Диалоги (апрель 2003 г.)

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.