Теория Большого взрыва давно считается среди широких масс единственно верным научным объяснением происхождения вселенной, и есть большая вероятность того, что так и есть. Однако, исследования космоса все еще продолжаются, и никогда нельзя предсказать, какое незначительное, на первый взгляд, расхождение в цифрах может перевернуть все наши представления о мире. О космосе, научной фантастике и музыке мы поговорили с Адамом Барроузом (Adam Burrows), профессором астрофизики из Принстонского Университета. Барроуз был в Ереване для участия в фестивале Starmus VI: 50 Years on Mars.
Я недавно читала статью, в которой говорилось, что Теория Большого взрыва может быть признана неверной в скором времени. Что Вы думаете об этом?
Мы понимаем многое из того, что называют теорией Большого взрыва, мы знаем, что Вселенная расширяется, мы знаем, что в прошлом она была намного компактнее, мы можем заглянуть назад, и увидеть, что многие существующие сегодня элементы, такие как водород, большая часть гелия были созданы в первые минуты существования вселенной, потому что для их образования нужны высокие температуры и давление. Просто применяете ядерную физику и получаете большое количество этих изотопов и очень небольшое пространство. Так что об этих ранних этапах у нас достаточно много информации. Но здесь есть разногласия.
Речь о разных способах измерения скорости расширения. Один из них связан с изменением космического микроволнового фона — фоновая радиация, которая идет с самых первых времен большого взрыва, когда свет был заключен внутри материи. Когда она расширяется, плотность материи уменьшается, и свет получает выход. Дальше Вселенная продолжает расширяться, и свет начинает смещаться в красную сторону, и чем дальше расширяется вселенная, тем краснее становится свет. Это и называется космическим микроволновым фоном. И этот фон не совсем равномерный, есть различия в плотности света.
Эти вариации, по-видимому, связаны с ранними возмущениями в распределении материи, из которой образовались галактики, если бы Вселенная была совершенно гладкой, не было бы галактик, не было бы нас. Но благодаря этим небольшим вариациям, где-то массы больше, где-то меньше. И это означает, что под действием гравитации эта материя может сжиматься. Так и формируется глобальная структура Вселенной, галактические скопления, галактиками и т. д. В этом распределении возможно измерить то, что называют постоянной Хаббла — скорость текущего расширения.
Конечно, есть и другие методы, не связанные с космическим микроволновым фоном. Люди используют разные звезды, пытаются понять, как Вселенная расширяется локально. Так что локально, то есть в пределах 100 мегапарсеков, это большое расстояние. Но это мало по сравнению с размером Вселенной. По локальным меркам 100 мегапарсеков — это большое расстояние. Но по меркам Вселенной это немного.
И использование этих методов дает другое число. По идее, эти числа должны совпадать. В отношении ранней Вселенной получается одно число, и другие методы должны давать то же число, но получается не так. Считается, что расхождения в каждом из этих отдельных методов достаточно малы.
Нам хотелось бы понять, в чем причина. Это не значит, что глобально идеи о расширении Вселенной с ранних этапов неверны, в основном они довольно хорошо обоснованы. Но это значит, что мы не до конца понимаем, что происходит. Вероятно, одна из групп ученых ошибается. Но мы не знаем, какая. Но если обе группы правы, это может означать, что этот показатель немного изменился, или же вселенная развивалась неким образом, который мы не до конца понимаем. Это может быть и просто коррекция. Иногда коррекция основной идеи не менее важна, чем сама идея.
Это требует понимания гравитации и квантовой механики, а у нас нет хорошей квантовой теории гравитации. И мы не понимаем самые ранние фазы существования Вселенной в контексте Большого Взрыва, которые начинаются в нулевой момент времени, очень, очень рано, когда в принципе, если экстраполировать, все должно было быть бесконечно плотным.
И мы не знаем, что происходит, когда материя становится настолько плотной, что все наше понимание разваливается. Это интересная сфера для исследований. У нас очень мало способов для эмпирического понимания, хотя проделано очень много теоретической работы, но вопрос не решен.
Так вот, сейчас в космологии есть два класса проблем. Один касается самых ранних этапов Большого Взрыва, когда энергии частиц были очень велики, и фундаментальная физика элементарных частиц и фундаментальная связь с гравитацией, или связь между гравитацией и частицами крайне важна. И второй — это напряжение Хаббла, потенциальные проблемы с постоянной Хаббла. Не знаю, могут ли быть другие серьезные проблемы. Но опять же, в космологии есть ряд чисел, которые, вероятно, не вызывают споров, но при этом мы не знаем, что они собой представляют.
И поэтому их можно измерить. И у нас есть спутники, которые будут запущены, спутник Евклид из Европы и спутник WFIRST из США, которые будут проводить масштабные и глубокие исследования Вселенной, чтобы собрать информацию о неравномерном распределении материи в скоплениях близких к нам и дальних галактик. Причем информация будет собираться не только оптическим прибором, но и инфракрасным, что даст нам дополнительную информацию, которую иначе мы бы не получили.
Благодаря анализу этих данных по распределению галактик, с использованием некоторой доли теории, можно будет узнать больше о характере расширения Вселенной. И, как вы, возможно, знаете, Вселенная не совсем расширяется, кажется, она ускоряется. Таким образом, расширение Вселенной немного замедляется, а затем начинает ускоряться. И существует общий теоретический контекст, в котором это обсуждается наряду с темной энергией, темной материей и обычной материей.
У нас есть числа, которые говорят нам о количестве каждого из этих компонентов, но мы точно не знаем, что такое темная энергия, которая вызывает расширение Вселенной. Мы не понимаем, что такое темная материя, которая составляет большую часть материи во Вселенной, из которой мы не состоим. Есть много указаний на присутствие этих вещей, но у нас нет фундаментального понимания.
А темная материя существует?
Предполагается, что да, но мы не знаем, входит ли она в список вопросов физики элементарных частиц.
Вполне возможно, что существует очень слабо взаимодействующая темная материя, которая образовалась на ранних стадиях Большого взрыва, когда все было намного, намного плотнее, но она не так уж опасна для нас и никак на нас не влияет. Возможно, она просто проходит через нас, и мы даже чувствуем этого. Но у нее все же есть масса. А все, что вам нужно для гравитации, — это масса или массовая энергия. И если вы посмотрите на галактики, вы увидите звезды, вращающиеся вокруг центра галактики. Они вращаются по спирали быстрее, чем материя, которую мы сейчас видим внизу, используя простые законы Кеплера, простую ньютоновскую физику. Таким образом, предполагается, что в их темной материи есть дополнительная материя, которую мы не видим и которая вызывает это ускоренное вращение, если законы Ньютона верны. А у нас нет никаких оснований полагать, что они неверны. Хотя всегда следует быть непредвзятыми.
Возможно, что наше представление о Вселенной может резко измениться в ближайшее время или у нас более или менее верное представление о мире?
Трудно сказать. Конечно, мы знаем немало, но всегда есть что-то новое. И всегда есть вопросы. На самом деле, чем больше ответов мы находим, тем больше возникает новых вопросов. Так что конца этому не видно. Это правда, в физике, которой мы занимаемся на Земле, ты измеряешь что-то с высокой точностью, а затем делаешь это снова, но результат отличается от того, что ты ожидал. И эта небольшая разница может открыть совершенно новый мир, о котором ты не подозревал.
В физике элементарных частиц много таких примеров, когда действительно хорошие эксперименты не дают ожидаемых результатов. Все было точно до одной миллиардной, действительно точно. А потом появляется большая разница. Что это? Это могут быть новые частицы, новые взаимодействия, которые проявляются очень, очень слабо, но имеют фундаментальное значение. Вот что движет многими физиками элементарных частиц. И эксперименты, которые проводятся на этих очень больших ускорителях частиц, таких как ЦЕРН, проводятся в надежде найти что-то новое, хотя мы уже многое знаем.
Мультивселенная существует?
Ну да, это интересная концепция. У нас нет вообще никаких доказательств этому. Но нам нужен эмпирический способ определения существования чего-то такого. Это креативная концепция, люди потратили много времени на проработку выводов, но необходима экспериментальная база. И это сложно, такой базы на данном этапе нет.
Значит, вы не верите, что где-то во Вселенной у Вас есть двойник?
Глобально, так, как это описывается, конечно (смеется). Но есть ли другие измерения, к которым у нас нет доступа? И что важно, есть ли части Вселенной, причинно не связанные с нами, с которыми мы не можем иметь сообщения? Это возможно. Но как это проверить? Так что здесь мы можем остаться в области философии. А это для ученого очень неудовлетворительно.
Вы верите в путешествия во времени?
Мы прямо сейчас путешествуем во времени. Мы просто не можем контролировать темп. Можно на микроскопическом уровне описать взаимодействие частиц таким образом, чтобы оно включало прямое и обратное течение времени. Но это только на квантовом уровне, очень микроскопическом. Есть все основания полагать, что наше нынешнее понимание физики не допускает путешествия во времени. Печально для писателей-фантастов, если они хотят, чтобы им поверили ученые. Это очень интересная провокационная теория, она дает хорошую научную фантастику. Но нет, я не думаю, что на это есть шансы.
Научная фантастика сыграла роль в том, что вы стали ученым?
В какой-то мере, да. Нет, я заинтересовался научной фантастикой, когда мне было девять лет. Я смотрел «Звездный путь». Да, мне нравилась научная фантастика. И есть несколько классических научно-фантастических фильмов. Все это служит интересной цели.
Какой Ваш любимый фильм или книга?
О, нет, я не знаю. Я никогда не думал об этом. Есть такой старый научно-фантастический фильм 1950-х г. под названием «Запретная планета» с долей комедии. Именно на основе этого фильма Джин Родденберри снял «Звездный путь». В нем рассказывается о группе людей с развитой цивилизацией, у которых была своя планета. Но потом никого из них не осталось. И туда приземлился космический корабль с людьми, они стали оглядываться в надежде понять, что произошло с местными, потому что вся техника была на месте, а людей не было. Словом, там была интересная тема.
Машины восстали против людей?
Нет, это не то. Ну, в этом конкретном случае они определили, что машины могут соединяться с сознанием людей и подсознанием. И человек может быть хорошим внешне, поступать правильно, но внутри может быть злым. Или вы можете быть плохим, потому что ваше сознание управляет плохой стороной. И получилось так, что они дали доступ к внешнему миру тому, что Фрейд называл «оно» (ид). По концепции Фрейда есть эго, ид и супер-эго.
Что-то вроде мистера Хайда?
Да, примерно как доктор Хайд. И это уничтожило их цивилизацию. Но машины остались. Так вот, когда они подключили свои машины, монстры-ид получали физическую форму и выступали против своих хозяев и уничтожали людей. Было очень интересно.
Наука со стороны кажется захватывающей, но насколько весело заниматься наукой каждый день?
На самом деле не очень весело. Нужно писать заявки во все комитеты, чтобы получать финансирование. Приходится работать со студентами, и не со всеми можно найти общий язык. Потом аспиранты. Иногда ты нанимаешь людей, а они не всегда делают то, что должны делать. Так что нужно быть и менеджером. Эта часть работы не такая уж веселая. Но есть и другая сторона, когда ты имеешь дело с интересными вопросами, и открываешь впервые что-то новое, пишешь статьи, которые имеют определенное значение и влияние. Можно участвовать в Starmus (смеется). Так что положительных моментов много. И ученые неплохо зарабатывают. Можно чувствовать себя комфортно. Больше плюсов, чем минусов.
Вам понравилось участвовать в Starmus?
Да, да. Не все было идеально. Я был на первом Starmus на Тенерифе в 2011 году. Было интересно. Starmus, конечно, развивается. Он намного больше.
А как насчет музыкальной программы?
Да, мне понравилось даже больше, чем я ожидал. Все эти группы. А дети! Я их записал. Серьезно. Собираюсь показать жене.
Вы играете на каком-нибудь инструменте?
Когда-то я немного играл на пианино.
Говорят, музыка способствует развитию интеллекта.
Это и правда может быть полезно. Есть очень много математиков, которые занимаются музыкой. Да, связь точно есть. Кто-то из спикеров здесь говорил, что есть множество групп в JPL (Лаборатория реактивного движения в НАСА). Люди собираются и играют вместе. Еще есть связь с людьми, которые ходят в спортзалы. Вы идете на тренировку, а там— диспропорциональное количество инженеров (смеется).