«Физика — краеугольный камень всего». Путь аспиранта ЕГУ Арега Григоряна от детских «почему» к научным исследованиям

Арег Григорян, аспирант Института физики Ереванского государственного университета, проводит исследования в рамках научного проекта под названием «Некоторые квантовые явления в искривленном пространстве и их применение в космологии», чтобы понять поведение квантовых полей в искривленных пространствах и увидеть, какие последствия могут иметь эти поля.

«Мы хотим понять, могут ли эти эффекты повлиять на космологическую эволюцию, и можно ли теоретически связать эти эффекты с наблюдаемыми явлениями», — говорит он.

- Арег, можете ли вы объяснить, почему эта тема важна, и какое значение она может иметь для структуры Вселенной и космологии?

- В настоящее время человечество располагает рядом теорий, описывающих природу, наиболее успешными из которых являются общая теория относительности Эйнштейна (general relativity-GR), описывающая влияние массы и энергии на пространство-время, и стандартная модель (standard model-SM), показывающая, как частицы проявляются, взаимодействуют, рождаются и исчезают. Эти теории прекрасно работают по отдельности, но сложность возникает, когда мы пытаемся рассматривать их обе в рамках единой универсальной теории. GR описывает гравитацию как геометрию пространства-времени, в то время как SM использует квантовую механику и квантовую теорию поля QFT для описания поведения частиц. Наши модели противоречат друг другу в случаях, когда кривизна пространства-времени и квантовые эффекты становятся сопоставимыми.

Для решения этих задач наше исследование использует квантовую теорию поля (QFT) и рассматривает некоторые квантовые эффекты в контексте искривлённого пространства. Современные космологические теории предполагают, что ранняя Вселенная была очень плотной, горячей и быстро расширяющейся. В таких условиях взаимодействия между GR и QFT играют важную роль, и их природа нетривиальна. Вполне возможно, что эти взаимодействия стали «семенем» крупномасштабной структуры современной Вселенной.

В этом исследовании мы будем использовать наши знания GR и QFT, чтобы попытаться понять, какие квантовые эффекты могут возникнуть при определённых искривлениях пространства-времени, и могут ли эти эффекты иметь наблюдаемые последствия. Поняв их, мы, возможно, сможем объяснить некоторые необъяснимые явления, а также усовершенствовать существующие космологические модели, которые лучше соответствуют наблюдаемой Вселенной.

- На какой стадии находятся исследования и каковы ваши ожидания от них?

— Исследование находится на начальном этапе. Я работаю над углублением и уточнением своих знаний, а также продолжаю знакомиться с другими работами, ведущимися в этой области.

Конечная цель исследования — выяснить, как проявляются определенные квантовые поля в определённой геометрии и топологии пространства-времени. Мы ожидаем, что в результате этой работы получим более чёткое теоретическое понимание и расчёты поведения квантовых полей. В конечном итоге мы планируем опубликовать не менее пяти статей.

Хотя результаты не будут иметь практического применения, они расширят наше понимание явлений, происходящих на стыке GR и QFT. Мы лучше поймём новые механизмы, посредством которых квантовые поля могут влиять на энергию вакуума, и какое влияние это оказало и окажет на прошлое и будущее Вселенной. У нас появятся теоретические инструменты, которые позволят нам изучать квантовые поля в нетривиальных геометриях (таких как FRW, AdS и других дополнительных компактных пространствах).

Студент ЕГУ, пришедший в университет много лет назад, чтобы найти ответы на многие вопросы, отмечает, что подобные программы побуждают студентов формулировать серьезные проблемы, а также предоставляют необходимые средства для использования возможностей международного сотрудничества и обеспечения актуальности исследований.

«С самого детства меня интересовал вопрос «почему», и я хотел получить на него ответы, и этот произвольный вопрос «почему» в конечном итоге приводит к физике. Поэтому выбор физики был вполне естественным решением», — подчёркивает он, добавляя, что физика изучает законы природы, которые являются причиной всех наблюдаемых явлений.

- Арег, что вас привлекает в вашей профессии и вдохновляет при проведении научных исследований?

— Мне нравится, что я могу объяснить большинство явлений, с которыми сталкиваюсь в повседневной жизни, с помощью фундаментальных законов физики. Очень приятно, что я могу достаточно упростить причины явлений, чтобы объяснить их людям, далеким от физики. Это также даёт мне возможность предсказывать исход некоторых процессов, что очень вдохновляет.

Я также вижу применение практически всех областей физики в повседневной жизни: от квантовой физики, используемой в компьютерных технологиях, до общей теории относительности, используемой в системах GPS, и физики твердого тела, необходимой для материалов лопастей (лопаток) авиационных двигателей (таких примеров можно привести бесконечное множество).

Путь познания неизведанного полон интересных и полезных открытий, что и является самым приятным для человека, занимающегося физикой. Я понимаю, что физика — это краеугольный камень всего.

-  С какой самой большой трудностью вы сталкиваетесь как молодой исследователь и как вы ее преодолеваете?

Наука развивается стремительными темпами, поэтому объём знаний, необходимых для того, чтобы заниматься наукой, растёт. Становится всё сложнее освоить все важные области в пределах известного (чтобы расширить эти границы). В студенческие годы сложно досконально понять всё, что изучаешь. Когда начинаешь заниматься настоящими исследованиями, часто складывается впечатление, что ты не настолько  хорошо владеешь знаниями, как хотелось бы. Параллельно со всем этим возникает и необходимость зарабатывать деньги, что создаёт дополнительную сложность.

- Если бы вы могли изменить любой закон физики, какой бы это был закон и как бы он изменил Вселенную?

- Мир достиг своего нынешнего стабильного состояния благодаря существующим законам физики. Любое их изменение обязательно приведёт к нестабильности или катастрофе. На мой взгляд, единственное изменение законов физики, которое не приведёт к катастрофе, — это изменение знаков времени и заряда, а также переход в «зеркальный мир» (изменение парности), поскольку, согласно современным представлениям, симметрия заряд-пара-время (CPT symmetry) сохраняется. В этом случае миру не нужны никакие изменения.

— У каждого учёного есть желание открыть что-то новое. А какое у вас желание?

— Я считаю, что современная космология имеет ряд недостатков, которые необходимо восполнить. Теория космологии логически несовместима с другими разделами физики. Именно поэтому я хотел бы предложить новую, более последовательную космологическую модель. Возможно, она будет сочетаться с более расширенной теорией гравитации, в результате чего потребность в теории квантовой гравитации отпадёт.

- Арег, какие, по вашему мнению, изменения необходимы для развития науки в Армении? Что вы думаете об этом как молодой физик? 

— Самое главное — осознать важность науки на всех уровнях общества. Необходимо понимать, что государство, имеющее сильную науку и высококлассных учёных, имеет надёжный фундамент для внедрения научных достижений в экономику и создания прочных опор собственного развития.

Армения должна активно участвовать в международных научных программах, поскольку они могут не только развивать научный потенциал, но и обеспечивать постоянное обновление знаний и технологий. Необходимо также осознавать, что результаты научных инвестиций не всегда предсказуемы, но во всех случаях имеют большой потенциал развития.

Я думаю, что также важно сосредоточиться только на углубленном изучении специальных предметов.

Стоит отметить, что аспирант Института физики, параллельно с исследовательской работой, стремится восполнить пробелы в своих знаниях, отточить свои слабые стороны и научиться проводить эффективные исследования. Его цель в будущем — стать квалифицированным физиком, способным формулировать правильные и глубокие вопросы, расширяющие границы физики.

«Сейчас, параллельно с научной работой, я работаю над кандидатской (PhD) диссертацией на кафедре теоретической физики Института физики ЕГУ», — резюмирует Арег.