Фото: (Агентство наса)
| Вид материала | Документы |
- Проект бюджета наса на 2002, 82.79kb.
- Реферат по курсу свч по теме: «Цифровые фото- и видеокамеры», 224.6kb.
- Федеральная целевая программа "Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники", 3538.74kb.
- Прайс на услуги/работы ООО «Агентство «Брэнд Капитал», 9.92kb.
- Аов 30 Под фото, 120.6kb.
- «Маркетингове дослідження ринку фото послуг на прикладі фото підприємства», 389.37kb.
- Аргенбрюк Новоколхозное, 46.74kb.
- Библиотека украинской литературы горячие страницы украинской печати, 652.54kb.
- Конкурс моды и фото «Мельница моды», 48.53kb.
- Меня зовут Кириллов Дмитрий Михайлович (фото №1), я один из двух продолжателей железнодорожной, 58.91kb.
«Астрофизика сегодня»Беседа с Игорем Москаленко
Специально для TERRA NOVA
Фото: ссылка скрыта (Агентство НАСА)
Игорь Москаленко, доктор наук (Ph.D.) – ведущий ученый группы физиков Стэндфордского университета, занимающейся исследованием свойств материи и астрофизикой. Работал в России, Польше, Италии, Германии и Франции над аналогичными проектами. В США переехал в 1999 году. Под свои программы неоднократно получал гранты ведущих мировых исследовательских организаций, включая НАСА (NASA). Один из двух создателей широко используемой модели Галактики GALPROP и популярного научного сайта. Разработки Москаленко являются одной из ключевых тем в ряде научных экспериментов на орбите и в стратосфере, в том числе в международном проекте запуска орбитального гамма-телескопа GLAST в 2007 году.
TERRA NOVA: Игорь, как началось Ваше увлечение наукой?
Игорь Москаленко: Все началось в раннем детстве. Мой отец закончил МИЭМ, всю жизнь активно занимался математикой, мама - экономист. Я родился в 1962 году. Отец с детства приучил меня решать задачи. Даже когда мы гуляли, еще до школы, прямо на улице он всегда задавал какую-нибудь задачку. Приносил домой простейшие задачки, типа уравнений с одним неизвестным, мне страшно нравилось их решать. Так что, попав в школу, я ничего не делал до седьмого класса, потому что уже всё знал. Кроме математики мне в какой-то момент очень понравилась химия, все учебники по которой я прочитал за одно лето. После этого долго занимался опытами, приводя в ужас моих родителей. Испытал большое влияние журнала «Химия и жизнь», откуда черпал многие нужные сведения...
В то время «Химия и жизнь» был, кстати, прекрасным источником не только технических знаний, там публиковались хорошие литературные материалы. Но не все это знали...
Да, это правда. И вот частенько, когда родители приходили домой, комнаты были наполнены синим или красным дымом от моих экспериментов. Потом я также увлекался геологией, минералогией и, наконец, астрономией. Даже сделал телескоп. Сам шлифовал зеркала. На телевидении в то время были всякие обучающие программы, и я тоже там выступал и рассказывал, как можно сделать телескоп из подручных средств. Еще мне повезло со школьными учителями. Хотя это была обычная московская средняя школа (№ 546), но там были замечательные учителя математики и химии. Математик, например, делил класс на группы: тех, кому все надо повторить несколько раз; тех, кого не надо было тормозить; и тех, кто «посредине», и с каждой группой работал по разной методике. Быть в «способной» группе было страшно интересно. Потом я ходил на курсы подготовки в МИФИ вместе с другом, которому тоже очень нравились физика и математика. В то время я и начал изучать опыты Резерфорда, атомную и ядерную физику. Мой дядя тогда работал в институте редкоземельных металлов. Я сказал ему как-то, что хочу повторить опыты Резерфорда по рассеиванию альфа-частиц, и мне для этого нужен уран. Тогда он принес мне в кармане кусок урана. Я сделал для него куб из свинца, просверлил отверстия, положил его туда... Проблема была в том, что альфа-частицы далеко не летят, и мне была нужна очень тонкая фольга. Лучше всего из золота и, практически, просвечивающаяся. Мы такой найти не смогли, так что опыт пришлось свернуть, а уран отдать дяде. Далее в моей жизни была длинная цепь случайностей, где, казалось бы, возникал всегда один вариант выбора, но этот вариант был правильным. Так, например, в самом конце школы я поссорился с другом на почве решения одной задачки и, в результате, пошёл поступать в МГУ, а не в МИФИ. У нас на физфаке МГУ были очень хорошие профессора, преподаватели. Друг же, проработав физиком какое-то время, ушел в бизнес и теперь стал директором спортивных передач на российском телеканале.
Очень характерное развитие карьеры научного специалиста в России...
А что Вы думаете насчёт этой цепочки событий (и последующих) – были ли они, действительно, случайными? По-моему, все случайности – закономерны, просто мы этого не всегда понимаем...
Может быть, мы этого не понимаем. Универсального ответа нет, каждый должен решать для себя. Дело в том, что я этим случайностям всегда подчинялся. Тем более, что в жизни у меня было очень мало выбора – куда пойти, где работать... Никогда не выбирал и никогда не жалел. Если человек чувствует в себе желание и силы работать, то куда бы он ни пошел – все равно своего добьется.
Как Вы стали именно физиком-теоретиком?
Сначала я очень хотел стать экспериментатором, работать в Дубне. Одно время также нравилась работа программиста. Начал писать на ассемблере.
Не на языке ли ассемблера любимого нами IBM-360, скопированного в советскую систему «ЕС»?
Да, на нем самом, в университете многие на ней работали, включая многочисленных выпускников из спецшкол, интерната МГУ и т.п. У них уже в школе были ЭВМ, а в простых советских школах не было. Это было страшно интересно. Так что где-то в середине учебы у меня возник выбор – стать системным программистом или физиком. И тогда я решил – программистом я ещё успею, а сейчас лучше стать физиком. Привлекала меня работа экспериментатора, исследования элементарных частиц. И тогда научный сотрудник института ядерной физики МГУ Попов, работавший в той лаборатории, куда я потом и распределился, сказал мне похожую вещь: «экспериментатором стать ты еще успеешь, а вот теоретиком лучше сейчас». Вот так я и стал теоретиком. Особенно интересно было заниматься физикой элементарных частиц, теорией поля и смежными областями. Люди, с которыми я работал, принадлежали к школе Ландау. Работали там очень много и нагружали всех так, что всегда оставалось ощущение, что работа недоделана...
Очень знакомая ситуация. Все наши «силиконовые» компании именно так и работают – у людей перманентное ощущение «недоделанности»...
А при этом все выкладывались полностью... Я работал в атомно-ядерной лаборатории профессора Балашова, а вот астрофизикой никто там до меня не занимался. И это продолжалось вплоть до 1987 года, до конференции по космическим лучам в Москве. На нее я, как водится, попал случайно, один коллега предложил присоединиться к оргкомитету во время неформального разговора в столовой. На этой конференции я познакомился с коллегами из Польши, и вскоре они меня пригласили поработать с ними. Это был 1990 год, там как раз произошла революция, смена власти, так что к моему приезду там уже расцвела экономика и царила эйфория.
Я работал в университете в Лодзи, атмосфера способствовала продуктивности, за первые полгода я выдал шесть статей. Тогда же у меня появилась уверенность в себе и понимание, что я могу работать один, если понадобится.
В 1991 году я вернулся в Москву и сказал, что хочу работать над собственными идеями.
Такая постановка вопроса далеко не всегда воспринимается позитивно...
В результате возник конфликт с шефом, и я решил уйти в другой отдел. Меня брали в отдел профессора Тверского – известного теоретика-космофизика, открывшего радиационные пояса Земли одновременно с американцем Ван Алленом. Предоставляли полную свободу тематики, а мой шеф не отпускал. Закончилось тем, что в последний день своей жизни (ещё одна случайность) тогдашний директор Теплов подписал приказ о моем переходе. Если бы этого не произошло, жизнь моя, наверное, сложилась бы совсем иначе. Тем временем, как вы помните, ситуация в стране резко ухудшилась, зарплаты были мизерные, и кормились мы только на гранты, которые пробивали с большим трудом.
Где Вы потом работали, до приезда в Америку?
Сначала была Франция, где однажды путешествуя в промежутке между двумя конференциями я, опять же совершенно случайно, оказался в Париже. Там, я заглянул в астрофизический институт, где, поговорив с коллегами, получил приглашение поработать в Тулузе, в центре по исследованию космических излучений. Это был очень продуктивный год. Потом работал в Италии и несколько лет в Германии, в институте Макса Планка, недалеко от Мюнхена, где в качестве приглашенного ученого участвовал в астрофизических программах и разрабатывал собственные идеи. Потом, в 1999 году, получил премию от NASA и начал работать в NASA Goddard Space Flight Center в Мэриленде. Там мне была предоставлена полная свобода творчества.
Можно ли сейчас ожидать от современной физики каких-то глобальных открытий?
Если помните, в начале 20-го века была ситуация, когда вся физика казалась прозрачной и понятной. Были отдельные неясные места, допустим, линейчатые спектры атомов, какие-то еще мелочи. Но в основном вся физика была понятна, изучена, все считали, что на этот век вся физика закончена. Что после этого случилось? Теория относительности, квантовая механика, атомная бомба... Появились ядерные электростанции, теперь термоядерные электростанции. Сейчас мы находимся на пороге таких же изменений. А именно: несколько лет назад Вселенная была «понятна», изучена, за исключением отдельных мелких нестыковок и недостатков. Сейчас же выясняется, что-то, что мы видим, т.е. видимая часть Вселенной, которая состоит из атомов и молекул и частью которой мы сами являемся, – это только 4% от массы Вселенной. Из чего сделана вся остальная Вселенная, мы не знаем. Считается, что 25% – это «темная» (или «черная») материя. Что такое темная материя? Ничего плохого в слове «темная» нет. Темная она потому, что мы ее не видим. Все остальное – это черная энергия, но она тоже никакого отношения к черноте не имеет, просто лучшего названия никто не придумал, вот так и назвали. Недавно, буквально несколько лет назад, физики поняли, что мы «знаем» только то, что происходит в 4% Вселенной, и то не совсем. Из чего состоят остальные 96% Вселенной мы не знаем.
Как же можно узнать из чего состоят «невидимые» 96%?
Сейчас готовится серия экспериментов, некоторые из них уже проводятся, некоторые в ближайшем будущем будут выполняться на орбите, другие - на Земле. Что это за эксперименты? Во-первых, CERN, это огромный коллайдер (ускоритель) LHC (LHC = Large Hadron Collider), который сейчас строят и который должен быть запущен в конце 2007 года. Ожидается, что с его помощью откроют частицы, которые предсказаны теорией «Великого объединения».
А что понимается под «Великим объединением»?
Это то, что объединяет три из четырех взаимодействий, а именно электромагнитное, слабое и сильное. Я напомню, что слабое и электромагнитное уже были объединены Вайнбергом, Саламом и Глэшоу, и они получили за это Нобелевскую премию 1979 г. Предсказанные ими частицы Z0-бозон и W-бозоны были открыты четырьмя годами позднее. Это было еще в 80-х годах. Сейчас же все ждут, что будут открыты частицы, которые предсказаны теорией «великого объединения», а именно хиггсы и все остальные, и мы поймем причину возникновения массы. Мы же не знаем, почему возникает масса. Хиггсы - это частицы, ответственные за массу, предполагается, что мы их увидим. В частности, кроме этих хиггсов предполагается увидеть нейтралино, суперсимметричные частицы, которые слабо взаимодействуют, но очень массивные, которые, возможно, и отвечает за скрытую массу Вселенной, так называемую темную материю. Вот эти частицы, по-видимому, и определяют существующую структуру Вселенной.
А что это за термин «суп», который физики используют для описания событий после «Большого Взрыва» («Big Bang»)?
В первый момент, после «Большого взрыва», когда Вселенная создавалась, возникло огромное количество частиц, в какие-то секунды, это был некий бульон, где варились кварки, глюоны, лептоны, фотоны и все прочее. До некоторого момента, фотоны были энергичные, они взаимодействовали со всеми частицами и рождали новые. Таким образом, происходило постоянное рождение-исчезновение, как мы его называем - «суп». С расширением Вселенной эта смесь остывала, кварки начинали взаимодействовать и вместе с глюонами превращались в нуклоны. Через некоторое время, когда частицы остыли, фотоны перестали взаимодействовать с частицами и рождать вторичные частицы. В этот момент и отделилось от вещества реликтовое излучение, которое мы наблюдаем и сейчас. Наряду с нормальными стабильными частицами, а именно протоном, антипротоном, нейтроном, антинейтроном, электроном, позитроном и фотонами с того момента предположительно (пока не открыто) остались тяжелые суперсимметричные частицы. Они никуда не девались, существовали все это время, и обладают такими свойствами, что частицы и античастицы – одинаковы. То есть пара этих частиц может аннигилировать и превращаться в обычные частицы. Значит, они ниоткуда не возникают, их количество с тех пор только уменьшалось. Но в тот момент, когда появился газ во Вселенной, когда эти частицы занимали весь объем, началось формирование так называемой крупномасштабной структуры Вселенной. В формировании этой структуры эти частицы принимали активное участие, так как они взаимодействуют гравитационно. Также, они взаимодействуют посредством слабого взаимодействия, которое настолько слабо, что в результате они могут спокойно пролететь сквозь Солнце или Землю, не взаимодействуя, как нейтрино.
Представить частицу, проходящую насквозь через Солнце и Землю, обычным человеческим воображением практически невозможно...
Очень маленькая часть из них взаимодействует. Поскольку их много, то они влияют на распределение материи во Вселенной, а именно, вот если мы, допустим, посмотрим на газ в этой комнате, то он распределен равномерно, потому что здесь нет сил притяжения. Между частицами на маленьком расстоянии есть сила отталкивания, поэтому газ равномерно заполняет весь объем. Если взять те же самые частицы, наделить их свойством притяжения, то газ в этой комнате превратится в сгустки. Допустим, если некий случайный объект, например, вентилятор, создает флуктуации плотности, они начнут гравитационно притягивать газ изо всех остальных мест и расти. И это похоже на то, что возникает во Вселенной. Во всех моделированиях, появляются сгустки материи, возникают некие цепи, и они неравномерно распределены. Это так называемая «Космическая Сеть». Без темной материи такая структура не образуется или образуется гораздо медленнее.
Когда была обнаружена «тёмная материя» и что это такое?
Темную материю обнаружили довольно давно, где-то в 30-е годы, наблюдая кластеры галактик. Кластеры – это множество галактик находящихся на довольно близком расстоянии, и движущихся в разных направлениях. Если предположить, что законы движения едины во всем пространстве, то законы Кеплера, установленные для планет движущихся вокруг Солнца, должны действовать также на галактики. Если мы посчитаем количество этих галактик, их массу, массу кластера, то увидим, что скорости этих галактик очень большие. Гораздо больше, чем те, которые бы соответствовали этим галактикам, если бы они были связаны. Тогда получается, что эта структура как бы образовалась случайным образом. Предполагая, что это не так, что кластер связан, что галактики сосуществуют миллиарды лет вместе, оказывается, что тогда требуется значительно большая масса, чем та, которую мы наблюдаем. Это и есть та самая «темная масса». Цвики (Zwicky), был первый, кто обратил на это внимание, но его открытие лежало с 30-х годов невостребованным и неосмысленным до недавнего времени, когда стали обнаруживать темную массу и в других экспериментах.
А присутствует ли «темная масса» в нашей собственной Галактике, Млечном пути?
Вообще, во всех спиральных Галактиках! Если то вещество, которое мы видим, и образует всю массу, то можно, наблюдая сколько вещества находится на определенном расстоянии от центра Галактики, посчитать скорости звезд, которые вращаются вокруг этого центра. Значит, если вещество, которое мы видим, это все вещество, то скорости звезд должны сильно уменьшаться с расстоянием, потому что вся масса сконцентрирована в основном в центре. А мы знаем, например, в случае с планетами, что Меркурий обращается очень быстро вокруг Солнца, Венера медленнее, а Плутон он вообще один раз в двести пятьдесят лет, но это не только потому, что он находится на расстоянии в 40 раз дальше от Солнца чем Земля, - у него еще и скорость меньше. То же самое должно происходить и со звездами. И скорости соответственно уменьшаются, чем дальше, - тем медленней. Оказывается, что в случае со спиральными галактиками и с нашей собственной Галактикой Milky Way все не так. Оказывается, что скорости звезд не уменьшаются, а остаются постоянными, то есть, как бы существует некоторое дополнительное вещество, которое мы не видим, и оно существует параллельно с нормальным веществом. Звезды чувствуют гравитационное поле этого вещества и поэтому они вращаются со скоростью, которая является постоянной, фактически от центра Галактики до ее окраин. Это так называемые кривые вращения, это другое доказательство того, что есть темная материя и в спиральных галактиках она играет важную роль, потому что ее там очень много. Можно сказать, что без темной материи невозможно было бы формирование спиральных галактик!
Что же это за вещество?
Обсуждаются различные идеи. Например, холодный газ, или остатки звезд, такие, как черные дыры, которые мы не видим, или нейтронные звезды, или просто холодные, сгоревшие звезды, которые состоят из какого-то вещества (углерода, кислорода), но они остыли и поэтому не видны. Оказывается, что такое количество нормальных звезд невозможно наработать за время жизни галактик. Некоторые из этих гипотез отпадают. Остаются другие, и в частности суперсимметричные теории, теории великого объединения.
Не может ли за этим стоять новая, неоткрытая еще частица?
Говорят, что должна существовать стабильная частица нейтралино, массивная, которая может объяснить эти наблюдения. Тогда встает вопрос - а как ее обнаружить? Поскольку она слабо взаимодействующая, она спокойно проходит сквозь Солнце и Землю, и возникает задача - как ее зарегистрировать? Один из экспериментов – это LHC в CERNе, где пучок протонов высоких энергий сталкивается с другим пучком протонов и в центре масс возникает очень большая энергия, где рождаются очень тяжелые частицы, в том числе и эта. Но всегда есть но. Ее можно обнаружить, а можно и нет, она очень тяжелая, но слабо взаимодействующая. Поскольку мы сталкиваем протоны, а протоны это адроны, т.е. сильно взаимодействующие частицы, они рождают в основном сильно взаимодействующие тяжелые частицы, которые должны распадаться, то есть та частица, которую мы ищем, будет продуктом их распада. Таким образом, это не прямой канал, когда мы сразу рождаем эти частицы, а непрямой. Скажем так, на миллиард взаимодействий, может найтись всего лишь несколько таких частиц, а может и не найтись. Поэтому очень сложно зарегистрировать эту частицу и строятся просто фантастической сложности детекторы, которые способны сделать это. Ничего сложнее человечество не построило.
Есть ли другой способ обнаружения этой таинственной частицы?
Другой тип экспериментов происходит в космосе. В космосе, мы знаем, полно этого вещества, которое постоянно аннигилирует. Не нужно ничего делать, чтобы его родить, оно есть, его нужно просто зарегистрировать. Значит, на что направлены эти эксперименты? Один из них направлен на то, чтобы зарегистрировать вторичные частицы аннигиляции, это антипротоны и позитроны. Антипротон - это античастица протона, а протон – это, собственно, ядро элемента водорода. По сути, это ядра антиводорода. А позитроны – это античастицы электронов. А электронами занимаются все, кто занимается электроникой. Почему ищут в них? Потому что в момент Большого Взрыва произошло нарушение симметрии и, скажем, некая область Вселенной, мы не будем говорить какая, мы не знаем, оказалась заполненной веществом, т.е. вещество здесь доминирует, а антивещества нет. Поэтому поток протонов – большой, поток электронов – большой, а поток антипротонов и антиэлектронов, которые являются позитронами – маленький, потому что это антивещество, ему неоткуда взяться, оно рождается только во взаимодействиях космических лучей при высоких энергиях, когда рождаются все частицы, в том числе и эти. Поэтому фон (background) – маленький, можно надеяться, что сигнал будет найден в этих частицах. Другая возможность, это увидеть гамма-кванты, энергичные фотоны, которые тоже возникают при аннигиляции.
Что это за «сигнал»?
Сигнал означает, что мы найдем их больше, чем предсказано. А предсказано столько, сколько возникает в процессе взаимодействия нормальных частиц и в частности для этого используется наша модель и программа (GALPROP), которая включает в себя всю Галактику и считает фон этих частиц и гамма-квантов, который возникает от обычных взаимодействий. Поэтому, в частности, она очень сильно востребована всеми, кто занимается темной материей, а это фактически любой университет в мире, который занимается частицами. Считая фон и измеряя реально, что на самом деле происходит,
Сколько он уже летает?
Он был запущен в мае 2006. Данные еще не опубликованы, потому что они продолжают накапливаться. Я думаю, что к лету, может быть, что-то появится.
Не так давно обнаружили неравномерность реликтового излучения. Появилась даже теория, что это не результат случайной флуктуации, а зашифрованное послание Создателя. А как объясняет это наука?
Реликтовое излучение возникло в момент отрыва фотонов от частиц, момент, когда Вселенная остыла до некоторой температуры, с тех пор эти фотоны не взаимодействуют с веществом, они остывают, поскольку Вселенная расширяется. Ведь, как мы знаем, адиабатически расширяющийся газ всегда остывает. В настоящий момент фотоны «остыли» до температуры 2,7 градуса Кельвина. Проявляющаяся структура связана с флуктуациями температуры и плотности в момент отделения излучения от вещества и несет полезную информацию.
То есть мы имеем температуру, близкую к абсолютному нулю?
Да, это чернотельное излучение, так что плотность фотонов можно посчитать. В каждом кубическом сантиметре Вселенной, находится примерно 400 фотонов этого излучения, включая и эту комнату. Кстати, темная материя здесь тоже находится. Что интересно с этим реликтовым излучением? Когда-то в начале 20 века предполагалось существование эфира, относительно которого движение абсолютно. То есть его можно измерить относительно покоящегося эфира. Потом пришла теория относительности, которая говорит о том, что все относительно, и наука забыла эту теорию эфира. Теперь же она «возвращается», потому что появилась возможность наблюдать реликтовое излучение, и с его помощью измерять абсолютную скорость движения Земли вокруг Солнца, скорость движения Солнца вокруг Галактики и т.д., используя Допплер-эффект. А Допплер-эффект – это когда мы приближаемся к источнику света, то длина волны уменьшается, а когда удаляемся, то длина волны увеличивается. И мы видим это буквально с помощью реликтового излучения на небе. Это, так сказать, первая гармоника, которая нам говорит о движении нас относительно этого «эфира». Спектр флуктуаций реликтового излучения, говорит и о других вещах. В частности, о том, что темная материя принимает участие в формировании Вселенной, о том, что ее довольно много, а именно 25% по сравнению с 4% видимой материи, которую мы видим и из которой состоим.
Есть какое-нибудь популярное объяснение теории струн? Стивен Хокинг уже пытался это сделать, но я не уверен насколько людям это понятно.
Теория струн – это теория всего, а именно ученые надеются проквантовать гравитацию и таким образом соединить все четыре взаимодействия в некую общность. Проблема с теорией струн состоит в том, что, во-первых, это фантастический математический аппарат, а во-вторых, - это очень сложная задача. Я здесь не эксперт, но из того, что я знаю, очень сложно получить какие-то предсказания, которые можно реально измерить. Как физика вообще развивается? Есть некое предсказание теории, люди пытаются измерить это и проверить, правильная это теория или нет. Если предсказание выполняется, значит, теория верна, либо, есть некий эксперимент, который необъясним существующей теорией, теория строится, чтобы объяснить этот эксперимент и предсказывает следующий эксперимент, который нужно поставить. Когда меряют, то убеждаются, правда это или неправда. Физика, несмотря на то, что она далека от народа, все-таки не теряет связь с реальностью. Теория и эксперимент сосуществуют, несмотря на то, что есть теоретики и экспериментаторы, которые друг друга пытаются поддеть, но на самом деле одни без других существовать не могут. Скажем, если существует теория без эксперимента, то она может быть реальна или нереальна, может быть замечательно красивой, просто фантастической, но не иметь ничего общего с реальностью, до тех пор, пока эксперимент не проверит это. Вот теория струн обещает, что в результате она объяснит все, но пока она еще не в состоянии, не в том статусе, чтобы действительно что-то объяснить.
А в чем состоит идея теории струн, если сказать простым человеческим языком? Я видел одно популярное объяснение, что мы живем на некой изогнутой шестимерной поверхности, которая на самом деле является проекцией двенадцатимерного пространства… При этом остальные измерения нам, очевидно, недоступны. Насколько это соответствует реальной физике?
Я люблю вещи, которые можно проверить экспериментом. В этом смысле к этому я отношусь, как к некому красивому построению, которое может иметь отношение к реальности, может не иметь. Мы можем сказать, что мы живем в двенадцатимерном пространстве на некой шестимерной поверхности, можем сказать, что живем в двадцатимерном пространстве на десятимерной поверхности, - кому где нравится, для нас это не имеет значения, до тех пор, пока не мешает спать. Вообще-то математика умеет работать и с пространствами бесконечной размерности и дробной размерности, так что это нас может еще ждет.
Это как в пьесе у Гришковца, где он рассказывает, как ездит на поезде из Омска в Москву. Он думал, что паровоз тоже идет из Омска в Москву, а потом узнал, что его отцепляют, в Казани, оттуда он возвращается в Омск, а вагоны продолжают ехать в Москву с другим паровозом. «Это вроде пустяк, - говорит Гришковец, - но теперь этот факт мешает мне жить, потому что я знаю, что ни один паровоз не доходит из Омска в Москву...» К чему я это веду? Когда человек не знает фактов, они его не беспокоят, А вот узнает, и , вроде бы это не так важно, а тем не менее мешает жить...
Вот, кстати, вы знаете, что Солнце уже прожило 4 миллиарда и ему осталось где-то 4-6 миллиардов. Мешает жить, правда? Есть большая вероятность, что мы взорвемся раньше, по другой причине, но вот все-таки мешает, что только 4 миллиарда лет всего осталось...
К сожалению, по версии создателей британского фильма «The Future Is Wild» человечества на Земле не будет даже через 5 миллионов лет. Вроде не скоро, но все равно, депрессивно...
4 миллиарда еще более депрессивно… Мешает жить, что Солнце потухнет, сгорит, что наши потомки будут вынуждены перемещаться куда-то в другое место.
Вопрос, о расширяющейся Вселенной. Там, похоже, тоже какие-то нестыковки, куда она расширяется? Опять что-то не подтверждается.
Мы выросли в мире, в котором Вселенная либо была стабильной, либо замедлялась. Ее расширение замедлялось, т.е. производная считалась отрицательной. Данные последних лет показывают, что Вселенная расширяется с ускорением. Как это делается? Есть сверхновые, а именно сверхновые определенного типа, которые как выясняется, дают некую стабильную «стандартную» вспышку. Это так называемые термоядерные сверхновые, а именно это определенный тип, когда есть двойная система и белый карлик. Белый карлик – это остаток звезды с массой порядка массы Солнца…
А Солнце? Оно тоже будущий белый карлик?
Оно, в конце концов, превратится в белого карлика примерно через 5 миллиардов лет.
Сейчас же это спокойная горящая звезда, которых много в Галактике, и слава Богу, потому что звезды гораздо большей массы быстро сгорают и взрываются. Жизнь, скорей всего, невозможна рядом с такими звездами, поэтому Солнце в некотором смысле очень экономичная звезда, оно горит долго, время его жизни, так сказать, гарантийный срок 8-9 миллиардов лет. Оно расходует потихоньку свой запас водорода, не увеличивает своей яркости и не уменьшает, что создает для нас комфортные условия, мы возникли, можем существовать и развиваться. Конец жизни Солнца – это белый карлик. Конец жизни всех таких звезд, порядка солнечной массы – это превращение в белого карлика.
Что происходит внутри «белого карлика»?
Белый карлик - это звезда с выгоревшим водородом. Когда водород горит, превращаясь в гелий, звезда держится на равновесии давления фотонов и гравитации. Они действуют в разных направлениях, и звезда находится в равновесии. Когда выгорает водород, исчезает давление фотонов изнутри, и она начинает сжиматься. При сжатии температура в центре звезды увеличивается, и начинается следующая стадия, когда начинает гореть гелий. Гелий превращается в углерод и кислород, и она существует так какое-то время, до тех пор, пока весь гелий в центре звезды не сгорит. При этом часть водорода, часть гелия, конечно, остается, но ядро состоит из углерода и кислорода. Мы не знаем, точной смеси, возможно, там присутствуют более тяжелые элементы. Такая сгоревшая звезда имеет достаточно маленькую массу, и когда она сжимается, у нее уже нет лучистой энергии, чтобы поддержать ее размеры. Температура увеличивается, но все-таки не достигает того момента, когда начинает гореть углерод или кислород, поэтому ее судьба – это остывание. И размер ее – это одна сотая радиуса Солнца, это очень маленькая звезда. И вот этот белый карлик, который ничего не умеет, кроме как остывать, в двойной системе, если есть другая звезда, он может перетягивать газ с этой второй звезды на себя.
Так вот, белые карлики, перетягивая на себя материю, растут в массе. Масса может быть меньше массы Солнца, может быть масса Солнца, но в тот момент, когда они дорастают до 1,4 массы Солнца, а это предел Чандрасекара, звезда уже не может существовать как белый карлик, она схлопывается, происходит коллапс. При этом все элементы, из которых она состоит, превращаются в железо, и выделяется колоссальная энергия, происходит взрыв, это так называемая термоядерная сверхновая. Конечно это немного упрощенная картина, но, действительно, с помощью этих стабильных сверхновых, измеряют, с какой скоростью расширяется Вселенная.
Доказано ли увеличение скорости расширения Вселенной?
Да, и увеличение расширения скорости Вселенной беспокоит ученых, потому что это совершенно непонятная вещь. В случае с темной материей есть хотя бы некоторые кандидаты на разгадку, и их много - остатки звезд, газ, который мы не видим, очень холодный, или суперсимметричные частицы. В случае же с расширением Вселенной пытаются объяснить расширение с ускорением «черной энергией», но, что это такое не очень понятно. Почему расширение связывают с «энергией»? Ускорение всегда связано с энергией, а «черная» она, опять-таки, потому ничего лучшего не придумали...
Опять же как-то так депрессивно. Расширяется, да еще с ускорением. Не к добру это…
Да. Она расширяется с ускорением, что означает, что расстояние между галактиками должно возрастать. К чему это приведет через миллиарды лет пока еще до конца не осознано. Но есть и оптимистическая новость. Наша Галактика принадлежит локальной группе галактик. Эта группа включает в себя спутники нашей Галактики, то есть карликовые галактики, а также нашу ближайшую соседку – массивную галактику М31 в созвездии Андромеды, это, собственно Туманность Андромеды. Это большая галактика, по размеру на небе – несколько диаметров Луны, она спиральная и похожа на нашу. У нее тоже есть спутники, и она движется к нам. Таким образом, мы сближаемся, поэтому спустя примерно 4 миллиарда лет, когда наше Солнце потухнет, мы приблизимся к этой Галактике и у нас появятся собратья, возможно. Нам не нужно будет лететь в другую галактику, она сама к нам прилетит.
Опять же, нет случайностей... Раз что-то происходит, значит так оно нужно.
Похоже на план с прицелом на 4 миллиарда лет…
Это закономерности...
Есть вопрос, который многих мучает, на эту тему написано много умных книг – взаимоотношения науки и религии. Например, утверждается, что существующие физические постоянные не случайны. В том виде, в котором они существуют, это единственный способ сделать Вселенную стабильной, потому что если бы они были другими, - меньше, больше и т.д., то все бы распалось, никакой бы материи подходящей для существования нашего мира не было. Соответственно, раз они такие, есть Творец, который их сделал такими, а никакой случайности здесь нет.
А что думает по этому поводу профессиональный астрофизик?
Я могу сказать следующее, просто обращая внимание на разные факты, на самом деле кажется, что все это не случайно. Это может быть случайно, но вероятность очень маленькая. У нас нет перед глазами примера другой вселенной. Значит, ответить на этот вопрос однозначно невозможно, потому что конкретно в этой Вселенной реализация такова, что если бы постоянные были другими, то ничего бы не произошло. Например, синтез элементов в звездах проходит через стадию, когда три ядра гелия сливаются в ядро углерода. Так вот, если бы энергия сливающихся трех ядер гелия не была бы почти точно равна энергии одного из возбужденных уровней углерода, синтез элементов тяжелее гелия был бы затруднен. Этот уровень был предсказан Хоулем на основании наблюдаемого изобилия углерода во Вселенной, и впоследствии обнаружен экспериментально. Но мы не знаем, что может произойти в другой вселенной, в совершенно другой реализации, а именно могут быть совершенно другие свойства материи, где могут существовать другие постоянные, другая материя, соответственно другие законы. Это может быть так, может быть не так. У нас нет перед глазами другой Вселенной, чтобы сравнить, и поскольку она единственная, - нельзя сделать заключение на эту тему.
А разве нельзя это смоделировать? Предположим, просчитать другую Вселенную, так же, как мы программируем многие другие задачи. Проверить другие постоянные, другую систему, и посмотреть, а возможно ли стабильный результат?
Если физика та же, то возможно. А если физика другая?
А мы не знаем, какая физика там. Вот по поводу Intelligent Design, я не буду судить, кто здесь прав, кто не прав, но есть интересные вещи, которые мы наблюдаем каждый день. Например, наше Солнце – оно, так сказать, мало-массивная звезда, которая очень экономно сжигает свой запас водорода, чтобы нам хватило на многие миллиарды лет, чтобы мы успели развиться и перелететь на другую звезду. Другая вещь, галактические космические лучи. Они очень энергичны, если бы не было солнечного ветра, земля лишилась бы своей атмосферы очень быстро, мы бы исчезли. Поскольку существует солнечный ветер, поток низкоэнергичных частиц, очень плотный, и размер гелиосферы– это 100 астрономических единиц или 150, эти галактические космические лучи теряют энергию пока дойдут до Земли. Это происходит за счет того, что размеры гелиосферы
И это, наверное, не единственный пример уникальности комбинации, внутри которой мы оказались?
Вот другой пример. Материя в Галактике распределена неравномерно, а именно, есть спиральные рукава. В этих рукавах сосредоточен газ, и соответственно, там происходит образование звезд. Заранее невозможно предсказать, какая звезда родится, все это зависит от свойств газового облака. Когда облако массивное, плотное, могут образовываться очень массивные звезды. Они живут недолго, буквально миллион или десятки миллионов лет, а после этого взрываются. Сверхновые бывают разных типов, есть термоядерные, есть коллапс ядра и т.д. Если бы Солнце находилось в одном из рукавов, был бы хороший шанс, что рядом взорвется сверхновая, а если она взрывается, то выделяет колоссальную энергию, которая, грубо говоря, равна энергии всей галактики. Она снесет всю жизнь с поверхности Земли. Солнце находится между рукавами галактики, в месте, где плотность газа маленькая, и, соответственно, вероятность того, что сверхновая возникнет рядом, - ничтожная. Таким образом, мы имеем долгий промежуток времени, когда нет соседних сверхновых, которые бы просто уничтожили всю жизнь. Много таких вещей, назовем их совпадения. Еще один пример. Существует огромное количество объектов за пределами орбиты Плутона, так называемый Куперовский пояс. Например, там недавно обнаружили новые карликовые планеты, которые больше Плутона. Там находится огромное количество льда, замерзшего газа, и оттуда прилетают кометы. Так вот, планеты-гиганты, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, которые находятся между Землей и этим Куперовским поясом, оттягивают на себя на протяжении миллиардов лет большие кометы и астероиды, не допуская их внутрь Солнечной системы, где находятся маленькие внутренние планеты.
Пояс защиты…
Пояс защиты, который за миллиарды лет как бы установил этот статус кво, который существует и сейчас. Без него существовало бы некоторое количество тяжелых небесных тел, которые вращаются не по циркулярным орбитам, а по вытянутым, и значит, пересекают орбиты других планет и могут попасть и на Землю, уничтожить жизнь. Все эти вещи, собранные воедино и есть «система защиты»: внерукавное расположение, солнечный ветер, планеты
Даже такая «детская вещь» как Луна и Солнце. Ведь поразительно, что их размеры, когда наблюдаешь с Земли, примерно одинаковые. Вот мы и имеем день и ночь с одинаковыми по размеру светилами. Какова вероятность того, что у планеты будет спутник, проекция которого такая же, как и проекция звезды этой планеты?
Очень маленькая. Даже невероятно маленькая.
Расскажите о спутнике, программе в которой Вы участвуете.
Запуск планируется в этом году. Это будет одна из так называемых «больших» (great) обсерваторий запущенных НАСА за последние 10-15 лет. Другие, - это Хаббл (Hubble), Чандра (Chandra), Спитцер (Spitzer), все они работают в разных диапазонах энергий. Наша обсерватория ГЛАСТ будет работать в гамма-диапазоне, это гамма-телескоп нового поколения. Гамма-излучение – самое жесткое и создается частицами очень высоких энергий, которые ускоряются вблизи черных дыр и нейтронных звезд, во взрывах сверхновых. Таким образом, будут наблюдаться в основном эти объекты, ну еще и диффузное излучение возникающее в процессах взаимодействия космических лучей с межзвездной средой и, возможно, следы темной материи. Руководит проектом Питер Майкельсон, профессор Стэнфорда и родственник того самого Майкельсона, который вместе с Морли измерил скорость света в начале 20 века и показал, что она не зависит от направления. Это измерение легло в основу теории относительности Эйнштейна. Стэнфорд – головная организация в этом международном проекте.
Каково Ваше участие в этом проекте?
Модель Галактики, которую мы разрабатывали вместе с моим коллегой Andrew Strong, вычисляет, в частности, спектр и распределение фотонов диффузной эмиссии. Правильная модель диффузной эмиссии очень важна для успеха проекта, а, кроме того, анализ наблюдений диффузной эмиссии может дать ключ к разгадкам многих проблем, и в том числе темной материи. Диффузная эмиссия - это очень интересный объект.
Одна из недавних работ – обратный Комптоновский эффект на фотонах Солнца, это пример того как можно использовать прибор созданный совершенно для другого. Что такое Комптоновский эффект? Он происходит везде, где есть электроны и фотоны, это рассеивание фотонов на электронах. При этом в зависимости от того, движется электрон или покоится, энергия фотона рассеянного увеличивается или уменьшается. Это происходит везде, в частности, в гелиосфере. В гелиосфере имеется Солнце – источник фотонов, имеются электроны, приходящие из Галактики, это просто космические лучи. Поскольку электрон очень энергичный, а фотоны маленьких энергий, происходит передача энергии при рассеянии. В результате фотоны получают энергию и могут достичь такой энергии, что из этих фотонов света видимого, они превращаются в фотоны гамма-излучения.
Оказывается, что этот эффект никто не учитывал в прошлом, в то время как именно он вносит определенный вклад в гамма-излучение. Прибор, который мы запускаем, гамма-телескоп, становится инструментом, который в каждый момент времени может измерять спектры частиц во всей гелиосфере - от Солнца до орбиты Сатурна, фактически одновременно.
А делалось ли нечто подобное раньше, другими учеными?
Никто никогда в жизни этого не делал, и не знал что это возможно. Например, к Солнцу послать спутник чтобы измерить потоки частиц невозможно, он сгорит. А с помощью гамма-телескопа можно это делать. И мы можем это делать от самой поверхности Солнца до десяти астрономических единиц, а поскольку этот телескоп имеет широкое поле зрения и сканирует все небо, грубо говоря, каждый день мы можем смотреть, что происходит в гелиосфере.
Расскажите о строительстве нейтринного телескопа в Антарктиде
Этот проект называется ICECUBE («Ледяной Куб»). Строительство нейтринного телескопа осуществляется на самом южном полюсе. Это кубический километр льда, в котором сверлятся дырки, и туда опускаются детекторы. Сам этот кубический кубометр находится на глубине полтора километра, от поверхности Антарктического льда. Это глубокие шахты, в которые на глубину 2,5 километра опускают струны (связки) с детекторами, и потом заливают водой. Когда его построят, этот кубический километр льда будет напичкан детекторами и, вы удивитесь, но мерить он будет не те нейтрино, которые приходят сверху, с Южного полюса, а именно те, которые приходят снизу, они проходят сквозь всю Землю. Почему нельзя измерять нейтрино, которые приходят сверху? Там идет колоссальный фон от атмосферы, от ливней частиц, а с той стороны способны пройти только нейтрино. Таким образом, можно измерить поток высокоэнергичных нейтрино от Солнца, и соответственно измерить распределение вещества в центре Солнца. Интересная задача, которая будет иметь большие последствия для того, чтобы понять, как работают звезды, для структуры Солнца и так далее.
Правда ли, что темная материя находится везде, в том числе здесь, рядом с нами?
Есть эксперименты, которые пытаются обнаружить сигналы этой темной материи, следы ее аннигиляции в центре Земли, в центре Солнца. Теперь, если мы возьмем звезду и приблизим ее к центру Галактики, где этой материи гораздо больше, то значит, этой материи будет накапливаться гораздо больше и в центре звезды. Так вот выясняется, что если взять цифры и посчитать то для звезды средней или малой массы, например как Солнце, энергия выделяемая при аннигиляции частиц темной материи может превысить энергию выделяемую в звезде вследствие термоядерных реакций. А если мы возьмем белый карлик, у которого нет собственных резервуаров энергии, он просто остывает, то у него 100% его энергии будет браться из аннигиляции темной материи. При этом этот белый карлик может светить всегда и так ярко, как 10 или 50 солнц, только сжигая темную материю. Если мы обнаружим такую звезду вблизи центра Галактики, то это будет доказательство существования, во-первых, темной материи, во-вторых, того, что она состоит из суперсимметричных частиц, и, в-третьих, мы сможем измерить, грубо говоря, распределение этой темной материи в Галактике и вероятность ее взаимодействия. Вот это наша другая работа, которую мы сделали летом 2006-го года.
Работа индивидуальная или есть целая группа в Стэнфорде, которая этим занимается?
Нет, вот эта последняя работа, там два человека. Предыдущий проект – три человека.
А Ваши бывшие коллеги из Тулузы участвуют?
Нет, только здешние. Вообще-то они из разных мест. Двое из них из Стэнфорда, из SLAC’a, один из Santa Cruz. Один австралиец, другой американец, третий американский китаец.
Стандартная ситуация для Силиконовой долины.
Да, все они занимаются физикой элементарных частиц или астрофизикой. Сейчас мы объявили, что у нас есть три позиции для постдоков и мы принимаем заявления. В основном они идут из Индии и Китая, жалко, что совсем нет заявлений из России. Кстати, не видели ли в «New Scientist» статью про нас? Это о звездах, которые могут сжигать темную материю, и светить за счет этой энергии. Также вышло наше интервью в финском журнале на прекрасном финском языке, который никто не может прочитать, так что я не знаю, что же они написали.
Какое у Вас мнение об академической среде? С одной стороны можно получать гранты, стать известным ученым, даже получить Нобелевскую премию, если повезет. С другой стороны, связана ли академическая наука с индустрией? Видите ли Вы какие-нибудь практические приложения или это все больше теория и эксперименты, которые существуют сами по себе?
Дать прямой ответ очень сложно. Если мы возьмем, допустим, компьютерную науку (Computer Science), ни у кого никаких сомнений, что связь прямая. Здесь из академической среды можно попасть в компанию и развивать некие идеи, причем, может быть, даже чисто теоретические, которые найдут практическое приложение. В случае с физикой тоже иногда есть прямая связь, например, полупроводники или физика сплошной среды. Ученые, переходя в производственный сектор, начинают заниматься памятью на дисках, полупроводниковой памятью, разными материалами. Что касается астрофизики, понятно, что промышленности на других планетах не существует, поэтому прямой связи нет. Есть очень сильная косвенная связь. Например, ускорители, новые технологии для спутников, которые запускаются в космос. Их параметры и принципы определяются из научной постановки задачи, а затем даются заказы в промышленность, и промышленность уже выполняет эти заказы. Новые эксперименты, новые идеи, которые сейчас, может быть, не востребованы промышленностью, но в какой-то момент промышленность достигает нового уровня и может, в принципе, в будущем использовать их. В свою очередь, промышленность, развиваясь, готовит почву для следующих шагов ученых.
Вопрос про Эйнштейна и признании в науке. Большинство считает его абсолютным гением, но есть люди, которые полагают, что слава досталась ему одному, хотя была целая плеяда замечательных ученых - от Лоренца до Пуанкаре, которые привели науку к созданию теории относительности. Эйнштейн же был последним в этой цепочке и смог популярно изложить теорию, и, тем самым, стал единственным героем.
Боюсь, что я здесь не смогу быть экспертом. Но Лоренц с Пуанкаре сыграли определенную роль, потому что без них, наверное, не было бы Эйнштейна. В этом смысле это вопрос более глубокий - он о том, возникает ли новое в науке на пустом месте, или оно уже подготовлено всей предысторией. Я думаю, что возникновение чего-то на пустом месте не бывает, оно всегда каким-то образом долго готовится, потом появляется некая персона, которая может объединить эти разные вещи, просто увидеть взаимосвязь. И вот эта персона и получает определенные лавры. Но Эйнштейн, безусловно, феноменальный человек. А еще таких же лавров заслуживают и Лоренц, и Пуанкаре.
Проект управляемого полета на Марс привлекает много внимания. Очевидно, что требуется летательный аппарат нового поколения, высокие требования к аппаратуре, системе управления, видеосвязи и т.п. Можем ли мы ожидать всплеска новых технологий в связи с этим проектом?
Я думаю, что да, возникнут новые технологии, которые можно будет применять. Но мне кажется гораздо более интересным и многообещающим развитие частной космонавтики. А именно: промышленность начинает вкладывать средства в развитие этой индустрии, что в принципе должно привести к тому, чтобы удешевить вывод килограмма груза на орбиту. И вот это будет революция! Сейчас пытаются прорабатывать концепцию космических лифтов, это когда есть некая струна, которая протянута от поверхности земли до орбиты, а на орбите вращается стационарный спутник, к которому эта струна прикреплена, и можно вверх и вниз отправлять грузы. Полет на Марс – это уникальная задача, но гораздо больше задач и гораздо интереснее могут быть результаты, если научиться дешево выводить грузы на орбиту, тогда можно будет летать на Марс, делать станции и развивать технологию, заводы в космосе и т.д.
Недавно появились сообщения, что есть программы удешевления аэростатов, которые будут высоко подниматься, неся на себе капсулы, и уже там (например, в стратосфере) их запускать, упрощая выход на орбиту.
До настоящего момента космическими полетами занимались только государства. Соответственно, было два варианта ракет – одноразовые и многоразовые и не было конкуренции. Существовали какие-то наработанные технологии и все. Сейчас частный бизнес этим занялся, появилось понятие «космического туризма». Я думаю, это как раз очень важно для развития этих технологий. Очень похоже на то, как развивалось воздухоплавание. Тоже все заработало с того момента, когда подключился частный бизнес, пошли большие деньги, частное предпринимательство, развитие идей и вовлечение огромного числа людей, а не только ограниченного числа инженеров, работающих на государство. Это привело к тому, что авиаполеты стали доступны всем. Во времена холодной войны никого не интересовала стоимость запуска на орбиту, сколько нужно столько и платили. Для коммерческих полетов стоимость важна, поэтому
Есть ли у Вас контакты с бывшими коллегами в России, что там происходит?
Вопрос сложный и очень болезненный. Мы все оттуда, и нам хочется, чтобы там все не загнило, чтобы существовало и как-то развивалось, и не все уехали. Я думаю, что наука там еще существует в отдельных местах и в отдельных областях. Но невозможно сравнить это с тем размахом, который был до развала Советского Союза, к сожалению. Первые годы мы думали, что там все наладится скоро и быстро, но этого не произошло. На самом деле, интеллигенция принимала важное участие в демократизации, но, в результате, оказалась среди потерпевших, никому не нужной. Сейчас, при таких ценах на нефть, при колоссальном резервном фонде, который существует у государства, я думаю, что на самом деле пора начать разумно вкладывать деньги в науку, в высокие технологии, в строительство дорог, как сделали в свое время американцы.
Но для этого нужно государственное мышление, а есть ли там такие люди, которые беспокоятся о чем-то помимо «распила», «отката», «обналички»...
Я не могу не согласиться с Вами, но на самом деле наши знания о России весьма отрывочны. Я также знаю, что есть люди, которые принимают участие в международных экспериментах, в этом смысле они не оторвались от современной науки.
Специалисты – безусловно, а если говорить о людях, принимающих решения?
Да, таких людей не очень много. Вообще, там идет перестройка науки, перестройка Академии наук. Они хотят Академию закрыть, платить большие деньги ученым которые работают на международном уровне, но как этих ученых найти? Ученых, которые работают на международном уровне в условиях отсутствия денег в течение десятилетий!
Какое у вас впечатление о русской диаспоре в Америке?
Я до недавнего времени не знал этих людей, потому что мы очень мало общались, сейчас я начал их узнавать. Я вижу, что здесь огромное количество очень интересных людей.
Нас это тоже поразило, и стало одной из причин, по которой мы начали издавать журнал. Концентрация талантливых, интересных людей, наших соотечественников, здесь невероятно высока.
Я думаю, что Америка предоставляет незаурядным людям уникальные возможности для развития, и они, общаясь, друг друга находят.
Америка – это страна «сделай сам», и прежде всего, самого себя.
А еще, здесь находят применение любые таланты.