Մանուկ տիեզերքներից մինչև պրոտոնի տրոհում. Մեծ ֆիզիկոս Վալերի Ռուբակովի ժառանգությունը
Հոկտեմբերի 19-ին 67 տարեկան հասակում վախճանվեց ժամանակակից մեծագույն ֆիզիկոսներից մեկը` ՌԴ ԳԱԱ ակադեմիկոս, հասարակական գործիչ Վալերի Ռուբակովը։ Տարրական մասնիկների և բարձր էներգիաների ֆիզիկայից մինչև տիեզերագիտություն. Ռուբակովի ներդրումը ֆունդամենտալ ֆիզիկայի ոլորտում զգալի լույս է սփռել նախկինում անլուծելի թվացող շատ խնդիրների լուծման գործում։
Ռուբակովն ավելի քան 160 գիտական աշխատության հեղինակ էր, նաև ակտիվորեն զբաղվում էր գիտության պոպուլյարիզացիայով։ PAN-ը պատմում է գիտնականի ուսումնասիրությունների հիմնական ուղիների մասին, սակայն դրանցով ֆիզիկոսի հետաքրքրությունների շրջանակը չի սպառվում ։
ՊՐՈՏՈՆԻ ՏՐՈՀՈՒՄԸ
Բոլոր ատոմների միջուկները բաղկացած են պրոտոններից ու նեյտրոններից։ Ավանդաբար, պրոտոնը համարվում է կայուն մասնիկ, որը ոչ մի դեպքում չի տրոհվում։ Սակայն 26 տարեկանում Վալերի Ռուբակովը հրապարակեց աշխատանք, որը մեծ աղմուկ հանեց գիտական աշխարհում ու ստացավ Ռուբակովի էֆեկտ անվանումը։ Այս աշխատանքի համաձայն, պրոտոնը կարող է տրոհվել մագնիսական մոնոպոլի ազդեցության տակ։ Մագնիսական մոնոպոլը տեսության մեջ առաջացող օբյեկտ է, որն, ի տարբերություն սովորական մագնիսի, որն ունի երկու բևեռ, ունի մեկ բևեռ։
Բոլոր մարդիկ ու ամբողջ սովորական նյութը բաղկացած է պրոտոններից, նեյտրոններից ու էլեկտրոններից։ Դրանցից պրոտոններն ու էլեկտրոնները համարվում են կայուն մասնիկներ, սակայն եթե պրոտոնն իրոք տրոհվում է որոշակի պայմաններում, ապա ատոմների գոյությունը նույնպես կարելի է կասկածի տակ դնել։ Ըստ Ռուբակովի, հենց մագնիսական մոնոպոլները կարող են լինել այն կատալիզատորը, որը բերում է պրոտոնի տրոհմանը։ Մագնիսական մոնոպոլները, որպես ֆիզիկական օբյեկտներ, առաջանում են բազմաթիվ տեսություններում, ու չնայած մինչև հիմա դիտարկումները դրանք չեն հայտնաբերել, գիտնականների զգալի մասը կարծում է, որ դրանք առաջացել են վաղ Տիեզերքի էքստրեմալ պայմաններում, ուղղակի արագ ընդլայնման հետևանքով միմյանցից շատ հեռու են շպրտվել։
Պրոտոնի տրոհման ռուբակովյան մեխանիզմը միակը չէ։ Մեծ միավորման տեսություններում, որոնք փորձում են միասնական ձևով նկարագրել չորս ֆունդամենտալ փոխազդեցություններից երեքը` ուժեղ, թույլ և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունները, պրոտոնի տրոհումը տեղի է ունենում փոխազդեցության լրացուցիչ մասնիկների ներդրման շնորհիվ։ Պրոցեսի հավանականությունը շատ փոքր է, ինչի հետևանքով պրոտոնի կյանքի տևողությունն այս մոդելներում ահռելի մեծ է։ Մինչ օրս անցկացված գիտափորձերն առայժմ չեն հայտնաբերել պրոտոնի տրոհման նշաններ, ինչը, իհարկե, չի նշանակում, որ պրոտոնը լրիվ կայուն է, սակայն մեծացնում է պրոտոնի կյանքի միջին տևողության ստորին շեմը։
ՏԻԵԶԵՐԱԳԻՏԱԿԱՆ ԻՆՖԼՅԱՑԻԱ
Ռուբակովի մագնիսական մոնոպոլներն առաջանում են Տիեզերագիտական ինֆլյացիոն մոդելներում։ Դիտարկելի Տիեզերքի գոյության վաղ ժամանակները նկարագրող «մեծ պայթյունի» մոդելները հաջողությամբ նկարագրում են տիեզերական էվոլյուցիան։ Սակայն դրանք ունեն որոշ խնդիրներ, որոնցից մեկը հենց այն է, թե ինչու Տիեզերքի գոյության էքստրեմալ պայմաններում առատորեն առաջացող մագնիսական մոնոպոլները չեն հայտնաբերվում։ Տիեզերագիտական ինֆլյացիան, որը նկարագրում է էլ ավելի վաղ ժամանակները, պրոցես է, որի ընթացքում Տիեզերքի տարածության փոքր հատվածները շատ կարճ ժամանակահատվածում էքսպոնենցիալ ընդլայնման են ենթարկվել, ինչի հետևանքով մոնոպոլները միմյանցից այնքան հեռու են շպրտվել, որ դրանք շատ դժվար կամ անհնար է հայտնաբերել։
Ռուբակովն ակտիվորեն մասնակցել է նաև ինֆլյացիոն մոդելների մշակման գործին, նա առաջին կենսունակ մոդելների մշակման ակունքներում էր։ Ինֆլյացիան, ինքնին, ոչ թե տեսություն է, այլ պարադիգմ, որի շրջանակնում մշակվում են բազմաթիվ տարբեր տեսություններ` տարատեսակ պարամետրերով. քվանտային դաշտերը, որոնք բերում են ինֆլյացիայի, դրանց քանակն ու հարաբերությունները, դաշտերի պոտենցիալի տեսքը և այլն։ Պարամետրերի փոփոխությունը փոխում է ամբողջ Տիեզերքի էվոլյուցիան ու իր հետքերը թողնում տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման վրա։ Ներկայում գերճշգրիտ սարքավորումները թույլ են տալիս մանրակրկիտ ուսումնասիրել ռելիկտային ճառագայթումն ու, ըստ ստացվող պատկերի, մերժել կամ առաջ մղել ինֆլյացիոն որոշ մոդելներ։ Ավելի մանրամասն ինֆլյացիայի մասին կարող եք կարդալ Լարերի տեսության լանդշաֆտի մասին PAN-ի նյութում։
ՄԱՆՈՒԿ ՏԻԵԶԵՐՔՆԵՐ
Տարրական մասնիկների վարքագիծն ու փոխազդեցությունները լավագույնս նկարագրում են դաշտի քվանտային տեսությունները։ Ու, հաշվի առնելով մասնիկների և դրանց հատկությունների հետ կապված քվանտային անորոշությունները, երկու մասնիկների փոխազդեցության հավանականությունը հաշվարկելու համար կիրառվում է ամերիկացի ականավոր ֆիզիկոս Ռիչարդ Ֆեյնմանի մշակած մեթոդը։ Ֆեյնմանի դիագրամների միջոցով սկզբում հաշվարկում են պարզագույն փոխազդեցությունը, ապա` ավելի բարդը, որում առաջանում են փոխազդեցության լրացուցիչ անդամներ, հետո` էլ ավելի բարդը և այլն։ Յուրաքանչյուր դիագրամ ունի իր ներդրումը վերջնական պատասխանում, սակայն (բացառությամբ ուժեղ փոխազդեցության դեպքից) ներդրման կշիռը հակառակ համեմատական է տվյալ դիագրամի բարդությանը։
Ֆեյնմանի մեթոդը երբեմն կիրառվում է նաև ամբողջ Տիեզերքի էվոլյուցիայի նկարագրման համար` հաշվի առնելով պատկերացումը, որ Տիեզերքը քվանտային օբյեկտ է։ Ու այս նկարագրության առավել բարդ դիագրամներում միջանկյալ վիճակներում ծնվում ու անհետանում են կոմպակտ տարածություն-ժամանակներ, որոնք ստացել են մանուկ տիեզերքներ անվանումը։
Վալերի Ռուբակովին հետաքրքրում էր, թե ինչպես են իրենց դրսևորում կապի հաստատուններն ու կոհերենտությունը մանուկ տիեզերքների առաջացման դեպքում։ Այս հետազոտություններն ուղղված էին տիեզերագիտական հաստատունի խնդիրը լուծելուն ու քվանտային գրավիտացիայի կայուն մոդելի մշակմանը։
ՈՉ ՊԵՐՏՈՒՐԲԱՏԻՎ ԴԱՇՏԻ ՔՎԱՆՏԱՅԻՆ ՏԵՍՈՒԹՅՈՒՆ
Ֆեյնմանի մեթոդը պերտուրբատիվ է, այսինքն` հիմնված է խոտորումների տեսության վրա։ Խոտորումների տեսությունը երկու մասնիկների փոխազդեցությունը նկարագրում է հետևյալ կերպ. սկզբում հաշվարկվում են դիագրամները, որոնցում մասնիկները չեն փոխազդում ու ազատ են, ապա` ավելացվում են դիագրամները կետային փոխազդեցությամբ, որոնք էլ համարվում են խոտորումներ հիմնային ազատ տեսության վրա։ Պերտուրբատիվ տեսությունները խնդիրներ ունեն, որոնցից գլխավորն այն է, որ ուժեղ փոխազդեցության պարագայում դրանք կիրառելի չեն` կապի հաստատունի բարձր արժեքի պատճառով։ Ռուբակովը ոչ պերտուրբատիվ դաշտի քվանտային տեսություն մշակող գիտնականներից էր։ Տարրական մասնիկների ֆիզիկայի այս ուղղությունն առավելագույնս բարդ է, սակայն քվանտային գրավիտացիայի լիարժեք տեսության մշակման համար` անխուսափելի։
ԻՆՉՈՒ ԳՈՅՈՒԹՅՈՒՆ ՈՒՆԻ ՏԻԵԶԵՐՔԸ
Իրականում, մենք հարցը մի փոքր փիլիսոփայական ենք ձևակերպել։ Գիտական առումով, հարցը հնչում է հետևյալ կերպ. «մեծ պայթյունի» ժամանակ Տիեզերքում առաջացել են հավասար թվով բարիոնային մասնիկներ ու հակամասնիկներ, որոնք բոլորը պետք է միմյանց հետ անիհիլացվեին, ու ժամանակակից Տիեզերքը պետք է լցված լիներ միայն ֆոտոններով, էլեկտրոններով ու նեյտրինոներով։ Սակայն ակնհայտ է, որ մասնիկների թիվը որոշ չափով գերազանցել է հակամասնիկներինը, ինչի շնորհիվ Տիեզերքում գոյություն ունեն ատոմները, աստղերը, մոլորակները, մենք։ Ինչո՞ւ: Ֆենոմենը ստացել է բարիոնային ասիմետրիա անվանումը, և տասնամյակներ շարունակ գիտնականները փորձում են գտնել դրա մեխանիզմը։
Ռուբակովն առաջիններից էր, ով որպես հնարավոր մեխանիզմ առաջարկեց բարիոնային թվի չպահպանումը։ Բարիոնային թիվը, որը սահմանում է համակարգում բարիոնների թիվը, բոլոր երեք փոխազդեցություններում պահպանվող թիվ է։ Ռուբակովը ենթադրեց, որ Տիեզերքի գոյության վաղ ժամանակների էքստրեմալ պայմաններում բարիոնային թիվը կարող էր չպահպանվել, ինչն էլ բերեց նրան, որ նյութի քանակը գերակշռեց հականյութի քանակի նկատմամբ։ Ներկայում, բարիոնային ասիմետրիայի տարբեր մեխանիզմներ նկարագրող բոլոր տեսություններում առանցքային է հենց բարիոնային թվի չպահպանման պատկերացումը։
ԻՆՍՏԱՆՏՈՆՆԵՐ
Իր գիտական գործունեության զգալի մասը Ռուբակովը նվիրել է բարձր էներգիաների մասնիկների բախման ժամանակ բազմամասնիկ ծնունդի էֆեկտիվ լայնական կտրվածքի (նկարագրում է պրոցեսի հավանականությունը) անսահմանափակ աճի խնդրի լուծմանը, որն առաջանում է պերտուրբատիվ մոտեցման դեպքում։ Իր հետազոտություններում նա օգտագործում էր ինստանտոնների մեթոդը, որոնք իրենցից ներկայացնում են ժամանակի մեջ լոկալիզացված լուծումներ` հիմնված կեղծ ժամանակի կոնցեպցիայի վրա։ Ֆիզիկոսի զարգացրած կիսադասական մոտեցումը թույլ տվեց կառուցել տեսություն, որում էֆեկտիվ լայնական կտրվածքի աճը ճնշվում է, ինչպես նաև կանխատեսումներ անել տեսանելի ապագայում հասանելի էներգիաների դիապազոնի համար։