, как спин  и взаимодействие с другими частицами. 

Одной из задач, которую должен выяснить Большой  адронный  коллайдер  (БАК), являлось подтверждение наличия поля  Хиггса.  Важным достижением последнего времени можно считать обнаружение на БАКе поля Хиггса, т.е. «божественных» частиц,  что подтверждает справедливость  Стандартной модели. Теория же  суперсимметрии идет еще дальше  и утверждает, что кварки и лептоны  не фундаментальны: все они состоят  из еще более тяжелых и не открытых экспериментально структур (кирпичиков) материи, скрепленных еще более прочным  «цементом» сверхэнергетических частиц – носителей взаимодействий, нежели кварки   в составе адронов и бозонов. 

– Помнится, перед запуском Большого адронного коллайдера в блогосфере возникла паника, мол,  возможно образование черной дыры, в которую может провалиться и наша планета.

– Все, что основано на слабых знаниях, порождает неверные слухи, представления и пугает. Действительно, при огромных энергиях, создаваемых для столкновения адронов, на  БАКе  создаются  условия для возникновения мины — «черных дыр»  с размерами элементарных частиц. Но они тут же испаряются за ничтожное время. Поэтому здесь нет никакой опасности  и оснований для разных слухов и паники.

– В последнее  время в науке часто утверждается о наличии во Вселенной какой-то темной энергии и  темной материи. Что они собой представляют?

– Одним из неожиданных результатов, полученных за последние полтора-два  десятилетия, стало  выяснение того факта, что  известные доселе частицы (протоны, нейтроны, электроны, фотоны и нейтрино) обеспечивают всего около 4%  полной энергии в современной Вселенной. Большая часть энергии связана с темной материей (24%) и темной энергией (72%). Природа темной  энергии отлична от вещественной, поскольку в ней не присутствуют  элементарные частицы.  Физический вакуум  также проявляет признаки невещественной природы. Это позволяет сделать вывод о том, что в нашем мире существует три формы материи: вещество, физические поля и физический вакуум как более тонкая форма материи.

Подобно тому, как в начале прошлого века наука приступила  к изучению глубин материи на уровне микромира, сегодня  она открывает новую, ранее не предполагавшуюся  глубинную область материи  невообразимо малых размеров. Исследовать эту область  удается только теоретическими методами, а о справедливости получаемых знаний можно судить лишь  изучая следствия  теории, которые проявляются в областях, доступных  для эксперимента.   Перед наукой сегодняшнего дня встала задача — определить природу того, что названо темной энергией, и объяснить ее доминирующую роль во Вселенной. Пока такая задача не выполнена, но можно высказать на этот счет  некоторые предположения, в частности, что открытая  астрономами  темная энергия – это и есть энергия  космического вакуума.

– Существование темной энергии считается доказанной?

– Да, анализируя космологические исследования последних лет, можно  утверждать, что  существование  темной энергии окончательно доказано, поэтому усиливаются объективные свидетельства в пользу эйнштейновской космологической постоянной и представления о темной энергии как о вакууме  Эйнштейна–Глинера.

Известно, что в глубинах материи существует область  бушующих  квантовых флуктуаций. Верхней их границей служит планковская длина (размер 10-33 см). Возможно, что дальше начинается область темной энергии, в которой вещество в явном виде присутствовать не может. Но оттуда рождаются струны, которые становятся основой вещества Вселенной.  

Резюмируя сказанное выше, можно отметить, что в вопросах познания сути Вселенной  наука продвинулась далеко вперед. Но любые открытия порождают новые вопросы, и процесс этот бесконечен.