«На самом деле наша Галактика очень пыльная».
Академик РАН Алексей Старобинский.
Елена Кудрявцева
Почему во Вселенной так много порядка, а на Земле так мало? Что является источником темной энергии? Какие у нас есть общие темы для разговора с представителями иных миров? Об этом мы говорили с лучшим мировым специалистом по космологии академиком РАН Алексеем Старобинским.
«Огонек» в рамках совместного медиапроекта со Сколковским институтом науки и технологий продолжает публикацию цикла интервью с ведущими отечественными физиками. В № 37 за 2018 год была опубликована беседа с Владимиром Захаровым; в № 39 за 2018 год — с Ильдаром Габитовым; в № 45 за 2018 год — с Валерием Рубаковым; в № 2 за 2019 год — с Альбертом Насибулиным.
— Алексей Александрович, складывается ощущение, что к космологии, которая занимается происхождением и устройством Вселенной, сегодня приковано внимание во всем мире: открытий в этой области, во всяком случае, очень много. С чем это связано?
— Действительно, это популярная тема во всех странах, включая Россию, и дело, полагаю, в том, что современной науке удалось добиться тесной связи между теорией и экспериментом в этой области знания. Иначе говоря, в XX веке было разработано много гипотез того, как именно развивалась наша Вселенная, а теперь их можно подтвердить или опровергнуть с помощью экспериментов. Это и порождает настоящий бум исследований. Институты, которые занимаются космологией, создаются не только в таких странах, как США, Германия и Япония, но и в тех, которые не ассоциируются с передовой наукой. Например, Институт по изучению Вселенной несколько лет назад создан в Таиланде, последний у нас воспринимается как туристическая страна. Молодежь очень интересуется новой астрономической тематикой, думаю, потому что именно эта наука раскрывает горизонты и показывает, что помимо обыденной жизни есть мир, который не вмещается не только в границы стран, но даже в масштабы Земли. Наша Вселенная — более многомерный и непостижимый объект.
— А в каких областях космологии молодежь наиболее активна?
— В основном в тех, что называют Вig data, где речь о больших массивах данных. Скажем, изучая раннюю Вселенную, мы получаем колоссальное количество данных наблюдений. Если работать с ними старыми методами, для обработки не хватит всего населения Земли! Вот молодые ученые и придумывают, как из этого массива извлечь полезную информацию и сравнить данные эксперимента с многочисленными теоретическими предсказаниями.
— Как подтверждают сегодня теории? Какие эксперименты дают физикам больше всего информации?
— Здесь можно говорить о трех типах экспериментов. Во-первых, наземные эксперименты с элементарными частицами. Их проводят на огромных установках вроде коллайдера в ЦЕРНе, где был открыт бозон Хиггса. Или другие наземные установки по детектированию частиц из космоса, скажем, нейтринная обсерватория IceCube на антарктической станции «Амундсен — Скотт».
Во-вторых, это всякого рода научные инструменты в космосе. Самые выдающиеся открытия сделаны космическим радиотелескопом «Планк»: этот уникальный прибор измерял характеристики реликтового излучения — микроволнового фона, сохранившегося с самых ранних этапов жизни Вселенной. Именно телескоп «Планк» уточнил, что наш мир состоит на 4,9 процента из обычного вещества, на 26,8 — из темной материи и на 68,3 процента — из темной энергии.
— Космологи утверждают, что мы живем в эпоху доминирования темной энергии. А можно сказать, что она собой представляет?
— Это нечто бесформенное, совершенно однородное и почти не меняющееся со временем. Но суть в том, что мы не можем больше утверждать, что все в мире состоит из частиц, на их долю приходится лишь 30 процентов. Таким образом, в знаменитом споре Платона с Демокритом (речь шла о мироустройстве. — «О») правы были оба. Платон, напомню, представлял мир как некую неделимую первоматерию. А Демокрит утверждал, что он состоит из частиц.
— Каков третий тип эксперимента?
— Это эксперименты, которые делаются благодаря астрономическим телескопам нового типа (их еще можно назвать гравитационно-волновыми антеннами). Именно благодаря им в науке недавно появилось и развивается с потрясающей скоростью новое направление — гравитационно-волновая астрономия. Она занимается самыми интересными вопросами: как формируются массивные черные дыры в центрах галактик, что есть темная энергия, каковы начальные физические условия ранней Вселенной…
— Это направление стартовало, когда были открыты гравитационные волны. Я правильно понимаю, что их обнаружение долгое время называли одной из главных проблем физики?
— Да, хотя они были предсказаны еще Эйнштейном почти век назад в рамках общей теории относительности. Кстати, до недавних пор это был единственный эффект этой теории, который не могли подтвердить экспериментом. За их открытие в 2017 году дали Нобелевскую премию.
По сути, гравитационные волны — это распространяющиеся колебания геометрической структуры пространства-времени. Долгое время их существование подтверждалось лишь косвенно: скажем, ученые видели, как замедляется скорость вращения пульсаров и вращающихся нейтронных звезд, и предполагали, что это происходит из-за потери энергии при излучении гравитационных волн.
В 2016-м научной коллаборации (научный центр или группа) LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) впервые удалось «поймать» гравитационный сигнал, который возник из-за столкновения двух массивных черных дыр. По сути, это эхо космической катастрофы, произошедшей далеко от Земли миллиарды лет назад. Одновременно этот эксперимент подтвердил существование черных дыр как особой формы материи.
— Что было сделано в этой области с тех пор?
— На начало 2019-го коллаборация LIGO-VIRGO объявила о наблюдении в общей сложности сигналов от слияний 10 пар черных дыр и 1 пары нейтронных звезд. Вообще, поиском гравитационных волн занято сразу несколько крупных коллабораций — по всей Земле раскидана сеть детекторов. Детекторы LIGO находятся в США, VIRGO — в коммуне Кашина вблизи Пизы в Италии, KAGRA — в шахте Камиока в префектуре Гифу (Япония) — эта установка начнет участвовать в наблюдениях осенью этого года.
— А помимо самого факта обнаружения этих волн мы что-то о них узнали?
— Много всего интересного. Например, по Эйнштейну, скорость гравитационных волн должна равняться скорости света. Затем физики высказали большое количество более сложных гипотез, по которым скорость была иной. И теперь мы можем осторожно сказать, что на 99,99 процента подтвердилась эстетически более красивая теория Эйнштейна.
Удалось уточнить и ряд других интересных деталей. Так, мы ждали, что масса черных дыр сравнима с массой типичных больших звезд — около 10 масс Солнца. А оказалось, что речь идет о 30 массах Солнца. Для неспециалиста — это пустяк, но на деле это открытие совершенно выпадает из рамок современных представлений о Вселенной. Считалось, что такие большие звезды не могут существовать длительно.
— Есть ли у России шанс включиться в развитие гравитационно-волновой астрономии? Как убедить чиновников, что это нужно?
— Современная астрономия — крайне дорогая наука, но важно участвовать в ней по мере возможности. В России от науки требуют слишком быстрого выхода, хотя если мы сравним сегодняшние планы работ в этой области, составленные существенно большими коллективами на Западе, то увидим: они рассчитывают показать результаты в 2030–2050-е годы. Даже в наш век наука делается не так уж быстро.
Один пример. Недавно я проводил совещание среди российских ученых на тему мегапроектов в науке. Общий смысл подобных начинаний — дать толчок развитию первоклассной науки в условиях ограниченного базового ресурса. Но до сих пор обсуждаются, на мой взгляд, не принципиальные для науки установки. Мы же говорили о том, что в России нужно построить кольцевой гравитационный телескоп нового поколения. И у нас есть люди, которые могли бы это сделать, и есть ученые, которые могут работать в этой области на мировом уровне. В частности, это группы ученых на физическом факультете МГУ (группа недавно ушедшего академика Владимира Брагинского) и в Институте прикладной физики РАН являются членами международной коллаборации LIGO-VIRGO и непосредственно участвовали в открытии гравитационных волн.
— В своей нобелевской лекции Кип Торн, один из авторов открытия гравитационных волн, посвятил благодарственную речь академику Брагинскому. Жаль, что саму премию наши ученые не получили: ведь в основе многих современных открытий лежат теории российских ученых…
— Вообще-то, представление о том, что Нобелевские премии дают самым умным, неправильно. Это не так. Согласно желанию самого Нобеля, она дается либо за изобретение, нашедшее практическое применение, либо за теоретические работы, на основании которых потом было сделано что-то конкретное и принципиально важное для цивилизации. Два самых характерных примера, связанных с Нобелем и Нобелевской премией в этом отношении, — премия по физике, которую получил Вильгельм Рентген. Нельзя сказать, что открытие рентгеновских лучей перевернуло физику, но оно получило колоссальное применение. Ну а второй пример — это сам Нобель, который изобрел динамит.
В физике за первым открытием следует, как правило, череда других и в итоге это дает практические применения. Мы будем исследовать Вселенную дальше, искать источники гравитационных волн, развивать новые оптические, радио- и нейтринные телескопы. И это даст огромный толчок для развития цивилизации в целом.
Журнал «Огонёк» №11 от 25.03.2019, стр. 30.