Вячеслав Муханов и Алексей Старобинский стали лауреатами премии Грубера по космологии

Вячеслав Муханов и Алексей Старобинский стали лауреатами премии Грубера по космологии 2013 года за их вклад в создание стандартной космологической модели.Они «сделали фундаментальный вклад в космологию инфляционной модели и теорию инфляции флуктуаций измерений пространства-времени. Эта теория говорит о происхождении всей структуры нашей Вселенной из квантовых флуктуаций и является одним из самых впечатляющих проявлений влияния законов квантовой механики на Вселенную в космологически больших масштабах»

Благодаря их работе, ученые смогли предложить убедительное решение двух важных вопросов космологии – почему Вселенная так однородно в больших масштабах? Как появились отклонения от этой однородности — галактики, планеты, люди?

Вячеслав Муханов, профессор физики в Университете Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Алексей Старобинский, научный руководитель Института Теоретической Физики им. Ландау, Москва, разделят премию 500 тыс. долларов. Награждение состоится 3 сентября 2013 года на конференции COSMO 2013 в Центре Теоретической Космологии Стивена Хоукинга в Кембридже, Великобритания.

Эта работа началась в конце 70х-начале 80х во время периода очень плодотворных теоретических исследований ранней жизни Вселенной. В 1965 году астрономы открыли Космическое Микроволновое Излучение Фона – Реликтовое Излучение, относящееся ко времени 13.8 млрд лет назад, когда Вселенной было всего 380 тыс. лет – в то время, когда атомы водорода отделились от пакетов излучения (фотонов), образовав моментальный снимок нашей Вселенной. Это открытие стало ключевым подтверждением Теории Большого Взрыва и вдохновило новое поколение теоретиков.

Среди них был и А.Старобинский, с.н.с. в Институте Ландау. Его подход был в использовании квантовой механики и общей теории относительности, чтобы попробовать выяснить, как образовалась Вселенная. Хотя он и не смог в то время решить эту проблему, сделанные им в 1979-1980 годах вычисления смогли объяснить исключительно быстрое, экспоненциальное расширение Вселенной в первые моменты ее жизни.

В следующем году В. Мухаров (МФТИ) и Г.В.Чибисов (Институт Физики им. Лебедева, Москва, к сожалению, скончался несколько лет назад) начали работать над приложениями квантовых флуктуаций в модели Старобинского. Квантовые флуктуации – мельчайшие неоднородности в ткани пространства-времени , предсказанные Принципом Неопределенности Гейзенберга, которые всегда присутствуют во Вселенной. Но в исключительно маленькой, исключительно плотной, обладающей исключительной энергией новорожденной Вселенной их существование привело к важнейшим последствиям. Более того, модель Старобинского предполагала, что экспоненциальное расширение Вселенной растянуло эти квантовые флуктуации далеко за пределы масштабов квантового мира. В 1981м Мухаров и Чибисов открыли, что эти флуктуации могли играть роль семян, которые постепенно проросли в структуру современной Вселенной в виде паутины – галактики, скопления галактик и сверхскопления галактик.

Поначалу это предположение было похоже на научную фантастику. Квантовые флуктуации проявляют себя на субатомном уровне, поэтому сама идея того, что из них могли вырасти галактики, казалась чем-то нелепым. Но дальнейшие теоретические изыскания и наблюдения дали серьезные подтверждения этой точки зрения.

Спустя немного времени после завершения работы Старобинского, американский физик Алан Гут предложил блестящую идею о существовании стадии экспоненциального расширения ранней Вселенной, которую он назвал инфляцией, и которая могла объяснить, невероятную однородность Вселенной и разрешить другие долго стоявшие вопросы космологии Большого Взрыва. Но Гут тут же сделал оговорку, что в теории есть огрехи – мир, описываемый его сценариями, в конце инфляционной фазы стал бы или пустым или очень неоднородным.

Эта проблема была решена Андреем Линде, который предложил несколько модифицированных теорий – таких, как новая инфляция (позднее над ней работали также Албрехт и Стейнгард), хаотическая инфляция и вечная хаотическая инфляция. Родилась новая космическая парадигма. В 2004 году Гут и Линде получили Премию Грубера за развитие инфляционной теории.

Исходные цели теории Старобинского сильно отличались от целей инфляционной модели. Вместо того, чтобы пытаться объяснить однородность Вселенной, он предположил, что она была однородной с самого начала. Но вскоре выяснилось, что математическая структура этой модели очень похожа на инфляционную модель, и поэтому его модель очень естесственно встроилась в быстро развивающуюся инфляционную космологию.

В 1982 году Старобинский с коллегами, вывели теорию квантовых флуктуаций, которые создавались в модели новой инфляции. Эта теория была очень похожа на работы Муханова и Чибисова в контексте модели Старобинского. Кульминацией этих исследований была адаптация Мухановым теории квантовых флуктуаций для широкого круга других моделей инфляционной Вселенной, включающих в себя новую и хаотическую инфляции.

Эта теория предсказывала, что амплитуда инфляционных неоднородностей была примерно одинакова во всех масштабах. Это значило, что их амплитуда будет одинаковой для всех форм материи и энергии (адиабатические флуктуации). Теория также предсказывала наличие специфической статистической формы флуктуаций – распределение Гаусса.

С тех пор были получены новые данные высокого качества о распределении фонового микроволнового излучения, которые однозначно подтвердили предсказания теории о том, как должны выглядеть эти флуктуации после того, как Вселенная расширялась 380 тысяч лет. Эти наблюдения включали в себя наблюдения спутников СОВЕ, WMAP, и обсерватории им. Планка.

Премию Грубера получили Джон Матер и команда СОВЕ — в 2006м, Чарльз Беннет и команда WMAP – в 2012м.

А тогда, в 1979м Старобинский открыл, что экспоненциальное расширение Вселенной должно было создать гравитационные волны – квантовый побочный продукт Общей Теории Относительности, цель для инструментов нового поколения, которые вступят в строй в следующее десятилетие.