Андрей Дмитриевич Сахаров... Для кого-то это имя — символ гражданского мужества и правозащитной борьбы, «совесть народа». Для кого-то — «отец советской водородной бомбы», гениальный инженер, обеспечивший ядерный паритет. И почти всегда за кадром остаётся третий Сахаров — Сахаров-космолог, мыслитель, дерзнувший заглянуть туда, куда официальная наука его времени заглядывать побаивалась. Он не просто интересовался астрофизикой на досуге; он оставил в ней след, который оказался глубже и долговечнее, чем многие работы профессиональных астрономов-современников.
Парадокс Сахарова поразителен: человек, создавший самое разрушительное оружие в истории, в своих теоретических работах пытался понять самые сокровенные тайны рождения Вселенной. Он словно спешил искупить свой дар Прометея, подарив миру не только огонь, но и знание о его природе.
Смелость задавать «неудобные» вопросы
Конец шестидесятых годов прошлого века был временем триумфа космологии. Теория горячей Вселенной, подтвержденная открытием реликтового излучения, казалась незыблемой. Ученые чувствовали себя зодчими, которые вот-вот достроят величественное здание мироздания. Оставалось всего несколько «мелких» вопросов: что было до Большого взрыва? Почему Вселенная состоит из вещества, а не из антивещества? Почему время течет только в одну сторону? Но эти вопросы считались едва ли не дурным тоном — философскими спекуляциями, не достойными серьезного физика.
Андрей Дмитриевич Линде, ныне профессор Стэнфордского университета, а в те годы молодой физик, внимательно следивший за работами Сахарова, сказал об удивительном свойстве своего учителя:
«В каждой культуре, науке, стране есть вопросы, само обсуждение которых в определённые эпохи представляется неуместным: существование Бога, правильность линии партии, четырёхмерность пространства-времени... Одной из основных особенностей А.Д. Сахарова было отсутствие страха поставить вопрос, обсуждать который по какой-то причине не "полагалось"»
Барионная асимметрия: почему мы существуем?
Один из самых глубоких вопросов мироздания звучит просто: почему во Вселенной есть хоть что-то? Согласно законам физики, Большой взрыв должен был породить равное количество вещества и антивещества. При встрече они аннигилируют, превращаясь в чистое излучение. И Вселенная должна была остаться пустой — только море фотонов.
Но мы существуем. И галактики существуют. Где-то в первые мгновения случился сбой, крошечная асимметрия: на каждые миллиард пар «частица-античастица» нашлась одна лишняя частица вещества. Именно из этого миллиардного остатка и построен весь видимый мир.
В 1967 году, в разгар холодной войны, Сахаров опубликовал короткую заметку в «Письма в ЖЭТФ» объемом всего в три страницы. Она называлась «Нарушение CP-инвариантности, С-асимметрия и барионная асимметрия Вселенной». По сути, он сформулировал три условия, необходимые для того, чтобы во Вселенной возник перевес вещества над антивеществом.
Во-первых, должен нарушаться закон сохранения барионного числа — то есть протоны, кирпичики материи, не могут жить вечно. Во-вторых, должны нарушаться симметрии между частицами и античастицами. И в-третьих, на ранних этапах Вселенная не должна находиться в тепловом равновесии.
Сегодня эти три условия — краеугольный камень всей современной физики частиц и космологии. А тогда, в 1967-м, идея о том, что протон может распадаться, казалась ересью. Экспериментаторы до сих пор ищут распад протона, и если он будет найден, имя Сахарова встанет в один ряд с Галилеем и Ньютоном. Сахаров предсказал также, что барионная асимметрия может быть связана с существованием сверхтяжелых частиц — максимонов, идею которых предложил Моисей Марков. Хотя сегодня мы используем другие модели, подход остался сахаровским.
Поворот стрелы времени
Сахаров размышлял и о природе времени. В классической физике уравнения движения обратимы — они одинаково хорошо работают как в прямом, так и в обратном направлении. Но в реальной жизни время течет только вперед. Почему?
Отбывая ссылку в Горьком, куда его отправили за правозащитную деятельность, Сахаров не имел доступа к научным семинарам, к библиотекам, к коллегам. Оставшись наедине со своими мыслями, он разрабатывал теорию «многолистной» Вселенной.
Представьте себе мир, который пульсирует: расширяется, сжимается до сингулярности, а затем снова расширяется. Сахаров предположил, что в точке максимального сжатия, когда плотность материи становится бесконечной, стрела времени может повернуть вспять. В следующем цикле расширения время потечет в обратную сторону относительно предыдущего. Это казалось чистым безумием, но Сахаров, опираясь на СРТ-инвариантность (симметрию, связывающую заряды, четность и время), утверждал, что такой поворот не противоречит фундаментальным законам физики. Более того, это объясняло бы отсутствие антивещества в нашем цикле: антимиры просто живут в обратном времени.
Квантовый шепот первозданной Вселенной
Одна из красивейших идей Сахарова родилась еще в 1965 году. Если мы посмотрим на распределение галактик в космосе, то увидим не хаос, а структуру: галактики собираются в скопления, нити, стенки, оставляя гигантские пустоты — войды. Откуда взялась эта структура?
Сахаров предположил, что источником всех космических структур являются квантовые флуктуации плотности вещества в самой ранней Вселенной. В первые мгновения после Большого взрыва, когда плотность была чудовищной, неизбежно возникали микроскопические сгущения и разрежения — квантовый «шум». По мере расширения Вселенной эти микроскопические неоднородности «замерзали» и превращались в макроскопические — в те самые сгустки материи, из которых позже сформировались галактики.
В 1967 году он опубликовал еще одну пророческую работу: «Вакуумные квантовые флуктуации в искривленном пространстве и теория гравитации». В ней Сахаров высказал идею, что гравитация не является фундаментальным взаимодействием, а возникает как эффект квантовых флуктуаций вакуума. Грубо говоря, пространство-время — это не арена, на которой разыгрываются события, а некая эффективная среда, «кипящая» виртуальными частицами. Эту идею сегодня развивают как теория индуцированной гравитации.
Мечта, интригующая воображение
Сахаров никогда не был сухим академиком, чуждым человеческих чувств. В своих «Воспоминаниях», начатых в той же горьковской ссылке, он позволил себе редкую для ученого лирику, размышляя о судьбе разума во Вселенной:
«С многолистными моделями связана еще одна интригующая воображение возможность, верней — мечта. Может быть, высокоорганизованный разум, развивающийся миллиарды миллиардов лет в течение цикла, находит способ передать в закодированном виде какую-то ценную часть имеющейся у него информации своим наследникам в следующих циклах, отделенных от данного цикла во времени периодом сверхплотного состояния?»
Поразительные слова для человека, который только что создал оружие, способное уничтожить этот разум. В них весь Сахаров — физик, гуманист, мечтатель. Он не разделял свою жизнь на науку и политику, на физику и этику. Для него все было едино: и поиск истины о мире, и защита человеческого достоинства.
Его космологические работы сегодня цитируются сотнями, если не тысячами ученых. На них опираются теории инфляции, теории происхождения структуры Вселенной, теории барионной асимметрии. Но главное, чему он научил физиков — это смелости думать о невозможном, не оглядываясь на авторитеты и догмы.
Когда Сахарова спрашивали, как он, создатель термоядерного оружия, мог заниматься отвлеченной космологией, он, вероятно, лишь пожимал плечами. Для него это были звенья одной цепи — познания. И в этом познании он, как никто другой, умел соединять, казалось бы, несоединимое: бомбу и вечность, физику и совесть, время и человечность.