Введение

Российский американский физик-теоретик Андрей Дмитриевич Линде (Андре́й Дми́триевич Ли́нде; род. 2 марта 1948 года) — российский американский физик-теоретик и профессор физики имени Гарральда Трапа Фрииса в Стэнфордском университете. Линде является одним из главных создателей теории инфляционной Вселенной, а также теории вечной инфляции и инфляционной мультивселенной. Он получил степень бакалавра наук в Московском государственном университете. В 1975 году Линде защитил диссертацию на степень доктора философии в Физическом институте имени П.Н. Лебедева в Москве. С 1989 года он работал в CERN (Европейской организации ядерных исследований), а в 1990 году переехал в США, где стал профессором физики в Стэнфордском университете. Среди многочисленных наград, полученных за его работы по инфляции, в 2002 году он был удостоен медали Дирака совместно с Аланом Гутом из MIT и Полом Стейнхардтом из Принстонского университета. В 2004 году он разделил с Аланом Гутом премию Грубера по космологии за развитие инфляционной космологии. В 2012 году он вместе с Аланом Гутом стал одним из первых лауреатов премии Breakthrough Prize in Fundamental Physics. В 2014 году он получил премию Кавли в астрофизике «за новаторский вклад в теорию космической инфляции» совместно с Аланом Гутом и Алексеем Старобинским. В 2018 году он был удостоен премии Гамова.

Космологические фазовые переходы и старая инфляция

В период с 1972 по 1976 год Давид Киржниц и Андрей Линде разработали теорию космологических фазовых переходов. Согласно этой теории, в очень ранней Вселенной не было существенной разницы между слабыми, сильными и электромагнитными взаимодействиями. Эти взаимодействия стали различаться друг от друга лишь постепенно, после космологических фазовых переходов, произошедших, когда температура в расширяющейся Вселенной стала достаточно низкой. В 1974 году Линде обнаружил, что плотность энергии скалярных полей, нарушающих симметрию между различными взаимодействиями, может играть роль плотности энергии вакуума (космологической константы) в уравнениях Эйнштейна. В период с 1976 по 1978 год Линде продемонстрировал, что высвобождение этой энергии во время космологических фазовых переходов может быть достаточным для нагрева Вселенной. Эти наблюдения стали основными элементами первой версии теории инфляционной Вселенной, предложенной Аланом Гутом в 1980 году. Эта теория, ныне называемая «старой теорией инфляции», основывалась на предположении, что Вселенная изначально была горячей. Затем она пережила космологические фазовые переходы и временно оказалась в состоянии переохлажденного метастабильного вакуума (ложного вакуума). После этого Вселенная расширилась экспоненциально – «инфлировала» – до тех пор, пока ложный вакуум не распался и Вселенная снова не стала горячей. Эта идея привлекла большое внимание, поскольку могла предложить уникальное решение многих сложных проблем стандартной теории Большого взрыва. В частности, она могла объяснить, почему Вселенная настолько велика и однородна. Однако, как сразу понял Гут, этот сценарий не работал так, как предполагалось: распад ложного вакуума привел бы к тому, что Вселенная стала бы крайне неоднородной.

Новая инфляция

В 1981 году, во время семинара Стивена Хокинга по квантовой гравитации, Линде разработал другую версию инфляционной теории, которую он назвал «новой инфляцией». Он показал, что проблему несрастания пузырей (см. стр. 138 книги «Краткая история времени», глава 8) можно решить, если существует пузырь, содержащий нашу область Вселенной. Он также отметил, что фазовый переход должен был происходить медленно внутри этого пузыря. Эта теория решила проблемы, присущие первоначальной модели Гута, сохранив при этом большинство её привлекательных черт. Через несколько месяцев аналогичный сценарий был предложен Андреасом Альбрехтом и Полом Штайнхардтом, со ссылкой на работу Линде. Вскоре после этого стало ясно, что новый инфляционный сценарий также имеет свои недостатки. Большинство из них возникли из-за общепринятого предположения о том, что ранняя Вселенная изначально была очень горячей, и инфляция происходила во время космологических фазовых переходов.

Хаотическая инфляция

В 1983 году Линде отказался от некоторых ключевых принципов старой и новой инфляции и предложил более общую инфляционную теорию – хаотическую инфляцию. Хаотическая инфляция реализуется в гораздо более широком классе теорий, не требуя предположения о начальном тепловом равновесии. Основные принципы этого сценария вошли в большинство современных реалистичных версий инфляционной теории. Хаотическая инфляция изменила наше представление о начале инфляции. Позднее Линде также предложил возможное изменение механизма завершения инфляции, разработав гибридный сценарий инфляции. В этой модели инфляция завершается из-за "водопадной" неустойчивости.

Создание материи во Вселенной

Согласно инфляционной теории, все элементарные частицы во Вселенной возникли после завершения инфляции, в процессе, называемом повторным нагревом. Первая версия теории повторного нагрева, которая по сути является теорией создания материи во Вселенной, была разработана в 1982 году Александром Долговым и Линде, а также Л. Ф. Эбботом, Эдвардом Фархи и Марком Б. Уайзом. В 1994 году эта теория была пересмотрена Л. А. Кофманом, Линде и Алексеем Старобинским. Они показали, что процесс создания материи после инфляции может быть гораздо более эффективным благодаря эффекту параметрического резонанса.

Инфляционная мультивселенная и вечная хаотическая инфляция

Возможно, самым далеко идущим предсказанием, сделанным Линде, было связано с тем, что сейчас называется теорией инфляционной мультивселенной, или ландшафтом теории струн. В 1982–1983 годах Штейнхардт, Линде и Александр Виленкин осознали, что экспоненциальное расширение в новом сценарии инфляции, начавшись, продолжается бесконечно в некоторых частях Вселенной. На основе этого сценария Линде предложил модель самовоспроизводящейся инфляционной Вселенной, состоящей из различных частей. Эти части экспоненциально велики и однородны благодаря инфляции. Поэтому, для всех практических целей, каждая из этих частей выглядит как отдельная мини-Вселенная, или карманная Вселенная, независимая от того, что происходит в других частях Вселенной. Жители каждой из этих частей могут полагать, что Вселенная везде одинакова, и массы элементарных частиц, а также законы их взаимодействия должны быть повсюду одинаковыми. Однако в контексте инфляционной космологии различные карманные Вселенные могут иметь различные законы физики низких энергий, действующие в каждой из них. Таким образом, наш мир, вместо того чтобы быть единственным сферически симметричным расширяющимся шаром, становится огромным фракталом – инфляционной мультивселенной, состоящей из множества различных карманных Вселенных с различными свойствами. Это дало простое научное толкование космологического антропного принципа: наш мир может состоять из разных частей, но мы можем существовать только в тех частях мультивселенной, которые способны поддерживать жизнь в том виде, в каком мы её знаем. Эти идеи не привлекли большого внимания в то время, отчасти из-за непопулярности антропного принципа, отчасти из-за того, что новый инфляционный сценарий не совсем работал и был заменен хаотическим сценарием инфляции. Однако в 1986 году Линде обнаружил, что во многих версиях хаотического сценария инфляции процесс экспоненциального расширения Вселенной также продолжается вечно в некоторых её частях. Линде назвал этот процесс вечной инфляцией. Квантовые флуктуации, возникающие во время вечной хаотической инфляции, настолько велики, что они могут легко переводить различные части Вселенной из одного вакуумного состояния в другое и даже изменять эффективную размерность пространства-времени. Это обеспечило мощную реализацию теории мультивселенной. Линде и его коллега из Стэнфорда Виталий Ванчурин подсчитали, что число всех возможных Вселенных составляет около 10<sup>10<sup>16</sup></sup>, если не учитывать ограниченность наблюдателей-людей в их способности различать большее количество Вселенных. Если это учесть, то их может быть до 10<sup>10<sup>10<sup>7</sup></sup></sup>. Анализируя механизм медленного скатывания, который изначально генерировал квантовые флуктуации, ученые смогли оценить количество образовавшихся Вселенных в 10<sup>10<sup>10<sup>7</sup></sup></sup>.

Инфляция и теория струн

Значительный прогресс в этой области был достигнут, когда теория инфляционной мультивселенной была применена в контексте теории струн. В 2000 году Рафаэль Буссо и Джозеф Полчински предложили использовать режим вечной инфляции и переходы между множеством различных вакуумов в теории струн для решения проблемы космологической постоянной. В то время стабильные или метастабильные вакуумы теории струн еще не были известны. Возможный механизм стабилизации вакуума теории струн был предложен в 2003 году Шамитом Кахру, Ренатой Каллош, Линде и Сандипом Триведи, которые также обнаружили, что все эти вакуумы, описывающие расширяющуюся Вселенную, являются метастабильными, то есть в конечном итоге должны распасться (см. механизм KKLT). Впоследствии Майкл Р. Дуглас и его коллеги оценили, что общее число различных струнных вакуумов может достигать 10500 и даже больше, а Леонард Сускинд разработал сценарий ландшафта теории струн, основанный на исследовании космологических фазовых переходов между различными вакуумами теории струн. Одной из основных задач этой теории является определение вероятности существования в каждой из этих различных частей Вселенной. Однако, как только теория струн вступает в игру, вернуться к прежней картине единой Вселенной становится крайне сложно. Для этого необходимо было бы доказать, что только один из множества вакуумов теории струн действительно возможен, и предложить альтернативное решение многих проблем, которые можно решить, используя антропный космологический принцип в контексте теории инфляционной мультивселенной. Линде продолжает свои работы над теорией инфляционной мультивселенной. В частности, Рената Каллош и Андрей Линде вместе со своими коллегами разработали теорию космологических аттракторов – широкий класс моделей инфляционной космологии, обеспечивающих одно из наилучших соответствий современным наблюдательным данным.

Почести и награды

В июле 2012 года Линде стал одним из первых лауреатов премии Breakthrough Prize in Fundamental Physics, учрежденной физиком и интернет-предпринимателем Юрием Мильнером. В 2014 году он разделил премию Кавли, присуждаемую Норвежской академией наук и литературы, с Аланом Гутом и Алексеем Старобинским. Линде является членом Национальной академии наук и Американской академии искусств и наук.

Личная жизнь

Линде женат на Ренате Каллош. У них два сына. Его родителями были советские физики Ирина Ракоболская и Дмитрий Павлович Линде.

Политические позиции

В феврале-марте 2022 года он подписал открытое письмо российских ученых с осуждением вторжения России в Украину в 2022 году и еще одно открытое письмо лауреатов премии Breakthrough Prize с тем же содержанием.