Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
10 декабря 2016, суббота, 17:39
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

Лекции

TOP-10 статей в астрономии

Сергей Попов
Сергей Попов
Наташа Четверикова

Мы публикуем текст и видеозапись лекции доктора физико-математических наук старшего научного сотрудника Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ Сергея Попова, прочитанной 14 января 2013 года в клубе ZaVtra (ПирОГИ на Сретенке) в рамках проекта «Публичные лекции Полит.ру».

Астрофизик Сергей Попов проанализировал, какие именно статьи являются самыми цитируемыми в его области. Выяснилось, что это не только самые революционные открытия - например, ускоренное расширение Вселенной, но и статьи, описывающие инструментарий и общие подходы, которые оказываются полезны другим исследователям, а также хорошие обзоры. Рассказ об этом стал еще и рассказом о темах самых цитируемых статей, то есть о том, чем живет сегодняшняя астрофизика.

Текст лекции

Сергей Попов: Я должен такой дисклеймер сделать. Лекции бывают разного типа, и эту, безусловно, я придумал из того, что мне интересно было бы почитать. Потому что достаточно часто, и мне уже кажется, что достаточно давно люди не читают первоисточники, особенно чуть-чуть не в своей области. Здесь я действительно попробовал взять десятку, с некоторыми комментариями и оговорками, которые я сделаю, самых цитируемых современных статей в астрофизике. Из них, вообще говоря, до этого я читал одну. Так мне надо по работе. Я не думаю, что есть много людей, которые читали хотя бы половину списка. Поэтому это просто было очень интересно - взять и почитать. Наверное, это в разных областях могло бы быть поучительным действием - взять и почитать в оригинале какие-то главные работы. Поскольку в современных естественных науках чаще всего, если вы знаете, что там изложено в оригинале, вы его не читаете, вы читаете более свежие обзоры, цифры все равно будут фигурировать, а что там излагали в оригинале – не всегда интересно.

Ну, давайте вначале я скажу вводные вещи. Итак, это, безусловно, не десять каких-то самых лучших статей в современной астрофизике, потому что определить, что такое «10 самых лучших», просто невозможно. Может быть слишком много подходов, критериев. Я взял самый простой, самый незамысловато объективный критерий - цитируемость, то есть как часто статью упоминают в своих статьях другие ученые, коллеги. Это принципиально отличается от того, если бы мы в этой аудитории, или походив по улицам Москвы, или по улицам всех крупных городов мира, попросили бы назвать самые главные астрономические открытия, факты, и составили бы там десятку. Они бы отличались, я думаю, очень сильно. Хорошо бы, если из 10 пунктов выжило 2. Здесь же мы говорим о том, что востребовано в самой науке. Даже в самой науке, если мы проведем опрос, если вы возьмете астрофизиков, которых не так и много в мире, тысяч 10, работающих на хорошем уровне, если их попросим отметить 10 самых важных работ за последние 50-100 лет, неважно, опять-таки список бы отличался от этого, поскольку есть разные подходы к оценке важности. Здесь мы использовали именно цитируемость.

Что такое много ссылок или мало? Есть несколько больших баз в разных науках. В базе физики высокой энергии Spires есть такие критерии. Прославленная статья – это максимальный пункт, это более 500 ссылок. Я буду говорить о статьях, у которых от 3000 до 8000 ссылок сейчас, то есть это высоко за пределом прославленной статьи, то есть это действительно суперработы, которых не так уж много. Естественно, при такой высокой цитируемости, самоцитируемость оказывается уже несущественной. Сослаться самому на себя 8000 раз затруднительно, даже если работать большим коллективом. Под самоцитируемостью подразумевается, когда любой из авторов статьи ссылается на ту же самую работу. Есть большая тенденция в сторону свежих статей просто потому, что растет количество ученых, количество журналов, и, самое главное, меняется подход к цитированию. Если вы возьмете статьи 50-летней давности в астрофизике, то списки цитируемых работ гораздо короче. То есть не было принято упоминать все на свете.

Сейчас, в принципе, чтобы далеко не ходить, если я открываю статью по близкой мне тематике, и во введении на меня не сослались, я чувствую какой-то дискомфорт: так принято. Должен быть какой-то абзац: «А также в работах 1-2-3-4-5 обсуждались сходные вопросы» Раньше это было не принято, а теперь это стало нормой, поэтому темп цитируемости растет. Реально, в среднем статья 80-го года за 10 лет набирала n ссылок, а статья 2000 года набирала в 2-3 раза больше ссылок, в среднем. Вообще, есть реальное число, люди это считали и изучали. Наконец, безусловно, существует такая важная вещь, как то, что важные фундаментальные результаты в какой-то момент перестают цитироваться. Никому в голову не придет, если человек не эксцентрик, сослаться на Ньютона. Так не делают. И этот процесс происходит довольно быстро. Реально по нашим институтам ходят живые классики, на которых не ссылаются, хотя имена и фамилии в статьях постоянно фигурируют.

Вот, собственно, такой топ. Чтобы быть оригинальным, я сделал 13 пунктов. Это самые цитируемые результаты в современной астрономии. Я взял базу данных NASA, статьи там уходят даже в 14 век формально, вообще даже есть раньше, но они так… Кто-нибудь сослался на китайскую летопись - и появилась ссылка на статью до Рождества Христова. Я попросил отсортировать по цитируемости, примерно это она выдает. Формально она выдает чуть-чуть другое, туда подмешиваются статьи по физике, не очень понимаю, почему там так работает база. Я вычистил лишнее, осталась такая тринадцатка. Из них я 3 результата сразу уберу, вернусь обратно. Уберу самые технические результаты, навскидку технические результаты. Поглощение излучения в межзвездной среде, описание программы, описание софта для обработки изображений и фотометрии стандартных звезд. Мы запомним это, нам в конце еще понадобится. Сходу 3 технических результата я убрал. Дальше об этой десятке будем говорить.

Я не буду устраивать интриги - и начну сверху, с самой цитируемой работы. Итак, карта пыли в галактике. Я как раз перед лекцией вытирал свой монитор, у меня тут осталась еще карта пыли. Это самая цитируемая работа, примерно 8000 ссылок. Вот такая красивая картинка - это все небо.

Координаты здесь галактические, то есть экватор соответствует плоскости нашей Галактики. Наша Галактика – большая спиральная структура, картинки сегодня еще будут. И в плоскости этой галактики очень много пыли, мы это видим, но много пыли и дальше. От красного к темно-синему плотность пыли спадает. И это количество пыли, строго говоря, на луче зрения. Когда смог в Москве был, смотрите вдоль земли, там вообще ничего не было видно метров через 100, смотрите повыше - что-то еще видно. Галактика устроена примерно так же. Это самая цитируемая работа. Как это все делалось?

Делалось это с помощью двух спутников: спутник IRAS, который в инфракрасном диапазоне наблюдал. Эта карта неба построена спутником IRAS, вот опять-таки плоскость галактики, это сам спутник. Летает телескоп, укутанный таким вот хитрым одеялом, чтобы не грелся, не остывал. Второй спутник, который использовался, это спутник COBE. Здесь есть некая ирония. За работу спутника COBE вручили Нобелевскую премию. Сейчас статья, за которую была вручена Нобелевская премия, в десятку не входит. Но за этот спутник входит другой результат на первом месте, который никак не связан с Нобелевской премией.

Почему понадобилось 2 спутника? Это карта из оригинальной статьи.

7 слайд

Та картинка, которая была 2 слайда назад, ее нарисовали для пресс-релиза, а в статье вот такая картинка, черно-белая. Теперь мы смотрим с Северного и с Южного Полюса галактики. Где ярче, там больше пыли. Видите - излучение пыли, а не поглощение. Так вот, зачем 2 спутника понадобилось? В принципе, именно IRAS восстанавливает карту распределения пыли, у него очень хорошее разрешение. Но в инфракрасном диапазоне, в котором работает спутник IRAS, много чего светит, не только пыль. Важно научиться выделять прямо вклад пыли, и для этого нужен спутник COBE, который наблюдал на нескольких разных частотах. Он помогает выделить в данных IRAS то, что нам нужно, - излучение пыли. В астрономии есть 2 разные тенденции: идти вглубь и идти вширь. Многие очень дорогие, продвинутые, хорошие современные инструменты, например, космический телескоп имени Хаббла способен в мелких деталях изучить один объект, потом навестись на другой, изучить другой объект. То есть он все время видит что-то очень маленькое, и карту неба сложить из этого невозможно. Это точно так же, как ползать здесь и в микроскоп рассматривать кусочки стены - так можно важные вещи узнать, но карту комнаты воспроизвести невозможно.

Совершенно другие инструменты строят сразу всю карту, IRAS был как раз таким. И хотя летал он лет 30 назад, тем не менее, его результаты чрезвычайно актуальны. Почему это все так важно? 

Все это важно не из-за самой пыли. Это важно потому, что все остальные астрономы наблюдают все остальное на свете сквозь эту пыль, и они хотят эту пыль убрать. То есть люди изучают какой-нибудь квазар, и им дела нет до этой галактической пыли, кроме того, что она им мешает. Получив спектр этого квазара, они хотят вычесть, убрать вклад пыли, а для этого надо точно знать, как она распределена. Поэтому, на первом месте стоит работа, которая помогает вычищать из данных наблюдений то, что мешает всем. И эта работа является самой цитируемой, и в некотором смысле это уже служит хорошим указанием на то, что будет доминировать в этом списке самых цитируемых астрономических работ. К вопросу о самых полезных профессиях – это те, кто убирает мусор: это то, что нужно всем остальным. Идем дальше. Спутник COBE уже упоминался, упоминалось, что за наблюдение на этом спутнике была вручена Нобелевская премия. Это связано с космологическими исследованиями.

Когда Вселенная была молодая, она была очень горячая, была заполнена излучением, после этого она расширялась и медленно остывала. Первые 300 000 лет вещество было очень хорошо связано с излучением. Вещество было просто непрозрачным. Хороший пример - Солнце, это непрозрачный объект. Газовый шар, но непрозрачный. Когда Вселенная остыла до нескольких тысяч градусов, вдруг она стала прозрачной. Излучение престало взаимодействовать с веществом. Это излучение сейчас летает по вселенной и несет информацию о том, какой была Вселенная через 300 000 лет после начала расширения. Это фантастически важно. Мы, по сути, видим, как выглядела Вселенная спустя всего лишь 300 000 лет после начала расширения. Современные космологические модели в существенной степени базируются на данных, которые дает реликт. Поэтому неудивительно, что за открытие реликтового излучения дали Нобелевскую премию, за детальное измерение температуры реликтового излучения, демонстрацию того, что небо действительно светит, как, говорят, черное тело, тоже была вручена Нобелевская премия. Вот спутник COBE отлетал, все эти данные получил.

Космология – бурно развивающаяся область, и начали летать другие спутники. Появление новых спутников, новых результатов показывает, как люди выпадают из этого списка топ-10. Просто приходят те, кто делает то же самое лучше. Вот статья, за которую дали Нобелевскую премию (там была не одна статья даже). Этот результат был на вершине хит-парада какое-то время, но потом полетел следующий спутник, измерил больше, точнее, Нобелевскую премию за это не дали, но из топа статей первая статья была выкинута, просто потому, что появился новый результат. Новым спутником был спутник WMAP. Изначально, он назывался MAP. W – это первая буква фамилии Вилкинсона, в честь которого был назван спутник. У американцев есть такая правильная традиция - называть спутники в честь кого-нибудь, и делать это только после удачного запуска. Чтобы не происходило, например, что-то типа: ««Михайло Васильевич Ломоносов» взорвался на старте». Получается нехорошо. На старте взорвалось ЁКЛМН, а потом он стал Л-ЁКЛМН в честь Ломоносова.

Так вот, спутник был запущен, чтобы изучать реликтовое излучение. И теперь уже интересовали не общие характеристики (точно измерить температуру, общий спектр)  - нужно было рассмотреть это реликтовое излучение в деталях. Кстати, без деталей все вы видели реликтовое излучение. Когда вы включаете телевизор, и он настроен на пустой канал, ловит антенной сигнал, то у вас по телевизору бежит черно-белая муть. Вот процентов на 50 это примерно реликтовое излучение. Оно вполне реально есть, его можно принимать на обычные бытовые устройства. Так вот, стали видны интересные детали, вот этот спутник наблюдает по сути в радиодиапазоне, в очень коротковолновом диапазоне. И делать это лучше из космоса, поскольку атмосфера начинает мешать, и, кроме того, из космоса можно сделать обзор всего неба, что очень важно в данном случае. Вы изучаете небо в целом. Космология - в некоем смысле это слегка уникальная наука: она изучает один объект - Вселенную, которая нам дана в количестве одной штуки, и надо все небо измерять. Самый главный результат, который дал спутник WMAP, – это то, что наша Вселенная очень плоская. На пальцах это означает, что если вы рисуете очень большие треугольники, скажем, со сторонами в 100 миллионов световых лет, -  вы нарисовали такие треугольники, посчитали сумму углов, получили 180 градусов. Вообще говоря, могло бы быть больше или меньше. Известно, что еще Гаусс пытался на Земле измерить кривизну пространства, результат у него сводился к тому, что все плоско. Так на самом деле и есть, с очень высокой точностью. Пока отклонения от плоскости мы не увидели, а могли бы.

Вот что показано на этой картинке. Было смоделировано какое-то распределение реликтового излучения. То есть все-таки Вселенная где-то была похолодней, где-то погорячее, есть такие пятна. Традиционно красные пятна соответствуют более горячему излучению, синие – более холодному. Я помню, в каком-то отеле в какой-то стране на кране было ровно наоборот - очень неудобно. Здесь все нормально. Если бы мы на тот же самый кусок неба смотрели сквозь плоскую Вселенную, как это есть на самом деле, сквозь выпуклую, где сумма углов треугольников больше 180 градусов, и сквозь «впуклую» с суммой меньше 180 градусов, мы бы видели разные картинки. Это можно различить. Спутник WMAP пытался это сделать - и показал, что Вселенная выглядит очень плоской, - это важный космологический результат. Почему она с такой фантастической точностью плоская, мы еще попробуем с вами посмотреть, этот результат тоже входит в десятку.

Что на самом деле видит спутник WMAP? Здесь мы вернемся к первой работе.

Здесь 5 картинок – это то, что он видит на 5 разных частотах, от 20 до 100 ГГц, примерно. Это, конечно же, наша Галактика, то есть вовсе не то, что хочет изучать спутник. Но всю большую Вселенную снаружи мы видим сквозь нашу Галактику, и это надо вычистить. После того, как все это очищено, получается вот такая картина, грубо говоря, так выглядела Вселенная, когда она была молодой. Где-то есть холодные пятна, где-то есть горячие пятна, но в целом температура фантастически одинакова, от самого горячего к самому холодному пятну температура меняется на 0.00001 градус Кельвина. Это тоже удивительный факт, тоже о нем еще сегодня будем говорить. Пока запомним, что все-таки Вселенная имеет фантастически одинаковую температуру, если мы смотрим на реликтовое излучение.

Эта картинка позволяет вытащить очень много информации. Даже если бы мы больше не проводили никаких космологических наблюдений, мы смогли бы определить все остальные параметры, например, что Вселенная плоская.

Пока неважно, что тут по осям, важно, что эта пунктирная линия соответствует плоской Вселенной. Если бы только данные WMAP использовали, была бы такая сосиска, которая очень близко лежит и пересекает пунктирную линию. Если мы объединим это с другими данными, получится очень маленький кусочек, который совсем совпадает с прямой, которая соответствует плоской Вселенной. Вообще говоря, мы можем вытаскивать всякие другие интересные параметры. Например, только из данных WMAP видно, что Вселенная расширяется с ускорением.

Об этом тоже будем говорить - это один из важнейших результатов последних 15 лет, я думаю, во всех науках, он и важный, фундаментальный, и был по большому счету достаточно неожиданным. Теперь достаточно только спутника WMAP. То есть команда может немного переживать: запустили бы они на 5 лет пораньше, они бы получили Нобелевскую премию, а не люди, которые изучали сверхновые.

Здесь кривулечка соответствует данным WMAP. По горизонтальной оси отложена плотность вещества во Вселенной, нормированная на единицу, а здесь отложено так называемое уравнение состояния темной энергии. Мы не знаем, что заставляет Вселенную расширяться все быстрее и быстрее. И это неизвестно что мы называем темной энергией. Естественно, можно писать какие-то формулы, описывающие это неизвестно что. Поскольку это неизвестно что, формулы достаточно простые, и сейчас они содержат только один параметр. Скорее всего, мы думаем, что это свойство вакуума, потому что это соответствует значению этого параметра -1, и это попадает в серединку данных WMAP, ну и других экспериментов, которые позволяют так или иначе определить этот параметр. Но уже по данным WMAP видно, что темная энергия есть, и наиболее вероятно, что это свойство вакуума, что это космологическая постоянная, придуманная Эйнштейном почти 100 лет назад. Вообще говоря, как это ни удивительно, из вроде бы одного измерения, этой карты реликтового излучения, можно вытащить все основные космологические параметры.

Конечно, вам придется задаться какой-то моделью, например, предположить, что общая теория относительности верна, что нейтрино есть 3 сорта,  а не 33. Если их будет 4 сорта, то не сильно поползут параметры, но как-то нужно себя ограничивать. Можно вытащить все основные параметры: постоянную Хаббла, которая показывает, как быстро расширяется Вселенная, доля обычного вещества, которая, как вы помните, очень маленькая. Вселенная состоит Бог знает из чего, на 5 процентов из обычного вещества, на 25 - из темной материи, на 70 процентов - из темной энергии.

Можем определить возраст Вселенной только из данных WMAP, больше не из чего. Вообще говоря, он определяется огромным количеством разных способов, важно, что все они сходятся. Но вот даже данных WMAP было бы достаточно, чтобы этот параметр определить. Спутник летал несколько лет, последовательно они выдавали новые и новые статьи. Вообще, в десятке есть 2 статьи, и, видимо, третья статья, которая вышла совсем по окончательным итогам работы спутника, она тоже поднимется со временем в десятку. Кому интересны детали, которые не очень просто, но достаточно подробно изложены Борисом Штерном, можно взять сегодняшний номер (формально вчерашний) «Троицкого Варианта», и там есть достаточно большая статья как раз про работу спутника WMAP, и что он там наизмерял.

Хорошо. Было упомянуто ускоренное расширение Вселенной. Действительно, это совершенно выдающееся открытие, оно не было, конечно, для космологов совершенно неожиданным, но по большому счету 20 лет назад нестандартным являлся сценарий, в котором Вселенная расширяется ускоренно. Вот тут не очень видны графики, но суть их в следующем. По горизонтальной оси отложено время, а по вертикальной оси - то, как расширяется Вселенная, как меняется расстояние между двумя достаточно далекими объектами. Если взять два достаточно близких объекта, 2 моих уха, например, у меня голова не пухнет от расширения Вселенной. Это очень важный факт, то есть многие считают, что пухнет, но что это от чего-то другого у вас. Расширение Вселенной действует на несвязанные объекты. Луна не удаляется от Земли, правое ухо - от левого, но Вселенная расширяется. Большие объекты, которые не связаны какими-то силами в единую систему, удаляются друг от друга. Все время считалось, что наиболее естественным является замедление этого расширения. В самом деле, мы берем какой-нибудь предмет. У меня из безопасных предметов только пульт. Мы его подкидываем, он падает назад. Мы сообщили ему какую-то энергию - гравитация притянула его обратно. Я могу его сильнее кидать - все равно он будет возвращаться. Даже если я его кину со скоростью 8 км в секунду, и он не упадет обратно, все равно он будет улетать все медленней и медленней.

Вселенная, как оказалось, ведет себя по-другому. Там вы бросили - а она начинает расширяться все быстрее и быстрее. Первые 7 миллиардов лет она расширялась с замедлением, а потом начала расширяться с ускорением, что и делает прямо сейчас. Соответственно, раньше считалось, что вот началось расширение, и или оно потом все схлопнется обратно, либо будет продолжаться вечно, и скорость будет выходить на ноль, или опять-таки будет продолжаться вечно, но скорость будет меняться слабо. А оказалось, что расширение происходит по такой хитрой схеме: Вселенная расширяется все быстрее и быстрее. Что это означает? Например, вы сидите, и вместо глаз у вас 2 десятиметровых телескопа, и вы смотрите на Вселенную несколько миллиардов лет. Раньше вы наивно думали, что вы сидите - и будете видеть все больше галактик, потом что сейчас вы не видите какие-то очень далекие галактики, свет от них до вас еще не дошел. Вот, вы думаете, я посижу еще пару миллиардов лет - и свет до меня дойдет, Вселенная будет становиться более обильная галактиками с точки зрения моих наблюдений.

Оказывается, наоборот. Вы будете сидеть - и это небо галактик будет для вас становиться все темнее и темнее, потому что далекие галактики будут, наоборот, вылетать за зону видимости, потому что Вселенная расширяется все быстрее и быстрее. Так вот - как было сделано это замечательное открытие? Для того чтобы его сделать, нужно было научиться точно измерять расстояние, причем каким-нибудь ни от чего не зависящим методом. Сделать это довольно нетривиально, просто потому, что Вселенная так устроена: мы не можем слетать, посмотреть, как где что устроено, вернуться и дальше измерять расстояние. Например, вы смотрите из окна на какой-нибудь пейзаж в незнакомом месте. И есть там гора в отдалении, вечером вы смотрите, думаете, не сходить ли мне с утра на эту гору, прикидываете расстояние, успеете ли сходить до обеда или нет. По горе идет шоссейная дорога, вы смотрите, там горят фонарики, вы примерно знаете, с какой яркостью горят фонарики. Расстояние до горы вы оценить не можете, особенно в темноте. Кстати, замечательно, в часто появляющихся сообщениях об НЛО, когда на дальнем фоне есть высокая гора с дорогой, и там грузовики ездят по этой дороге, выглядит совершенно феерично. Я сам один раз увидел, мы долго гадали, что же там такое происходит на небе, а с утра выяснили, что там просто холм.

Так вот, вы видите эти фонари - и вы можете оценить расстояние, потому что вы знаете, как светят фонари. Если какие-нибудь злоумышленники в этой стране не только на кране с горячей и холодной водой поменяли красные и синие цвета, но еще и лампочки вкрутили в сто раз мощнее или слабее, вы неправильно оцените расстояние до этой горы. Но обычно мы не ждем такой злонамеренной засады. Но такое может произойти. Во Вселенной у нас задача такая же. Нам нужно узнать, как светят какие-то далекие лампочки, и тогда мы научимся измерять расстояние до какой-нибудь галактики, где видим эту лампочку, причем лампочка должна быть достаточно мощной. Есть очень хорошие лампочки – это взрывающиеся звезды. В оптическом диапазоне это самое мощное, что происходит. На какое-то короткое время звезда светит ярче, чем галактика. Она за часы выдает энергии столько, сколько солнце за 10 миллиардов лет.

Но проблема в том, что все звезды взрываются по-разному. И вы определить светимость, как много энергии высветила эта взорвавшаяся звезда, априори не можете, поэтому это плохой способ точного измерения расстояния. Прикинуть можно, но вы можете ошибиться и в 5, и в 10 раз довольно легко. К счастью, есть другой тип сверхновых.

Важно, чтобы взрывалось что-то очень стандартное. Такая стандартная взрывающаяся штука – это белый карлик. Взрываются не все звезды, наше солнце потихонечку порождает внутри себя белый карлик, идут термоядерные реакции, они дойдут до некоего предела, внешняя оболочка сбросится, останется ядрышко, которое по размеру будет, как Земля, а масса будет половина солнечной, такой очень плотный объект. Сам по себе он может жить вечно, но если вы будете на него еще добавлять вещество, то он доживет до какого-то предела - и взорвется. Предел называется чандрасекаровским, потому что его впервые определил Чандрасекар. Так вот, все белые карлики одинакового химического состава взрываются на одной и той же массе, и все белые карлики одной и той же массы имеют примерно один и тот же химический состав. Поэтому оказывается, что есть такие взрывы сверхновых, которые не являются взрывами массивных звезд, к чему мы привыкли, но зато они являются стандартными свечами. Мы можем довольно точно узнать, сколько энергии было излучено.

Вообще говоря, там есть всякие тонкости, хитрости. Все-таки взрываются они не прямо одинаково, но мы можем пересчитать, то есть эта штука устроена немного проще. Таким образом мы можем измерять расстояние. Смотрите, что получается. Вернемся на секунду к нашей расширяющейся Вселенной. Вселенная расширяется, далекие галактики улетают друг от друга, и свет, идущий от одной галактики к другой, оказывается растянутым, потому что Вселенная, по которой он двигался, растянулась. Это называется красное смещение. То есть, излучился там, например, ультрафиолетовый фотон, а к нам прилетел инфракрасный. И мы его уловили. Это реально наблюдаемый объект, грубо говоря, далекие галактики видят более красным, так оно и есть на самом деле. Похоже на эффект Доплера, но не совсем эффект Доплера. Так вот, в любой космологической модели, зная, как у вас покраснел фотон, вы можете посчитать расстояние до этой галактики. То есть у вас есть наблюдение, модель, оценка расстояния. Теперь вы в той же самой галактике видите взорвавшуюся сверхновую нужного типа. Теперь вы прямо можете посчитать расстояние - и их сравнить друг с другом. Вы их сравнили, и конечно, они у вас оказались неодинаковыми. Спрашивается, где у нас самое слабое звено.

Опыт учит нас, что это не одно наблюдение, не другое наблюдение, а теория. Конечно, теоретики не идут убивать себя об стену, а они идут подкручивать параметры своей модели, благо параметры всегда есть. Итак, наблюдаются сверхновые - кстати, в кой-то веки сильное освещение способствует уяснению материалов. Вот галактика, все эти разные точки – это просто фоновые звезды, они нам не интересны, нам интересна эта точка, эта сверхновая. При такой засвеченной галактике видно, что сверхновая излучает света почти столько же, сколько вся эта галактика, которой тут почти не видно, она вся размазалась и засветилась. Это как раз сверхновая типа 1а, она недавно вспыхнула в довольно близкой галактике, что было хорошо и интересно, помогло уточнить некоторые детали, но открытие было сделано еще до этого.

Что же люди измеряли? Они измеряли блеск сверхновых на разных расстояниях, в разных галактиках, до которых известно красное смещение. По горизонтальной оси у нас отложено красное смещение, то есть единичка означает, что фотон растянулся в 2 раза. То есть была у него длина волны 1000 ангстрем, растянули - стало 2000, это соответствует Z единице. По вертикальной оси отложено, насколько сверхновая выглядит слабее, чем на каком-то фиксированном расстоянии. Чему оно равно – неважно, важно, что оно есть. То есть, по сути, это измерение расстояния до сверхновой. На этом графике не очень видна разница, но если мы вычтем стандартную модель из этого графика, то все развернется в такую картинку. Нолик соответствует тому, что все описывалось самой стандартной космологической моделью на 98 год, когда он был нарисован. Видно, что точки, которые содержат большие ошибки, все равно не лежат вдоль нуля. Эта черная жирная линия соответствует наилучшему описанию этих точек. Есть возмущение. То есть, на самом деле, оно так и есть. Кто никогда не сталкивался с данными, и как их описывают, в принципе, должен испытать некий дискомфорт: хочется, чтобы точечки выстроились вдоль этой линии, а они тут сильно лежат туда-сюда, эти палочки соответствуют неопределенностям измерения, они довольно большие, но прелесть в том, что когда вы измеряете много точек, то все это можно усреднить и получить очень высокую точность.

Получается такая кривуля, которая отклоняется от стандартной кривой, причем она могла бы отклоняться вниз, это было бы не так страшно, а она отклоняется вверх. Это как раз соответствует тому, что сверхновые оказываются более далекими, чем мы ожидали бы по теории. И параметры надо подкручивать так, чтобы Вселенная была больше. Это означает, что вам ее нужно расширять быстрее, но довольно хитрым образом. Вам нужно расширять ее все быстрее и быстрее. И это как раз свидетельствует о том, что Вселенная расширяется с ускорением. У меня как раз одно время было настолько большое желание, что я это действительно делал. Есть замечательный проект в мире «астрономическая картинка дня»: они показывают какую-нибудь красивую фотографию, какую-нибудь галактику, еще чего-нибудь, луна на закате с какими-нибудь пальмами и прыгающими кенгуру. Было интересно сделать другой проект, он назывался «астрономическая научная картинка дня», где показывают такие примерно картинки, и объяснять, почему это гораздо восхитительней, чем кенгуру, прыгающие на закате.

Повторюсь: это Нобелевская премия, совершенно замечательная картинка. Шелдон Купер просто бы рыдал. По данным по сверхновым, по этому измерению можно измерять космологические параметры.

Впервые темная энергия была обнаружена именно таким способом. Похожий график мы уже видели. По горизонтальной оси отложена плотность вещества, того, что можно собрать в кучу. Вопреки ленинскому определению, я бы сказал, что вещество – это то, что можно собрать в кучу. А по вертикальной оси - темная энергия. Темную энергию нельзя собрать в кучу. Вот этот эллипс – это данные по сверхновым, эта штучка соответствует плоской вселенной. Стандартная модель тут бы должна лежать. Вселенная, состоящая только из вещества и полностью плоская, – очень хорошая модель. Данные лежат совершенно в стороне, и видно, что вещества у нас 30%, 0.3, а процентов 70 энергии во Вселенной связано с темной энергией - с чем-то, что в кучу собрать нельзя, что заставляет Вселенную расширяться все быстрее и быстрее. Можно привлекать теперь другие данные, в 98 году их не было. И вообще, то, что в 98 году это было открыто, а Нобелевскую премию дали в 11 году за это открытие, это говорит, что понадобилось более 10 лет, чтоб все убедились, что так оно и есть на самом деле.

То есть были получены серьезные независимые свидетельства. И к 11 году они были настолько надежными, что можно было выкинуть результаты по сверхновым, и можно было без них показать, например, по данным спутника WMAP, что Вселенная расширяется с ускорением.

Все прекрасно пересекается в одной точке, это данные по сверхновым, по реликтовому излучению, по наблюдению того, как распределены галактики в большом масштабе, все примерно в одной точке пересекается. Вселенная плоская, 30% вещества, 70% темной энергии, что бы это ни было. Сразу скажу, наверное, что открытие темной энергии – это единственный пример в десятке именно открытия. С одной стороны, любые опросы это бы включили в десятку, и включили бы еще 9 штук чего-нибудь похожего, например, открытие экзопланет. На мой взгляд, это другое поразительное открытие конца 20 века, а его нет в десятке. А есть совсем другие вещи, поэтому мы двигаемся дальше по списку.

Следующая работа – это работа, которая долгое время занимала первую строчку. Я не могу сказать, сколько лет, но я думаю, лет 10 она была на первом месте. Серьезный повод для гордости: это российская, советская, если хотите, работа. Она посвящена теории аккреционных дисков. Диск – это нечто, что во Вселенной встречается очень часто. Если мы задумаемся, то во Вселенной очень много плоских объектов. Например, наша Галактика - она достаточно плоская. Или Солнечная система, если мы говорим о системе планет, она очень плоская. Откуда возник зодиак? Из того, что солнечная система плоская. У нас небо круглое, созвездий 88, а Солнце и планеты двигаются всего лишь по 13 созвездиям. Так вот, почему же все такое плоское? Посмотрим, как у нас что эволюционирует. Вначале все какое-то круглое. Круглое в первом приближении. У вас есть куча, да - и здесь куча, она все равно трехмерная, эта куча. В космосе еще и стола нет, ну вот у нас какая-то трехмерная куча. Если эта куча достаточно тяжелая и холодная, она начинает сжиматься, образуется куча поменьше. Но куча эта всегда вращается. В космосе все всегда вращается. Помните «Новый Жюль Верн» у Бродского? «Но, оно извивается! В воде все всегда извивается.» Вот в космосе все всегда вращается, и когда оно сжимается, оно начинает вращаться все быстрей и быстрей. В конце концов центробежная сила мешает сжиматься, но только в одном направлении – к оси. А в направлении вдоль оси не мешает сжиматься. Поэтому, если объект тяжелый, холодный, остывает, он сожмется всегда в блин. Образуется диск.

Поэтому диски – естественные структуры во Вселенной. Земля не падает на Солнце, грубо говоря, примерно по той же причине: она крутится, у нее есть угловой момент, ее ничего не держит вроде бы. Солнце притягивает Землю, Земля притягивает Солнце, но друг на друга они не падают: мешает угловой момент. Поэтому возникают диски. Они возникают в гамма-всплесках, в тесных двойных системах, активных ядрах галактик – это я все потом еще повторю. И в начале 70-х годов впервые была построена теория этих дисков. Связано это было как раз со средним этим сюжетом. Дело в том, что самый хороший способ выделять энергию во вселенной – это что-нибудь уронить. Он фантастически простой - а если падает с очень большой высоты, то энергии выделяется очень много. Что это означает? Это означает, что если взять этот стол и бросить его на нейтронную звезду, то энергии выделится примерно как в Хиросиме. То есть много. Мы ничего не сделали, мы просто бросили стол на нейтронную звезду.

Что происходит, когда в маленьком месте выделяется много энергии? А нейтронная звезда маленькая, у нее размер всего лишь 10 километров. Вселенная всегда достаточно разумно распоряжается ресурсами. Ясно, что если вам нужно унести миллион долларов, вы берете его крупными купюрами. Если природе нужно из маленькой области унести много энергии, она уносит эту энергию большими рентгеновскими квантами. Они соответствуют высокой температуре - скажем, в 10 миллионов градусов. Если у вас вещество падает на нейтронные звезды или черные дыры, то выделяется очень много энергии - и уносится рентгеновским излучением. Рентгеновское излучение для здоровья не полезное, но мы благополучно существуем на Земле, потому что атмосфера нас защищает, рентгеновское излучение не проходит сквозь толщу атмосферу, соответственно, детектор надо запускать в космос. В 60-е годы это начали делать. Вначале на ракетах, и в 70 году полетел первый спутник с рентгеновским детектором. Он еще не был телескопом, строго говоря. И было открыто более 300 рентгеновских источников. Стало ясно, что нужно каким-то хитрым способом эту энергию выделять, хитрым способом является падение вещества на нейтронные звезды, черные дыры. Падает вещество через диски, потому что у нас есть двойная система: звездочка и нейтронная звезда, вещество течет. А дальше у нас есть угловой момент, все начинает крутиться, образуется диск. То есть страшно востребованным оказалось создание теории этих дисков, и Николай Шакура и Рашид Сюняев создали такую модель.

Статья была опубликована в 73 году, и довольно быстро она взлетела в сотню, в двадцатку, в десятку, и, я думаю, более 10 лет была самой цитируемой статьей в астрофизике. И она до сих пор остается самой цитируемой статьей, когда-либо цитируемой в нашей стране по любой науке. Нельзя говорить, что кто-то сделал 90%, а кто-то 10%, но чуть больше половины сделал Шакура. Очень интересно ходить спрашивать, насколько он известен. Я думаю, что если спросить ректора Садовничего, то он тоже его не знает, а работает человек в университете.

Идея в принципе очень простая. Повторюсь: Земля не падает на Солнце, потому что от углового момента Земля избавиться не может. Если у нас есть какой-то объект, для красоты можете представлять себе черную дыру, у вас вращаются два каких-то кирпича вокруг этой черной дыры, они не падают на черную дыру, они могут так крутиться вечно, с нашей точки зрения, очень долго. Другое дело, если у вас вращаются не кирпичи, а два облачка газа. Эти облачка газа начинают расповсюживаться вдоль своей орбиты. У них есть вязкость, то есть одна часть облака трется о другую, и это приводит к тому, что угловой момент начинает передаваться наружу. Звучит красиво; если непонятно, что означает, то неважно. Важно, что ваши облачка расплываются в такое колечко, а колечко начинает расплываться дальше. Меньшая часть вещества идет наружу, а большая часть идет внутрь, и в конце концов может упасть внутрь черной дыры или на поверхность нейтронной звезды. Но главное, что пока оно вращается, если оно делает это вокруг черной дыры, то на внутренней границе диска оно может разогреться до миллионов градусов, потому что крутится почти со скоростью света, с третью скорости света. И тогда здесь будет выделяться много энергии, то есть все знают, что если потереть ладошки одну о другую, будет тепло. Если вы будете двигать свои ладошки примерно со скоростью света, 0.2 скорости света, то они разогреются до 10 миллионов градусов и будут светить рентгеновским излучением. Именно это происходит на внутреннем краю диска. Строго говоря, если сделать такой фильм в духе 20-х годов, и кидать туда ладошки, то так оно и получится.

Вот люди построили очень простую модель для такого диска, они очень удачно смогли описать, что такое вязкость. Естественно, с 73 года 40 лет прошло, люди непрерывно пытаются улучшить эту модель. В некотором смысле им это даже удается, но модель оказывается очень сложной, а для использования другими людьми всегда хочется иметь модель одновременно достаточно эффективную и максимально простую. То есть все, кто пользовался каким-нибудь софтом, знают, что нужно, чтобы он работал, и чтобы он был простой. А если есть что-то фантастически хорошее, замечательное, но работать можно только с командной строки, то вы никогда этого себе не поставите, как не поставили, скорее всего, Linux. То же самое с любыми физическими моделями. Важно, чтобы описывалось какой-нибудь простой формулой, и более или менее работало. Модель Шакуры-Сюняева потрясающе этому отвечает, и для самых разных объектов абсолютно разной природы. Образуются звезды, то есть было облако газа и пыли, оно сжимается, не оставаясь все время облаком, сжимается в диск, образуется протозвездный диск, из него потом планеты возникают, мы на них живем потом. И в некотором приближении это описывается моделью Шакуры-Сюняева. То есть, в 73 году вопрос еще не стоял об этих протозвездных дисках, их никто не наблюдал, начали наблюдать - начали использовать модель Шакуры-Сюняева.

 Есть сверхмассивные черные дыры. В центре каждой крупной уважающей себя галактики сидит сверхмассивная черная дыра, у нее масса может быть миллионы, миллиарды масс солнца. На нее тоже иногда течет газ, и опять-таки возникает аккреционный диск, и в первом приближении он хорошо описывается моделью Шакуры-Сюняева, поэтому работа была фантастически востребована. Еще раз обращу внимание: в некотором смысле нельзя сказать, что что-то в этой работе было открыто. Она не наблюдательная, поэтому точно там ничего не было открыто. Ничего не было предсказано. Диски уже были открыты, нужно было построить модель, и удалось сделать модель, фантастически удобную в применении, и это стало очень востребованным результатом, очень цитируемой статьей. Движемся дальше. Снова вспомним молодость нашей Вселенной. Когда Вселенная была совсем молодой, она была очень горячей, что означает, что вещество двигалось с большими скоростями. Только, физики, сразу не отвечайте, давайте филологам дадим ответить, например. У нас здесь есть воздух в комнате, с какой скоростью здесь двигаются молекулы воздуха? Правильно. Почему? Скорость звука. На самом деле они действительно двигаются с такой большой скоростью, 300 метров в секунду, это скорость пули примерно. Мы это не особо замечаем. На школьных олимпиадах очень часто любят спрашивать, в каком-то фантастическом рассказе описывалось устройство, которое должно было защищать человека, не пропускать объекты, двигающиеся быстрее какой-то скорости. Такой защитный экран, через него человек мог проходить, но пуля не могла проходить. В чем ошибка писателя? Ошибка писателя в том, что воздух не проходил бы через такой барьер. Если мы нагреваем любой объект, молекулы в нем начинают двигаться быстрее, и они периодически сталкиваются со стенками или друг с другом, если стенок нет.

Во Вселенной стенок нет. Представим, что молекулы – это не просто точечки, а это какие-то шарики. Или летают маленькие пульты, они летают и сталкиваются друг с другом. Естественно, если вы такой пульт столкнете с чем-нибудь со скоростью 300 метров в секунду, он разлетится на много кусочков, они будут сталкиваться друг с другом дальше, будут дробиться, пока не дойдет до чего-то, что это столкновение не сможет разрушить. А теперь представим температуру в миллиарды миллиардов градусов. В такую температуру разрушается все, что угодно. Поэтому, в самой молодости Вселенная была устроена очень просто. Там не было молекул, не было атомов, не было даже протонов и нейтронов, потому что все это сложные частицы. Потихонечку она расширялась, остывала - и возникали разные частицы. В какой-то момент возникли протоны и нейтроны. Это очень важно, потому что ядра всех элементов состоят из протонов и нейтронов. Теперь мы можем замечательно начать играть в конструктор Лего. У нас есть протоны и нейтроны, будем лепить разные ядра химических элементов - и создадим всю таблицу Менделеева. Все это хорошо, но времени у нас очень мало, потому что Вселенная расширяется и остывает. Чтобы лепить, нужно, чтобы они часто сталкивались, то есть чтобы плотность была высокой, а плотность резко уменьшается. И времени у Вселенной было на эту лепку примерно столько, сколько я говорил, чуть больше минуты. На самом деле, чтобы хорошо понимать, мы очень хорошо себе представляем, как выглядела Вселенная спустя 1 минуту после начала расширения, после Большого взрыва, потому что мы знаем, сколько удалось создать элементов. Удалось создать один элемент гелий - и все.

Это замечательная таблица Менделеева, в Интернете можете найти еще более замечательную, потому что здесь все раскрашено в разные цвета. Людям с хорошим зрением будет понятно, что такого цвета, их всего два квадратика, то есть в Большом взрыве возникает два элемента. Водород сам по себе был, это первый кирпич. И гелий. Все более тяжелые элементы складывались потом. Где они складывались? По большому счету все это складывалось в звездах, в маленьких звездах. Маленькая – типа Солнца. В больших звездах, где в ядрах идет горение железа, или при взрывах сверхновых. То есть обычно при взрывах ядер массивных звезд. Все эти элементы в основном образовывались именно таким способом. Из этого следует всем хорошо известный вывод, что фактически каждый атом в вашем теле когда-то был внутри какой-то звезды, потому что наугад выбранный атом в вашем теле – это не водород и точно не гелий. А это будет какой-нибудь углерод, азот, кислород, кальций, витамины принимали? - магний какой-нибудь. В начале Вселенной этих элементов не было. Единственное место, где они могли возникнуть, – это звезды. Поэтому мы не могли возникнуть спустя миллион лет после Большого взрыва, потому что звезды еще не успели нагенерить те элементы, из которых мы могли бы состоять. И этот вопрос, химический состав Вселенной, – это достаточно важный вопрос.

Так вот, в десятке есть работа, которая на него отвечает. На самом деле, это химический состав Солнечной системы. Здесь шкала логарифмическая, то есть разница между этим и вот этим – это миллиард раз примерно. Так что это очень большое различие. Так все кажется, что очень близко. Эта работа в некотором смысле не оригинальная, потому что задача определения химического состава Солнечной системы фантастически сложная, трудоемкая, и 2 человека, которые являются авторами этой статьи, не могли вдвоем этого решить. Хотя они и на оригинальном уровне внесли очень большой вклад, но статья все-таки компилятивная. Тем не менее, эта работа в десятке, поскольку самым разным людям нужно знать достаточно точно химический состав Солнечной системы. Повторюсь, он достаточно типичен для химического состава Вселенной в целом. Больше всего там водорода, гелия, потому что их сразу удалось создать, а все остальное потом генерировалось в звездах или во взрывах сверхновых: литий, бериллий, бор - их очень трудно делать, поэтому их во Вселенной мало. Вот эта работа, больше не буду о ней ничего говорить, тоже в десятке, тоже обращаем внимание на то, что является очень важным и востребованным.

Проскочу самую неастрономическую работу в десятке. Она на грани, то есть с одной стороны это не графен, а с другой стороны не классическая астрономия. Работа, посвященная дополнительным пространственным измерениям, точнее говоря, это две работы, которые сделали Лиза Рэндалл и Раман Сандрам. Опять-таки, буквально одной фразой скажу.

Есть огромное количество моделей с дополнительными измерениями, и вовсе не Рэндалл и Сандрам придумали всю эту концепцию. Вначале ее придумали до их рождения, но они сумели сделать несколько моделей очень простых, очень удобных, которые ухватывают важные концептуальные свойства. Их очень легко использовать, поэтому огромное количество людей, которые сами не занимаются построением многомерной модели, стали использовать именно эти, потому что они достаточно эффективны. Поэтому статья является очень цитируемой.

Переходим снова к более астрономическим вещам. Наверное, самый часто задаваемый вопрос после любой лекции по астрономии – про инопланетян. Но сразу после инопланетян идет вопрос о том, что же было в самом начале. Помните, перед Новым годом была замечательная открытка на сайте «Открытки»: «Дорогие дети! Деда Мороза не существует. Поздравляем с Новым годом! Ваш Викиликс». Так что же было в самом начале? Это очень хороший вопрос - на него нет ответа. И нет ответа по очень простой причине. Все-таки науки у нас естественные. У нас должны быть либо эксперименты, либо наблюдения. Рождение Вселенной устроено таким подлым образом, что нет никаких наблюдательных данных, и сходу непонятно, как их напрямую получить. Начнем с того, что первые 300 000 лет своей жизни Вселенная непрозрачная. Но можно ловить какие-то химические элементы и что-то узнавать о первых минутах. Но до первых минут не было этих химических элементов, а те частицы, которые были, они уже давно исчезли, и их тоже вокруг нас нет. Чем дальше мы продвигаемся назад, вроде бы там осталось-то несколько секунд, тем не менее, все труднее находить какие-то прямые наблюдательные данные.

Можно вывернуть это наизнанку и спросить, что находится в самом центре черной дыры. Мы не знаем. Мы можем пытаться строить какие-то модели. Это само по себе сложно, но главное, что их никак нельзя проверить, потому что информация не приходит из-под горизонта черной дыры. Поэтому все-таки про начало Вселенной есть только всякие теоретические модели. Помнится, был такой специальный номер Scientific American, который, на мой взгляд, концептуально был посвящен тому, что не надо давать Нобелевскую премию за те работы, о которых я сейчас собираюсь рассказать. 

Итак. Есть всякие хорошие простые вопросы, которые очень естественно задать: почему Вселенная расширяется? Что-то должно было стать первым толчком, что-то же ее толкнуло, это же не просто так. Почему Вселенная такая плоская? Вот мы говорили, что большие треугольники - у них сумма углов равна 180 градусам. Это довольно непонятно. Вообще, могло бы отличаться довольно сильно в ту и другую сторону. Почему она такая однородная и изотропная? Что это значит? Это значит, что, во-первых, если вы берете большие кубики вещества Вселенной, большие кубики размером 100 миллионов световых лет, они все очень похожи друг на друга, у них у всех будет примерно одинаковая средняя плотность, все внутри будет примерно одинаково, никак они не отличаются. В какую бы сторону вы ни смотрели, вы будете видеть все то же самое. Вселенная с одной и той же скоростью расширяется туда и туда. Это очень хорошо видно из температуры реликтового излучения. Повторюсь, она однородна по небу с точностью 10- 5. Сама температура – 2 кельвина с хвостиком, то есть 0.00001 градус.

Это довольно поразительно. Кроме того, теоретики любят предсказывать нам всякие экзотические частицы, монополи. Мы не наблюдаем этих частиц, все это хорошо бы объяснить. Очень здорово объяснить все это одновременно. Ну вот - существуют модель, которая это делает. Основной ее недостаток в том, что она пока по большому счету в основном объясняет. Она делает, конечно, предсказания, но их пока проверить не удалось, потому что очень трудно наблюдать свидетельства из самых-самых первых моментов жизни Вселенной. Статья – первая очень известная по этой теме, на самом деле там тоже будет список фамилий, сложный, как обычно вопрос, статьи важные не возникают на пустом месте, кто-то что-то говорил до этого. Но, тем не менее, в какой-то момент происходит прорыв. Сказаны какие-то очень важные слова, и именно об этой статье, в основном, я буду говорить. Она начиналась с обсуждения некоторых проблем. Одну проблему очень легко проиллюстрировать, потому что проблему плоской Вселенной, мне кажется, не очень просто на пальцах объяснить. Почему это проблема? Плоская - и плоская, мало ли плоских предметов?

Но есть другая интересная проблема. Она называется «проблема горизонта». Допустим, вы сидите в большой ванне. Допустим, перенесемся в Древнюю Грецию или Рим. У вас нет никакого крана. Все прилично, приходит раб, приносит теплой водички, вам выливает. Вот он принес теплой водички, вылил - в этом кусочке ванны, куда он вылил, тепло, а в другом углу холодно. Вы можете перебираться туда, или как-то ножками бултыхать, чтобы все это перемешивалось. Потребуется время, чтобы температура выровнялась. Вы помните, и правильно говорите, что скорость молекул – 300 метров в секунду, у вас не получится быстрее перемешать воздух в этой комнате. Комната все-таки небольшая, и тут речь идет о долях секунды, но тем не менее. Если в одном уголке покурить, то что бы вы ни делали, быстрее, чем со скоростью звука, вы не сможете этот запах распространить по комнате. Среда будет сопротивляться. Таким образом, взаимодействие всегда осуществляется с какой-то скоростью, и поэтому всегда требуется время, чтобы у вас выровнялась температура по ванной, запах по комнате, что-то еще.

Все то же самое происходит во Вселенной. Мы говорим о температуре, поскольку мы температуру измеряем, наблюдая реликтовое излучение. Соответственно, если мы видим в той стороне кусочек с температурой 2.7 градуса, и в той стороне такой же кусочек, и они друг от друга находятся на расстоянии 28 миллиардов световых лет. Туда примерно 14 миллиардов, и туда примерно 14. А свет не мог идти 28 миллиардов лет, потому что вселенная столько не существует. Возникает страшно удивительный вопрос: почему 2 эти кусочка имеют одинаковую температуру? И только ли к двум этим кусочкам это относится? Можно это иллюстрировать так: горизонтальная ось – время, вертикальная – расстояние. Кривые линии соответствуют расширению каких-то кусочков пространства разного размера. Вот один кусочек побольше расширяется, поменьше кусочек расширяется. Тут есть пунктирная линия, которая соответствует скорости света - максимальной скорости распространения взаимодействия. Если размер кусочка лежит над этой пунктирной линией, то на данный момент времени разные части этого кусочка не успели обменяться сигналом даже со скоростью света. То есть, вообще говоря, они ничего не должны друг о друге знать.

Если мы все это нарисуем на небе, то получится такая вот больная ветрянкой Вселенная. В масштабе еще меньшем, он в размере примерно с Луну должен быть, этот кусочек, который должен иметь одинаковую температуру внутри себя. Не то, чтобы эти 2 кусочка должны были бы иметь разную, но даже вот тут мы нарисовали второй, и они все равно не успевают обменяться сигналом. Это страшно удивительно, что Вселенная выглядит очень однородной и изотропной. Это очень серьезная проблема, которую как-то надо объяснять. Вот на этот вопрос и на многие другие отвечает так называемая теория инфляции, и говорить мы будем в основном о статьях Алана Гуса и Андрея Линде 81, 82 года, хотя была в 80-м очень важная статья Алексея Старобинского по инфляции.

А вообще говоря, какие-то концептуальные вещи были еще в 60-х годах. Начнем со статьи Алана Гуса, где был предложен сам термин «инфляция», и была предложена первая неработающая модель, причем настолько неработающая, что автор не только сам об этом пишет, он пишет об этом в резюме статьи.

Он пишет, что можно все решить, только ничего так точно не работает. Это совершенно поразительно. Это концептуально самая важная статья в этой десятке, то есть концепция была настолько важна, что, несмотря на то, что самому автору было ясно, что это не работает, она до сих пор остается одной из самых цитируемых работ.

Еще раз объясню проблему горизонта. Вот наше современное небо. Если мы с современной скоростью расширения Вселенной назад это сожмем, то есть просто проэкстраполируем, прокрутим пленку назад, то окажется, что есть какое-то пятнышко, которое должно было бы иметь одну температуру, а все остальное должно было бы иметь другую температуру, и таких пятнышек могло бы быть много. Идея состоит вот в чем: мы продолжать вот так вот прокручивать пленку назад можем только вплоть до какого-то момента, а до этого Вселенная расширялась фантастически быстро. И, вообще говоря, она вся выдулась из очень маленького пятнышка, которое внутри успело обменяться всеми нужными сигналами, стать очень плоским, однородным, изотропным, красивым. Это решило бы кучу проблем, это решило бы кучу всяких других проблем, разлетелись бы экзотические частицы на такой стадии расширения, все неоднородности растянулись бы. Как бы на пальцах в этом состоит идея. Кроме того, мы неоднократно сегодня уже вспоминали, что молодая Вселенная была плотной и горячей. Это означает, что нормальная космологическая эволюция у нас в голове вначале сводится к какому-то состоянию, где было много вещества, то есть в каждом маленьком кусочке пространства было уже много частиц, была высокая плотность и высокая температура. Что-то должно было создать эти частицы, что-то должно было их разогреть.

Как ни странно, теория инфляции отвечает и на этот вопрос. Все прямо в одном флаконе, все проблемы сразу решаются одной теорией. Идея состояла в том, что на самых первых стадиях расширения Вселенной - речь идет не о первой секунде, а о чем-нибудь типа 10- 30 - 10- 40 секунды, - Вселенная расширялась с огромной скоростью. Вообще расширение Вселенной – это такая хитрая штука: ничего не мешает частицам расширяться со скоростью выше световой. Кроме того, мы сейчас видим галактики, которые сейчас удаляются от нас со скоростью больше скорости света. Скорость света для расширения Вселенной – это никакой не предел. Грубо говоря, общая теория относительности запрещает тут пролет перед нашими удивленными глазами частиц со скоростью больше световой, а то, что где-то что-то двигается со скоростью больше световой относительно нас, но не относительно своего локального окружения, это ничему не противоречит. Я не утрирую картину.

Так вот, вначале была стадия быстрого расширения, Вселенная была пуста в смысле обычного вещества, но была заполнена неким физическим полем, которое заставляло Вселенную расширяться с этой огромной скоростью. В конце расширения эта энергия поля перешла в плотность частиц и в температуру.

То есть наша Вселенная рождается в конце стадии инфляции. До ее появления была инфляционная стадия, а что было до нее – не очень понятно. В модели Гуса это выглядело так: начинают расширяться такие пузырьки.

Вся энергия сосредоточена, как у обычного пузырька, в их границах. У обычного пузырька вся энергия все равно находится в границе поверхности. Когда пузырьки начинают сталкиваться, то тут эта энергия выделяется, рождается горячая Вселенная. Проблема в том, что однородной Вселенной вы не получите: где-то будет пусто, где-то будет густо. И Вселенная не будет выглядеть очень однородно, если вы тут сидите и всю эту картину обозреваете, у вас не будет температура выровнена с точностью 1/100000. Это был один из недостатков. И вообще, там делались предположения, которые содержали в себе какие-то странности.

К счастью, их удалось быстро разрешить, удалось это сделать на следующий год, в 81 году вышла статья Гуса, а в 82 вышла статья Андрея Линде, который модифицировал эту модель инфляции. Там идея состояла в том, что пузырек один, и поле, которое заставляет Вселенную раздуваться, устроено немного хитрее. Что было «до» в такой модели? Какой-то мир, заполненный каким-то полем, мог очень долго сидеть в состоянии, где эта величина равна нулю. Вот тут вот сидел он. И вдруг протуннелировал в другое состояние, родилась наша Вселенная, родился маленький пузырек. Этот пузырек начал очень быстро расширяться, точка на этом графике начала катиться вниз. Но катилась бы она очень медленно. Пока она сидит в этой части, Вселенная фантастически быстро расширяется, и за эту 10- 30 секунды, увеличивает свой объем в 101000 раз. Очень сильно. Мы сидим внутри этого пузырька, где-то глубоко внутри, не обязательно в центре. Важно, что границ мы не видим, проблем с границей никаких не возникает. А когда поле скатится вниз, оно начнет колебаться вблизи положения равновесия - и это приведет к разрыву Вселенной, к рождению частиц.

Всякие колебательные движения часто приводят к излучению энергии. Возьмете электрон, начнете его колебать, он начнет излучать электромагнитные волны. Если не просто вы его трясете, а он это сам делает, в итоге вся энергия выделится. Если у вас две черные дыры крутятся одна вокруг другой, у вас гравитационные волны рождаются. В конце концов все это сольется в одну черную дыру, процесс прекратится, но выделится большая энергия. Так вот и здесь, наша Вселенная, как мы ее знаем, родилась, когда это поле, которое двигало инфляцию, с оригинальным названием инфлатон, в итоге свалилось в свой истинный минимум, то возникла наша горячая и уже расширяющаяся Вселенная. А после этого уже началось все, что мы знаем, то, о чем поется в начале каждой серии в «Теории Большого взрыва». А вначале было именно это, и все проблемы по большому счету решались в такой модели.

Тем не менее, модель потом постоянно модифицировалась, появлялись красивые модели вечной инфляции, где у вас возникает много ветвящихся Вселенных, в которых могут быть разные физические законы, какие-то быстро схлопываются, какие-то расширяются очень долго и остаются пустыми. Все что угодно может быть. Мы можем появиться только там, где мы появились, то есть нам нужны довольно стабильные экзотические условия. Мы существа тепличные, у нас понизить температуру или повысить на 100 градусов - и мы уже не переживем.

Так что сейчас космологическая картина, с одной стороны, является не устоявшейся относительно этих первых мгновений, то есть как произошел Большой взрыв, что было до, каковы были всякие детали. Нет какой-то единой точки зрения, но есть хорошая стандартная гипотеза – это инфляционная модель. Если кто-то рассказывает какую-то общепринятую картину, что ученые думают, то всегда рассказывается инфляционная модель: это самое стандартная, проработанная, красивая, лучше всего вписанная в наблюдаемую картину, модель ранней Вселенной. Что мы можем узнать в ближайшем будущем относительно инфляции?

Если все очень хорошо, вообще говоря, эту теорию могут подтвердить в этому году, это было бы очень хорошо, потенциально это возможно, потому что летает европейский спутник Планк, который закончил основную программу космологических наблюдений, просто требуется год-два на обработку этих данных, этим люди сейчас занимаются, им строго-настрого запрещено сообщать какие бы то ни было данные наружу, потому что это была бы утечка информации. Должен настать момент, когда от имени коллаборации, убедившись, что внутри нет никаких проблем, официально представят информацию. А если кто-то за месяц или за неделю прибежит и скажет, что мы подтвердили инфляцию, мы не видим никакого сигнала, который был бы связан с инфляцией, это будет довольно большой скандал. Их каждую конференцию любят об этом спрашивать - они загадочно улыбаются.

Так вот, этот спутник снова предназначен для изучения реликтового излучения, но еще лучше и еще точнее. И в реликтовом излучении может быть отпечаток инфляционной стадии Вселенной: если его увидят, то это будет подтверждением. Никто точно не может сказать, на каком уровне должен быть этот сигнал, поэтому просто чувствительности спутника может не хватить, чтобы его выделить. Я не думаю, что спутник Планк может закрыть инфляционную модель, но подтвердить ее он способен. Что делать в будущем – опять-таки понятно: нужно искать, например, гравитационные волны, которые в молодой Вселенной рождались, но это требует постройки достаточно дорогих, продвинутых установок. Пока все проекты таких спутников, которые появлялись, все в итоге закрывались, потому что спутники эти дорогие, и, несмотря на то, что они признаны отвечать на очень важный результат, у них есть один недостаток, который в астрономии очень не любят. Есть два разных подхода к познанию Вселенной, условно говоря. Подход физики элементарных частиц и подход астрономии. Физики элементарных частиц строят ускоритель. Они строят его, чтобы открыть бозон Хиггса. Они могут его либо открыть, либо не открыть. Больше они ничего не ждут от Большого адронного колайдера.

Астрономы строят телескоп. Пока они его проектируют, пока они получают финансирование, они могут вам говорить, что они строят его для того, чтоб увидеть самые первые звезды. Они могут увидеть, могут и не увидеть, будет довольно удивительно, но главное, что телескоп помимо этого увидит массу всего интересного, а может, что-нибудь интересней, чем эти самые первые звезды, как много раз происходило. Как вот, например, было открыто ускоренное расширение Вселенной. Ну изучали они эти сверхновые - а в итоге открыли ускоренное расширение Вселенной. Установки типа детекторов гравитационных волн от ранней Вселенной вряд ли откроют что-то удивительное - они могут либо открыть их, либо не открыть. Поэтому там нет гарантированного результата, и нет обилия возможностей для получения неожиданных результатов, поэтому такие проекты, хоть и являются важными, но в итоге проигрывают в конкурсах. Люди делают либо что-то гарантированное, либо что-то, что может дать какие-то неожиданные чудеса в большом количестве.

Наверное, последний кусочек, который я успею рассказать, будет не этот, а вот этот. Всю десятку мы обсудить не успеем, но оно и не страшно, я так думаю. Самая старая работа в этом списке. До этого самой старой была работа Шакуры-Сюняева 73 года. Работы типа карты галактики, конечно, будут вытеснены: кто-то построит карту пыли галактики точнее, и та работа просто обрежется, на нее перестанут ссылаться совсем. Есть WMAP, сейчас выйдет релиз данных Планка - все перестанут ссылаться на WMAP. И через 10 лет, рассказывая что-то похожее, WMAP уже никто не вспомнит, а все будут говорить о Планке. Если вдруг теория инфляция по какой-то фантастической причине не подтвердится, тоже все это выпадет, так что держаться на вершине тяжело. И эта статья в некотором смысле показательна, тем более, что вещь, которая цитируется, она предельно проста.

Итак, есть звезды. Вообще говоря, мы видим что-нибудь вокруг, потому что есть звезды. Днем мы что-то видим, потому что Солнце светит, вечером – потому что электричество светит. Весь у нас свет фактически – это свет звезд, кроме атомной энергии, да и то, если бы не было звезд, то этот уран ниоткуда бы не появлялся - просто потому, что для его создания нужны были звезды. Маленькие звезды живут долго, и это не так интересно, они еще ни разу не умерли с момента своего возникновения, а массивные звезды живут не долго, миллионы лет, поэтому у нас есть тяжелые элементы, поэтому есть мы сами. Звезда – это очень просто. Это газовый шар с примерно одним и тем же химическим составом. Вначале там было 100 процентов водорода и гелия, сейчас 98 с хвостиком. Самый главный параметр звезды – это масса, поэтому важно знать, сколько звезд какой массы есть во Вселенной.

Вот она, обещанная картинка нашей Галактики. Ее почти не видно, но видна спиральная структура. Это эволюционные треки звезд, на них останавливаться не будем. Звезды по-разному эволюционируют. Важно сказать, каких звезд больше, каких меньше. Навскидку ответ понятен. Каких звезд больше? Конечно, легких. Так всегда жизнь устроена, что маленьких предметов всегда больше, причем обычно сильно больше. Тараканов больше, чем слонов, бактерий больше, чем тараканов.

Самый долго цитируемый результат в астрофизике – эта красивая картинка. Чуть утрирую: по вертикальной оси там в очень условных единицах количество звезд, а по горизонтальной оси - логарифм массы. Вот это одна масса Солнца, это десять. То, что это можно примерно описать прямой линией, является фантастически важным результатом, потому что звездами занимается очень большое количество людей. С тех пор этой величиной - функцией масс звезд - занималась сотня, наверное, людей. Она фантастически уточнена. Она, конечно, не описывается одной прямой, там может быть много изломов, изгибов и извивов. Разные люди получают их немного в разных местах. И по большому счету, если вам нужно прикинуть, во сколько раз нейтронных звезд больше, чем черных дыр, этот вопрос в конечном счете сводится к поиску соотношения между звездами разной массы. Вы не будете учитывать все эти извивы, если не строить какую-то фантастически точную модель, вы возьмете самый простой результат, который был получен в 55 году и до сих пор остается замечательным приближением к действительности. На самом деле, эту прямую можно тянуть в одну сторону и в другую. Он тогда не мог это из данных получить, слабые звезды было плохо видно, большие звезды очень редко встречаются в солнечной окрестности. Но сейчас мы знаем, что это тянется примерно вот так от 100 масс Солнца и до 0.1 массы Солнца. Это чрезвычайно важный результат.

Вот еще раз этот список с тремя самыми техническими результатами, которые я вообще не стал обсуждать. И основная мораль, к которой я шел, - в следующем. Самое полезное – это вот это.

На необитаемый остров надо брать огромный швейцарский нож, куда вставлено все на свете. Полезными считаются востребованные вещи. Есть простая детская загадка: стоит небоскреб, в небоскребе 64 этажа, на каждом этаже 87 квартир, в каждой квартире живет 4 кошки, у каждой на хвосте по 4 котенка, у них блохи на хвостах, в доме 64 лифта, какой кнопкой в лифте пользуются чаще всего? Первым этажом, конечно. Это то, что нужно всем, хотя там никто не живет. В науке все устроено по большому счету примерно так же. Самые востребованные статьи – это то, что всем нужно. Никакое не супероткрытие: все знали, что есть пыль в галактике, но всем важно очень детально ее убирать. Все занимаются космологией, нужны космологические параметры, это просто самые точные на данный момент параметры. Через год уже будут другие параметры, все перестанут ссылаться на эту статью. Важны параметры, а не какое-то сделанное открытие.

Дальше опять - теория аккреционных дисков. В самых разных ситуациях они встречаются, всем нужна простая модель, чтобы это как-то учитывать. Дополнительная размерность – опять же есть более продвинутые модели, более точные, более детальные, но неудобные в работе. Теория инфляции – ну, в неком смысле, второе не сказать, что открытие, а интересная модель. Распределение массы темного вещества в галактиках, о чем я не говорил, - тоже результат в некотором смысле технический. Люди построили очень удачную модель, получили универсальный профиль распределения этого самого темного вещества в галактике, все знают, что он работает не очень хорошо, есть много контрпримеров, но нет ничего лучше, поэтому все используют. Опять технический результат. Ну и то, о чем мы не говорили, хокинговское испарение черных дыр – тоже в некотором смысле не открытие, но востребовано, потому что люди занимаются черными дырами, поэтому на это ссылаются. На этой оптимистической мысли о том, что если вы хотите, чтобы плодами вашего труда люди активно пользовались, то полезней написать не гениальное стихотворение, а составить хорошее расписание поездов или телефонную книгу, и читать это будут гораздо чаще. Спасибо!

Обсуждение лекции

Борис Долгин: Спасибо большое! На самом деле, очень поучительный вывод. Его даже можно, наверное, попробовать раздробить на следующие условные варианты потенциально популярных статей: 1) собственно инструментарий как таковой, которым могут пользоваться, 2) нечто обзорное - уже после какого-то резкого скачка, но перед каким-то спокойным развитием науки, 3) наверное, что-то методологическое, какая-то модель, которая просто может использоваться как уже существующая.

Сергей Попов: Ну и сами открытия. То, что, скорее всего, называли бы люди. Например, ускоренное расширение Вселенной. Я думаю, на это ссылаться будут долго.

Борис Долгин: Надо сказать, что и в гуманитарных науках часто ровно по тем же причинам самые общеупотребимые вещи – это либо то, что относится к сугубо технической части, некая методическая инструкция, или методологическая вещь, к которой нужно отослать, чтобы подробно не объяснять методологию, из которой в данном тексте ты исходишь. В этом смысле полученный результат имеет универсально значимый характер.

Есть еще одно маленькое сопоставление - это интересно соотносится с тем, как мы как будто бы пытаемся переключать акценты в образовании с усвоения материала к этим самым компетенциям, то есть, собственно, к умению этот результат получать и к знанию того, где взять те некоторые дополнительные данные, которые нужны для того, чтобы с ним работать. Есть ли у кого вопросы?

Михаил. Вот вы пропагандировали теорию расширения Вселенной. А как она объясняет столкновение галактик?

Сергей Попов: Строго говоря, это несвязанные вещи. Смотрите, у вас родилась Вселенная. Важным предсказанием теории инфляции не из оригинальных статей, а из их развитий является то, что есть некая неоднородность плотности: где-то вещества больше, где-то меньше. У вас перед глазами расширяющаяся Вселенная, все в большом масштабе друг от друга удаляется, но там, где было плотнее, гравитация все-таки схватывает это вещество. Есть противодействующий процесс этому расширению – это гравитационное притяжение. Повторюсь, в ту сторону есть галактика, которая со скоростью больше скорости света от нас удаляется. Но я бросаю этот пульт - и он падает. Он ничего не знает про эти галактики, потому что он связан с земной гравитацией. То же самое происходило во Вселенной. У вас возникают области, гравитационно связанные. В них уже отдельно возможно образование структуры. В большом масштабе у вас структуры размером больше, чем 100 миллионов световых лет быть не может: Вселенная ее разорвет. А в маленьком масштабе, если будет видно, происходит примерно вот что: мы знаем, как образуются скопления галактик. Там видно, как галактики схлопываются, сталкиваются одна с другой. Причем в неком смысле это действительно видно. Мы не можем подождать 200 миллионов лет, пока галактики столкнутся, но мы видим галактики на разных стадиях эволюции. Мы видим протоскопления галактик, когда они еще не успели сжаться на красном смещении 6. Поближе мы видим уже более плотные скопления. Еще ближе – еще более плотные. Но вот другой результат – это как раз то, что время вниз - масса галактики вбок. Это легкая галактика, она очень быстро сложилась, в очень ранней Вселенной. Она очень компактная, потому что тогда средняя плотность вещества была большая. А вот тяжелая галактика, которая сейчас у нас видна как большая, она потихоньку складывалась из поглощения маленьких спутников, каждый из которых, как вот эта дохленькая галактика, и она сложилась только сейчас. Профиль у них будет примерно одинаковый топологически, но вот эта массивная галактика рождалась позже. Она прямо на наших глазах рождается. Поэтому как раз образование крупномасштабной структуры, в том числе, и слияние галактик, которое входит туда как финальный элемент, не просто укладывается в общую картину расширения Вселенной, но сейчас является одним из основных источников знания космологии. Вот картинка, тут пересекаются 3 вещи: сверхновые, реликтовые излучения и барионно-акустические осцилляции. По сути, это структура распределения галактик, то есть то, как они распределены, как эта структура развивалась, росла, это является одним из основных источников знаний о Вселенной.

Константин. У меня вопрос, а что в будущем будет? Вселенная будет полностью пустая и темная?

Сергей Попов: Строгий ответ, что мы не знаем. Экстраполяция так далеко незаконна. В этом смысле что можно сделать… Можно сказать, какая погода будет завтра. Простой ответ – такая же, как сегодня. Если динамика расширения Вселенной не изменится, то, что сейчас является связанным, например, наша Галактика, наше скопление галактик, они уже гравитационно связанные объекты, они не чувствуют расширение Вселенной, они останутся. Более крупные объекты расширение Вселенной унесет от нас. Поэтому, выйдя посмотреть на ночное небо через 10 миллиардов лет, вы увидите примерно то же самое. Какие-то звезды погасли, зажглись, их будет 6000 штук на небе. Как сейчас, по 3 тысячи на половинке. Если у вас вместо глаз будут десятиметровые телескопы, то слабых галактик вы будете видеть меньше, потому что они вылетят за пределы наблюдаемости.

Александр. Вы можете как-нибудь прокомментировать такие доказательства реальности расширения Вселенной, как зависимость кривых блеска от красного смещения? Вроде там были какие-то попытки показать, что есть реальное сокращение времени. А с другой стороны, утверждается, что пока мы будем определять расстояние до них, используя сами кривые блеска…

Сергей Попов: Кривая блеска позволяет нам определить, сколько энергии было выделено. То есть мы считаем, что по кривой блеска мы можем узнать, каково было энерговыделение. И тогда по видимому блеску мы напрямую определяем расстояние. Повторюсь, вручение Нобелевской премии за это самое показывает, что методика очень независимыми методами хорошо проверена. Все так и есть на самом деле. В неком смысле - да, это доказывает расширение Вселенной.

Александр: Я, наверное, плохо выразился. Речь идет о временной зависимости кривой блеска. Начальная стадия, конечная стадия. Когда вы пересчитываете для кривой блеска на каком-то Z, то она показывает реальное сокращение времени. Есть ли возражения по этому поводу?

Сергей Попов: Я не слышал серьезных возражений. На самом деле, все-таки уже довольно бессмысленно было бы критиковать отдельный результат. «А вот можете ли вы прямо по кривым блеска показать, что это единственный эффект?» Это можно показать по большому комплексу данных, поэтому я бы сказал, что отдельно уединенный такой вопрос, на мой взгляд, уже лишен смысла.

Мария: Подскажите, пожалуйста, как вы относитесь к модели Вселенной Плыкина?

Сергей Попов: Боюсь, никак. Впервые слышу.

Мария: Я тогда уточню. Он утверждает, что материя во Вселенной состоит не из частиц, а из энергии и информации.

Борис Долгин: А кто такой Плыкин?

Мария: Это советский ученый, физик-материалист. У него достаточно нестандартный взгляд, у него собственная разработанная модель Вселенной, поэтому я хотела уточнить. Он, соединив науку и религию, достаточно аргументированно доказал существование высшей гармонии, высшей упорядоченности.

Сергей Попов: Я не в курсе.

Борис Долгин: Вообще, когда характеризуя какого-то ученого, говорят о том, что он противостоит всем, обычно это четкий маркер специфического типа писательства.

Николай. Я, наверное, не очень понял, почему высвобождается такая большая энергия, когда маленький предмет падает на нейтронную звезду?

Сергей Попов: Идея очень простая. В 9 классе была формула E = mgh. Масса, ускорение свободного падения, высота. Масса какая есть, такая и есть. А вот в случае нейтронной звезды очень большое ускорение, и в некоем смысле очень большая высота. Самое главное – большое ускорение. Ускорение – это масса объекта, который притягивает, делить на его размер. Нейтронная звезда имеет массу, как у Солнца, но вы все это сжали в 10-километровый шарик. Поэтому там колоссальное ускорение. Вы кидаете этот предмет - и он разгоняется до скорости 0.3 скорости света. Естественно, любой объект, который двигается с такой скоростью и встречается со стенкой, просто уже свою кинетическую энергию выделяет в очень большом количестве.

Юрий. У меня вопрос такой, он, скорее, геодезический. Геодезисты на земле, когда измеряют большие треугольники, они измеряют сферические избытки. Это косвенное доказательство того, что мы находимся на сферической земле. Причем эти сферические избытки исчисляются секундами. Вопрос такой: во Вселенной, когда меряем огромные расстояния, вы говорите, что треугольники получаются плоскими, а неувязка минимальна. Насколько минимальна? Является ли это доказательством плоскости? Может, Вселенная сферическая, но мы просто не видим этот избыток?

Сергей Попов: Полно я не отвечу. Конечно, мы триангуляцию не можем провести у Вселенной. Мы не можем другие базы поставить в таком масштабе. А мы видим, как к нам приходил свет. И по анализу этой картинки мы можем восстановить, двигался ли свет по плоскому пространству, где геометрия пространства его не искажала, или же он двигался по пространству, где происходили искажения, связанные уже с геометрией Вселенной в целом. Получив, в конечном счете, такую картину всего неба, мы можем сказать, что мы не можем померить искажения, связанные с геометрией Вселенной. Результат нулевой. Точность я навскидку не скажу сейчас. Главное, что даже если бы я помнил это число, я бы его не связал, как это прямо перевести в аналогию с триангуляцией.

Валерия. Вы говорили о том, что ранняя Вселенная не генерировала вещества, кроме гелия. Примерно в какой момент стали зажигаться первые звезды во Вселенной? Маленькие звезды фактически не умирали, а больших звезд очень мало. Вопрос такой еще: когда количество больших звезд стало достаточным и выделенные ими вещества были достаточными для того, чтобы сформировать планетные системы, как наша, с возможной жизнью на них?

Сергей Попов: Первые звезды мы пока не видим. Считается, что следующий космический телескоп должен их увидеть. Они возникают примерно спустя несколько десятков миллионов лет после начала расширения. В современных моделях первые звезды возникают раньше галактик: их проще собрать, они более тривиальные объекты. И первые звезды могут быть очень тяжелыми. В этом смысле самые тяжелые звезды возникают первыми, мы до сих пор не знаем, могли ли из этого первичного газа - водорода и гелия - образовываться легкие звезды, споры об этом идут. Как люди думают, спустя десятки миллионов лет образуются первые звезды. Время жизни массивных звезд – миллионы лет, то есть заметно меньше неопределенности в определении моментов рождения. Спустя те же самые десятки миллионов лет у вас начинается выброс более тяжелых элементов. Вообще говоря, уже на этой стадии вы можете образовывать звезды, обогащенные металлами, и, соответственно, в протозвездных дисках вокруг них могут начинать образовываться планеты. Так что, в принципе, наверное, можно сказать, округляя, что планетные системы могут возникать через 100 миллионов лет после начала расширения, но мир еще не выглядит таким, как мы его знаем, потому что там галактики еще только-только образуются, так что… с первыми галактиками тоже проблемы, мы видим вдали, что они еще не такие, как наши, они еще будут слияния испытывать.

Ну и, наверное, можно про первые легкие звезды, которые еще не умерли, сказать. Есть два подхода к поиску таких звезд. Это отдельная очень важная наука. Естественно, ищут звезды с минимальным первичным составом, где очень мало элементов тяжелей гелия. Раз год, раз в два бьется очередной рекорд. Искать их можно только в нашей галактике, где-то на окраинах может летать такая звезда. Сейчас они вплотную подобрались к совсем первичному составу, но еще нельзя сказать. Скорее всего, немножко тяжелых элементов есть. Поэтому этот вопрос - могла ли она быть действительно одной из первых, из нулевого вещества образованная, или нет – до конца не решен. А второй подход - для этого нужно, чтобы она была близкая, и для них можно достаточно точно измерять возраста. Их, конечно, нельзя измерять. Вы в итоге строите модель, куда все это укладываете. Буквально сегодня была статья: побит рекорд самой старой звезды, для которой возраст определен. Там неопределенность большая, 0.8 миллиарда лет, но в итоге получается на грани. Формально, она могла бы быть первой, но там уже есть тяжелые элементы, то есть все-таки она образовалась попозже. Еще я вот что скажу относительно планет. Уже по более близким по времени к нам звездам, молодым, мы видим, что чем звезда металличней, тем с большей вероятностью у нее есть планеты. Так что теоретически возможность образования планет у звезд второго поколения есть, но практически вероятность этого достаточно мала. Поэтому, ни для кого не будет удивительным, если вокруг известных звезд-рекордсменок с низким содержанием тяжелых элементов планетные системы не будут открыты, но теоретически это не исключено.

Александра. Сейчас я, может быть, буду говорить не на очень техническом языке. На самом деле, меня очень волнует вопрос, грубо говоря, краудсорсинга в астрономии. Есть спутники, которые вещают в интернете, люди даже пытаются самостоятельными силами что-то разглядеть, посмотреть, я даже читала, что такими общими усилиями была открыта экзопланета. Насколько вы видите потенциал в таком исследовательском направлении? Или это все-таки популизм, который ни к чему научному не приводит? И если это популизм, то для чего такие спутники вещают?

Сергей Попов: Сложный вопрос. Потому что все «или», которые вы сказали, они все работают. Во-первых, для тех, кто не в курсе, существует такая проблема. Аппаратура дает очень много всяких данных, в которых надо искать результаты. Для некоторых поисков человеческий мозг все равно совершенней компьютера. Второй плюс – мозгов достаточно много. Поэтому существует вполне востребованная деятельность, которая дает очень интересные результаты, когда есть какие-то профессиональные наблюдения, где проведена первичная профессиональная обработка. А дальше вам выкладываются некие инструкции. Вы смотрите на какую-то картинку – и, следуя инструкциям, говорите, похожа ли эта галактика на эту, и как вы в баллах оцениваете похожесть. Это позволяет открывать экзопланеты, радиопульсары, новый тип галактик был открыт таким образом. То есть де факто результаты действительно есть, и результаты, на мой взгляд, гораздо более значимые, чем если бы человек открыл комету или астероид, который просто еще одна комета и еще один астероид, там большой науки нет. Выглядит красиво, астероид можно чьим-нибудь именем назвать. Но реального нового знания здесь не содержится. Здесь же новое знание содержится. С другой стороны, безусловно, эти проекты, в первую очередь, популистские. В данном случае, наверное, это хорошо, потому что разрыв любой науки с теми, кто ей не занимается, большой и постоянно растет. Я имею в виду, что разрыв науки, которой занимаются люди через комнату от меня в институте, от меня очень большой. Я не очень понимаю иногда, чем они занимаются. Поэтому любые наводимые мостки, которые не являются полной иллюзией, полезны. Этот популизм полезный, это показывает, что наука что-то делает, в чем вы тоже можете принять участие. С другой стороны, все-таки если ставить задачу сугубо прагматически в узкой перспективе, не думать про какие-то глобальные вещи, говорить «вот вам миллиард долларов, вы должны получить максимум научного результата из этого», - я бы сказал, что тогда такие программы не нужны, можно эффективней потратить эти средства. Но, тем не менее, косвенные эффекты положительные. Сильно науке отрываться от общества очень опасно. Общество перестанет денег давать, если мы говори о демократических обществах. У нас ситуация несколько иная. На самом деле она не иная только в Штатах, по большому счету. Там связи между наукой и обществом очень сильные, практически на любом уровне. Поэтому только в Штатах ученые действительно очень заинтересованы в своем личном пиаре, в пиаре университетов, еще в чем-нибудь, потому что это прямо влияет на то, как люди могут заниматься исследованием. Ни у нас, ни в подавляющем большинстве европейских стран, ни в Японии такого сильного влияния нет. Поэтому у всех американских проектов есть очень красивые сайты с понятными описаниями, в других странах это почти не встречается, а если встречается, то это немножко пародия на Америку. Навскидку, если вы зайдете поискать понятное описание какого-нибудь японского спутника, который стоит столько же, сколько американская Чандра, в Википедии вы найдете 2 абзаца и ссылку на сайт на японском языке. Не нужно им это, и нам не нужно. В этом смысле такие проекты скорее полезны, если они делаются честно. С этой точки зрения, например, менее честные проекты – это который был вначале SETI@Home. Это когда люди детектируют радиосигналы, а потом ваш компьютер ищет сигналы инопланетян. Вот это чисто популистский проект, который ни к чему не ведет. То, что делает GalaxyZoo, то, что делает Einstein@home – это очень важно.

И еще одну умную мысль скажу, пока вопросы временно закончились. Я сам являюсь большим сторонником использования данных по всякой цитируемости.

Борис Долгин: У меня, кстати, был вопрос об этом. В очередной раз возникла мысль о том, как считать классику, как учитывать этих самых классиков, на которых уже не ссылаются - не потому, что они написали ненужное, а, напротив, уже слишком вошедшее в канон. Как не ошибиться здесь?

Сергей Попов: Реально де факто в науке это происходит на масштабе времени больше времени жизни классика. Поэтому болезненный вопрос цитируемости в том, что Семен Семенович получил грант, а я не получил, а у меня цитируемость в 10 раз выше. Это больной вопрос. А то, что Семен Семенович 50 лет назад умер, Иван Иванович 200 лет назад умер – это менее болезненный вопрос. Так все равно классиков не определяют. Это такой легкий ответ. В принципе, существенно просто понимать, что цитируемость – это такая сложная штука, и это никакой не ответ. Всем хочется, чтоб было как у Дугласа-Адамса, ответ 42. Тогда же может быть вопрос, в чем же вопрос. Всем хочется простого ответа, какой ученый хороший. У которого цитируемость выше, тот и хороший. В принципе, это даже правильно. Сложности начинаются, когда у одного 311, а у другого 312. Второй лучше или нет? Ни о чем не говорят числа. Если они из слишком разных областей, даже 100 против 1000 ни о чем может не говорить. Важно, что это объективная информация к размышлению. Сегодня у очень крупного известного теоретика пост был о том, что он недавно сидел в комиссии, распределяющей большие деньги в Европе, и он лишний раз подтверждает, что все равно, хотя данные по цитируемости по индексу Хирша есть, но по большому счету никто на это не смотрел. Это обсуждают в кулуарах, но все равно люди смотрят на экспертные оценки и сами их дают. Цитируемость является максимум информацией к размышлению, и это нормально, это все равно хорошая информация. Опасность состоит в том, если действительно число ссылок переводят в количество рублей, и тогда начинаются конфликты, так делать нельзя. Но, с другой стороны, прямо выплескивать ребенка вместе со всем остальным - это тоже неправильно. Эту информацию надо использовать. Хорошо, если она есть, просто надо грамотно ей распоряжаться.

Борис Долгин: Да, как и по каждым цифрам, нужно понимать, как это посчитано, и о чем это говорит - перед тем, как начинать это использовать. Потому что хочется придумать какой-нибудь механизм, который не будет коррупционен в широком смысле. Как при этом интегрировать еще экспертное знание более или менее четким и понятным образом, неформально вовлечь, осмысленно – это большая проблема во всех возможных и невозможных областях.

Спасибо большое! Как всегда, было очень интересно.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus
Loading...
Подпишитесь
чтобы вовремя узнавать о новых спектаклях, публичных лекциях и других мероприятиях!
3D Apple Big data Dragon Facebook Google GPS IBM iPhone MERS PRO SCIENCE видео ProScience Театр SpaceX Tesla Motors Wi-Fi Адыгея Александр Лавров альтернативная энергетика Анастасия Волочкова «Ангара» антибиотики античность археология архитектура астероиды астрофизика аутизм Байконур бактерии библиотека онлайн библиотеки биология биомедицина биомеханика бионика биоразнообразие биотехнологии блогосфера бозон Хиггса британское кино Византия визуальная антропология викинги вирусы Вольное историческое общество Вселенная вулканология Выбор редакции гаджеты генетика география геология геофизика глобальное потепление грибы грипп дельфины демография дети динозавры ДНК Древний Египет естественные и точные науки животные жизнь вне Земли Западная Африка защита диссертаций землетрясение зоопарк зрение Иерусалим изобретения иммунология инновации интернет инфекции информационные технологии искусственный интеллект ислам историческая политика история история искусства история России история цивилизаций История человека. История институтов исчезающие языки карикатура католицизм квантовая физика квантовые технологии КГИ киты климатология комета кометы компаративистика компьютерная безопасность компьютерные технологии космос криминалистика культура культурная антропология лазер Латинская Америка лексика лженаука лингвистика Луна мамонты Марс математика материаловедение МГУ медицина междисциплинарные исследования местное самоуправление метеориты микробиология Минобрнауки мифология млекопитающие мобильные приложения мозг моллюски Монголия музеи НАСА насекомые неандертальцы нейробиология неолит Нобелевская премия НПО им.Лавочкина обезьяны обучение общество О.Г.И. одаренные дети онкология открытия палеолит палеонтология память папирусы паразиты педагогика планетология погода подготовка космонавтов популяризация науки право преподавание истории продолжительность жизни происхождение человека Протон-М психология психофизиология птицы РадиоАстрон ракета растения РБК РВК РГГУ регионоведение религиоведение рептилии РКК «Энергия» робототехника Роскосмос Роспатент русский язык рыбы сердце сериалы Сингапур сланцевая революция смертность СМИ Солнце сон социология спутники старообрядцы стартапы статистика такси технологии тигры торнадо транспорт ураган урбанистика фармакология Фестиваль публичных лекций физика физиология физическая антропология фольклор химия христианство Центр им.Хруничева школа школьные олимпиады эволюция эволюция человека экология эмбриональное развитие эпидемии этика этнические конфликты этология Юпитер ядерная физика язык

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.