Сообщения об астрофизических открытиях приходят чуть ли не каждую неделю. Что в них реально значимо, а что является продуктом удачного научного маркетинга? Действительно ли в космологии наблюдается бурный подъем? С этими вопросами Ольга Орлова обратилась к доктору физико-математических наук, бывшему ведущему научному сотруднику группы Я.Б.Зельдовича Института физических проблем РАН, ныне - профессору физики и астрономии Канзасского университета (Лоренс, Канзас, США) Сергею Шандарину.
Сергей Федорович, недавно СМИ сообщили о том, что теория сверхбыстрого развития Вселенной получила экспериментальное подтверждение. Что имеется в виду?
Когда говорят о теории сверхбыстрого развития, имеют в виду то, что Вселенная расширяется с ускорением. Стандартная теория, которая была десять лет назад, заключалась в том, что Вселенная, хотя и расширяется, но с замедлением, поскольку гравитация тормозит расширение. Около десяти лет назад картина стала радикально меняться, благодаря уникальным наблюдениям очень далеких сверхновых звезд. Сейчас эта картина подтверждена более точными наблюдениями.
Но верно ли то, что расширение Вселенной происходит быстрее скорости света?
Нет, это упрощение физической стороны вопроса, поскольку ее очень трудно донести до обычного человека – необходимо понимать теорию относительности. Безусловно, такие процессы не могут происходить быстрее скорости света, и нет ни одного наблюдения, которое бы это подтвердило. Но что серьезно в вопросе расширения с ускорением - так это свидетельство о наличии очень странного типа материи, которую назвали Темной энергией. Необычность этой материи состоит в том, что она вызывает гравитационное отталкивание. Прежде у нас не было строгих физических оснований так думать, потому что считалось, что все гравитационные тела – не важно какие - притягиваются.
Почему, кстати, энергию назвали Темной?
Потому что она не только не светится, но и вообще не излучает электромагнитных волн, и обнаружить ее можно только по гравитационному проявлению. Это само по себе огромное открытие, хотя гипотезы на эту тему обсуждались еще с 30-х годов ХХ века, но они рассматривались чисто умозрительно, подобно математической игре. Сейчас же после обнародования данных наблюдений за сверхновыми звездами – разговоры перестали быть чисто теоретическим рассуждением. Так, в частности, ученые втечение трех лет вели наблюдение за реликтовым излучением, которое подтвердило правильность модели с ускоренным расшиением. Данные были получены в результате эксперимента, который называется WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Эксперимент получил свое название в честь Дэвида Вилкинсона – ныне покойного - который в течение многих лет вел исследования реликтового излучения и был один из лидеров этого проекта. Эксперимент проводит коллаборация многих университетов Америки, возглавляемая Принстоном. В Европе параллельно идет работа над будущим экспериментом, который называется Plank - в честь Макса Планка. Этот эксперимент будет проводиться тоже из космоса, поскольку его проведению на Земле сильно мешает атмосфера.
Что будут запускать?
Антенну и аппаратуру, которая измеряет вариации температуры в различных направлениях и другие физические параметры. Температура реликтового излучения составляет чуть меньше 3 градусов Кельвина. Это абсолютный холод, и на нашем фоне данную температуру очень трудно измерить, поскольку все вокруг горячее. Поэтому у спутников Земли, с которых ведется измерение, довольно хитрая траектория – они должны быть все время в тени, отбрасываемой Землей.
Можно ли сказать, что сейчас Темную энергию изучают с разных направлений - извне, со стороны космологии, и изнутри, со стороны ядерной физики?
Следует понимать, что существует два термина со словом «темная». Первоначально в ядерной физике появилось понятие «темное вещество» - “dark matter”. Что это такое, в точности неизвестно. Есть только наметки, что, может быть, это – неоткрытые элементарные частицы. А то, о чем я рассказывал, - это Темная энергия.
А как же утверждение физиков-ядерщиков о том, что сейчас мы наблюдаем только 4 процента Вселенной, остальное – Темная энергия?
Имеется в виду не то, что мы наблюдаем 4 процента объема, а то, что 4 процента массы находится в знакомой нам форме. И это как раз прояснили космологи. До этого велись дискуссии – 6 или 2 процента. Но последние данные от эксперимента WMAP как раз дали цифру 4 процента. И при этом надо учитывать, что под обыкновенным веществом подразумевается вещество, известное физикам, и не обязательно известное обывателю. Есть, например, такие частицы, как нейтрино. На непосвященный взгляд они весьма необычны - нейтрино способны вылетать из недр Солнца и проходить сквозь Землю. Однако физикам они хорошо известны. Вероятно, существуют подобные частицы, которые как раз уловить очень трудно, потому что они слабо взаимодействуют с известным веществом. Может быть, они не будут открыты никогда, или их открытие может напоминать историю открытия нейтрино, - частицы, которая была гипотетической в течение почти 30 лет, до открытия в лабораторных условиях. То есть здесь есть исторический прецедент. И этого вещества около 23 процентов во Вселенной. А вот оставшееся вещество – то есть около 70 процентов – до сих пор не обнаружено.
Хорошо, но вот недавно в нашей галактике нашли новую туманность в виде двойной спирали длинною 80 световых лет – ее назвали ДНК. Почему такую значительную структуру не видели раньше? И что вы думаете о той версии, что она имеет искусственное происхождение?
Это типичный пример удачного научного маркетинга, когда физическому или астрономическому явлению дают название, не столько отражающее суть явления, сколько вызывающее сенсационные аналогии. Хотя авторы сами никак не связывают гигантскую астрономическую структуру, по форме напоминающую спираль,с генетикой, проведенные аналогии с ДНК очевидно вызвали массовый отклик в СМИ. На что, по-видимому, авторы и рассчитывали. Физические процессы, объясняющие структуру ДНК, совершенно иной природы, чем процессы, связанные с астрономической структурой. Искусственное происхождение «двойной спирали» (астрономической), на мой взгляд, полностью исключено.
Однако открытия - хотя и разные по масштабу – все время случаются. Что за активность такая в космологии происходит?
Здесь есть и некоторая «заслуга» прессы, которая не достаточно объективно освещает события, придавая им не всегда заслуженную значимость. Но с другой стороны, бум в космологии начался еще в середины 60-х годов – с развитием космических исследований, когда стали вести наблюдения непосредственно из космоса. Ведь наша атмосфера препятствует проникновению, например, рентгеновских лучей. А развитие рентгеновской астрофизики – открытие рентгеновских звезд – стало возможно благодаря космической технике. Еще одним значительным шагом явился прогноз в области физики твердого тела - тогда были созданы очень точные, чувствительные детекторы излучения. Сейчас в такого рода экспериментах счет идет на отдельные фотоны, и следовательно с повышением чувствительности появляется способность видеть более слабые источники , а в космологии это значит - более далекие источники.
Можно ли сказать, что благодаря открытиям последних 30-лет, астрофизика перестала быть «наукой о ненаблюдаемом»?
Астрофизика – это молодая наука, но родилась она в недрах одной из самых древних наук, космологии или космогонии – представлении о том, как устроена Вселенная. К этой области многие ученые-физики относились пренебрежительно, поскольку там было много выдумки, психологии, философии… Наукой в полном смысле космология стала только после 50-х годов, и сейчас уже можно говорить о том, что она по точности приближается к физике. Ведь прежде многие измерения или величины в астрофизике были известны с точностью до фактора 3 (это очень грубая оценка), или даже хуже, и потому лабораторные физики не принимали это всерьез. Сейчас речь идет о точности до уровня процентов – это уже хорошая точность. Главная проблема космологов заключается в том, что мы не можем проводить эксперименты. У физиков есть возможность построить установку, в которой проверяется только одно явление, а все остальные факторы воздействия исключаются. А у нас нет возможности устранить помехи. Представим себе, что мы имеем возможность наблюдать падение листьев, но не можем делать механические эксперименты. Вряд ли было бы возможно из их траекторий вывести законы Ньютона. Что значительно легче сделать, если бросать шарики в вакууме. Во Вселенной мы не можем даже относительно изолировать хотя бы один самый небольшой или близкий объект. Однако уже сейчас астрофизика как наука проявляет некоторые признаки зрелости.
В чем они выражаются?
В том, что в подходах становится меньше романтики, а больше прагматики. Уже нет одиночек-исследователей, которые совершают прорывы, а основные достижения вырабатываются коллаборациями. Да и статьи подписываются порой сотнями авторов - проявляется в некотором смысле индустриальный подход. Мы начинали заниматься астрофизикой в романтическую эпоху, когда многое рождалось на бумаге и в обсуждении. Сейчас эксперименты планируются на много лет вперед.
В любой области есть такие задачи, при решении которых ожидаются значительные прорывы. С чем связаны ожидания астрофизиков?
Последние лет 10-15 главная задача космологии – а космология, заметим, не особенно интересуется таким «мелкими» вещами, как звезды, – измерение параметров Вселенной. Отсюда интерес к составу вещества: от этого зависит, будет ли Вселенная расширяться вечно или достигнет максимального размера, а потом начнет сжиматься. Не то, чтобы кто-то реально беспокоился о конечной судьбе Вселенной, но это интересно. Речь идет о временных отрезках в десятки миллиардов лет. Другие параметры, найденные путем анализа реликтового излучения, несут информацию о том, какого характера были начальные неоднородности в распределении вещества во Вселенной, приведшие к современным галактикам и их скоплениям и сверхскоплениям.
Есть вещи, которые очень трудно вывести из теории. Поэтому параметры Вселенной после экспериментов, в частности, после эксперимента «Планк», станут точнее.
Как технически функционируют коллаборации, которые осуществляют астрофизические эксперименты?
В их деятельности есть небольшая доля «пиара» - я наблюдал это в малых и больших масштабах. Сначала люди создают коллаборацию, и у них появляются некоторые деньги. Потом ведется огромная работа, чтобы представить свои результаты как можно в более сенсационном виде, чтобы оправдать свои расходы. Как правило, денег не хватает, поскольку в первоначальной стадии соревнования проектов каждая группа стремится выиграть, предлагая очень скромный бюджет, - так больше шансов получить финансирование. Но когда деньги уже дали, то их все равно не хватает. Чтобы получить еще больше, надо потратить часть из имеющихся средств на «пиар» - вплоть до выпуска профессионально выполненных постеров. Обычно это значительные средства; их хватило бы на оплату нескольких высококлассных специалистов. И дальше – как в бизнесе – чем больше вкладывается денег в пропаганду и рекламу, тем больше получается прибыль. Во всем мире успешнее продаются не самые лучшие автомобили, так и в науке часто финансируются не самые лучшие проекты.
Тем более, когда речь идет о тех научных областях, где трудно рассчитывать на быстрый результат?
Да, иногда результат оценить вообще невозможно. Вот, например, какой-то научной группе дали полмиллиарда долларов. Ну, разумеется, это же не глупцы и не проходимцы, и каких-то результатов в своей области они обязательно достигнут и деньги потратят на целевые расходы. Но мы никогда не узнаем, что было бы, если эти же деньги дали другой группе – в таком количестве их просто еще раз никому не дадут. Более того, у тех, кто получил деньги первый раз, возрастает шанс получить снова и снова – они ведь демонстрируют результаты, и те, кто распределяет деньги, видят, что выбраны не бездельники и деньги идут впрок. Я имею в виду, что «чистого» соревнования в науке не бывает. Тем более что, по моему мнению, в США в этом смысле сильно преувеличивается роль и заслуги американцев. Европа, конечно, существенно пострадала в научном смысле после Второй мировой войны, но сейчас она возрождается и уже соревнуется на равных с Америкой.
Что в этом смысле представляет собой Россия?
Россия – один из самых больших научных центров до сих пор. Она, конечно, пострадала от изоляции – в советское время; и от экономических катаклизмов – в постсоветский период. Однако человечески ресурсы всегда были неисчерпаемы, и отношение к науке было чрезвычайно романтическим. В Америке практически невозможно наблюдать, как люди ради науки идут на жертвы или отказываются от благ. Здесь к научной жизни подход более деловой – и в некоторых аспектах это лучше, поскольку все структуры работают налажено. Но в некоторых аспектах - хуже, потому что нет той романтической ауры, которая влекла талантливых людей в науку. Сейчас в любом американском университете есть ученые из стран бывшего СССР, и очевидно что Россия - по-прежнему поставщик умов. Как правило, на мой взгляд, приехавшие россияне не занимают в целом – я не говорю об отдельных личностях – адекватно высокой позиции в американских центрах. И этому есть несколько причин. Одни не знают, как работает система кадровых продвижений, не знают, как правильно строить отношения с коллегами или студентами. Многим требуется значительное время, чтобы научиться себя грамотно «продавать», кто-то этому так и не может научиться. А американцы в этом смысле умелые эксплуататоры - они понимают, что люди, приехавшие из более бедной страны, будут довольствоваться меньшими благами.
Вы закончили Физтех в 1971-м году. Какие у нас были тогда астрофизические школы? Конкурировали ли они между собой?
Конечно, конкурировали. Правда, я больше знаком с теоретическими школами. Со значительным уклоном в физику работали школы Виталия Лазаревича Гинзбурга и Якова Борисовича Зельдовича. У нас в группе Я.Б.Зельдовича было несколько человек, которые занимались крупномасштабной структурой Вселенной. Мы изучали, как образуются самые большие объекты Вселенной, как функционируют. Я был учеником Якова Борисовича еще в институте прикладной математики, где директором был тогда М.В. Келдыш. Потом Зельдович перебрался в Институт физических проблем, и дальше мы работали там, где, кстати, работал и С.П. Капица.
В других областях, результаты получены в группе В.Л. Гинзбурга были высочайшего уровня. Хотя бывали некоторые и трения и споры.
Более астрономическая школа была у Иосифа Самуиловича Шкловского. Москва в этом смысле являлась одним из самых больших центров астрофизики в мире. Астрономическая часть всегда была чуть ослаблена, потому что не хватало современных обсерваторий. К тому же и проект знаменитого шестиметрового телескопа, к сожалению, был не очень удачен. Он и сейчас функционирует в Архызе, но инфраструктура передачи информации там очень затруднена.
Я помню также замечательную группу в ГАИШе под руководством Соломона Борисовича Пикельнера, насколько я знаю, она до сих пор жизнеспособна. В Ленинградском Физтехе была большая мощная группа Дмитрия Александровича Варшаловича. В Пулковской обсерватории также работала группа астрофизиков, возглавляемая Николаем Николаевичем Гнединым. Наблюдения оттуда уже не велись, но специалисты были очень хорошие.
Вы поддерживаете с кем-то из российских коллег профессиональные отношения?
У меня нет совместных проектов, поскольку из моей области космологии в России практически не осталось специалистов. Есть коллеги в Германии, в Англии, в Америке - все переместились в Западные страны. Самое обидное, что из-за этого прервалась связь со студентами – по нашей специальности практически нет учеников.
Как бы вы прокомментировали решение Буша увеличить на 20 млрд. финансирование физики и математики?
Бесспорно, такое предложение можно только приветствовать. Однако пойдет ли дело дальше красивого жеста, пока неясно. Во-первых, президентству Буша осталось около двух лет, и что сделает новая администрация, никому не известно. Когда Буш стал президентом шесть лет назад, финансы США были в отличном состоянии, но его администрация ничего не сделала для физико-математических наук. Сейчас, когда финансы США находятся в плачевном состоянии, с дальнейшей явной тенденцией к ухудшению, было бы удивительно, если бы это предложение осуществилось даже частично. Но сам факт, что предлагается двинуть деньги в Америке «в обратную сторону», связан с кризисом естественно-теоретического образования. Я периодически бываю в самых разных научных центрах Америки, в частности, недавно был в Лос Аламосе. В огромном теоретическом отделе, где среди сотен сотрудников, я слышу русскую речь, вижу индусов и китайцев, но относительно редко – американцев. Поэтому, кстати, и бессмысленно пытаться копировать научную структуру США, Америка живет на гигантском импорте ученых, и потому ни в какой другой стране – тем более в России – похожая структура работать не будет. И вообще финансировать фундаментальные исследования – это дело государства. Прикладные исследования всегда могут прокормиться промышленностью, где крутятся значительные деньги, и было бы нерационально еще помогать им из государственного кармана. Ведь о них есть, кому позаботиться. Но часто работает и другой принцип – деньги тянутся к деньгам. Потому, видимо, все государственные деньги выделяемые на медицинские исследования составляют больше, чем средства для NSF и NASA вместе взятые. Я думаю, бессмысленно брать относительно маленькие деньги из госбюджета и давать их тем, у кого их и так много – ведь для них это не будет решающим в их бизнесе. Но для тех, у кого их отберут, это может сыграть решающую роль. Из кармана медиков в Америке, по-моему, можно брать, - у них денег больше, чем у всех остальных ученых, вместе взятых.
Как, в таком случае, вы относитесь к программам, связанным с поиском иных цивилизаций (SETI, METI)? Является ли их финансирование осмысленным?
Это не совсем астрофизические программы, хотя осуществляются силами астрофизиков. Но надо понимать, что поиски жизни и поиски разумной жизни – это разные задачи. Жизнь в биологическом смысле найти бесконечно трудно - нам ведь в обозримое время будут доступны только планеты солнечной системы. Однако сама разумная жизнь во Вселенной возможна. Нет законов физики, которое бы это исключали, хотя по этому поводу существует известный старый аргумент, высказанный И.С. Шкловским: либо она (разумная жизнь) не живет долго и по каким-то причинам быстро погибает, либо теряет интерес к своему проявлению. В истории нашего человечества гигантский технический прогресс привел к тому, что сейчас планета Земля стала радиозвездой из-за работы теле и радиостанций. В этом смысле Земля излучает энергии больше, чем само Солнце. Солнце в радиодиапазоне - очень спокойная звезда, астрономам это нетрудно определить. Так что если бы представители какой-то цивилизации вели наблюдение за Солнцем и увидела, что в течение короткого времени - пятидесяти лет – на нем резко возросла активность радийных излучений, то они бы быстро поняли, где нас искать.
Мы себя таким образом – пусть не специально - обнаруживаем. А они этого не делают?
Да. Радиоастрономия очень молодая наука, она возникла только во время Второй мировой войны, как следствие разработки радиолокаторов. Но если бы мы развивались такими же темпами, то сейчас уже решили бы задачу наблюдения всех звезд в определенной части – пусть, для других целей, не для поисков цивилизаций, не важно. Правда уже есть мониторы, которые следят за каждой звездой. Лет через сто это станет рутиной, все будет записываться, храниться в электроном виде, то есть можно будет следить за эволюцией. Лет через 200 мы сможем замечать и обнаруживать все, что происходит во Вселенной.
То есть нет особого смысла как-то специально продвигать эти программы?
Наука – как хороший сад – в ней должны присутствовать разные растения, в том числе и довольно редкие. Специально закрывать такие программы не стоит, это обедняет сад, но и выращивать экзотические продукты в больших масштабах тоже странно. Так же, как и унифицировать все подряд, превращая сад в плантации простых яблок. В науке мы никогда не знаем, откуда придет настоящее открытие. Самый тривиальный пример – это споры в XIX веке вокруг теории электромагнетизма. Были ученые, противившиеся ее развитию и считавшие, что нужно работать над тепловым двигателем. Действительно, тогда везде уже были паровые машины, и было бы логичнее сделать хороший, надежный паровой двигатель. Но нашлись чудаки, которые отстаивали электромагнетизм, и если бы не они, представьте, как бы мы жили.
Но если закончить тему цивилизаций, то у меня вообще несколько скептическое отношение к этому вопросу. И вот почему: у людей была возможность обнаружить иные цивилизации – европейцы нашли индейцев в Америке, или аборигенов в Австралии. Результаты нам известны: отдельные профессора изучают развалины домов и остатки черепков. Разница в уровнях развития может быть серьезным препятствием для нахождения взаимопонимания. Если иные цивилизации окажутся более развитыми в техническом отношении, чем мы, они начнут нас изучать - в лучшем случае, и эксплуатировать – в худшем. Так что я не питаю иллюзий на тот случай, если какая-то более развитая цивилизация нас обнаружит. А менее развитую, чем мы сами, нам будет обнаружить трудно. Поэтому мне кажутся наивными рассуждения о том, что представители более могущественного разума дадут нам какие-то технологии, и мы, например, разбогатеем.
Или станем бессмертны.
А нужно ли это?..