Российский астрофизик посетил Казань в рамках мероприятия «За краем Вселенной», организованной инициативной группой «Думай!». В нашем интервью ученый рассказывает о современной физике и лженауке, а также отвечает на «школьные» вопросы о Вселенной.
Борис Штерн — российский астрофизик и журналист, главный редактор газеты «Троицкий вариант». Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН.
I. О популяризации физики
Насколько теоретические изыскания в современной физике отличаются от обывательских представлений?
Отличаются сильно, хотя современная физика не так сложна, как кажется. Ее сложно объяснить на техническом уровне, но обрисовать в общих чертах вполне реально. Но все-таки есть некоторые теории, которые сложно поддаются популяризации. Например, теория струн. Она сильно математичная.
Какие самые распространенные обывательские заблуждения о мироустройстве вы можете назвать?
Пример вопиющих заблуждений назвать не могу. Гораздо чаще встречается ситуация, когда человек не знает и вообще не интересуется. Обычно люди сложно воспринимают космологию, так как она сильно противоречит нашему обыденному опыту. У обывателей появляется внутренний протест - «Вот опять физики чего-то напридумывали!». Людям трудно представить, что Вселенная замкнутая, конечная, и ее видимая часть это ничтожно маленькая доля общих размеров.
Поддается ли современная физика популяризации, то есть упрощению?
Физика поддается упрощению, хотя и с трудом. Главное не скатиться в вульгаризацию и спекуляции, вроде того, что путешественник пролетит через кротовую нору и найдет новую Землю. Нужно объяснить, что пролететь через нее невозможно. Главное в популяризации - аккуратно обращаться с картиной мира и не слишком искажать ее. Хорошая популяризация предполагает умственное напряжение и популяризатора и самого популяризируемого.
На какую аудиторию рассчитана ваша газета «Троицкий мост»?
Она для научного сообщества и людей, интересующихся наукой. Половина газеты - публицистика, посвященная научной деятельности в России. Другая часть - собственно про науку и открытия, которая направлена для ученых и верхнего слоя образованного населения.
II. Вопросы о мире
Что такое Вселенная?
Вселенная - это физический объект. В 19 веке считалось, что Вселенная - это все, нечто, вмещающее все сущее. Поэтому говорить о том, что есть что-то за ее пределами было нельзя. Революция произошла в тот момент, когда Вселенная была разжалована из философской категории в физический объект. Сейчас под ней мы понимаем замкнутое самодостаточное пространство, объем. Если бы она была статична и не расширялась, то можно было бы совершить кругосветное путешествие, направившись по прямой в одном направлении, и вернуться с противоположного. Но это не так и у нее высокая скорость расширения. Если Вселенная - физический объект, то из этого следует, что таких объектов может быть много. И это действительно так. Размер Вселенной больше триллиона световых лет. Вселенная из Земли просматривается только на 14 миллиардов световых лет. Мы знаем ее температуру - 2,7 градусов Кельвина.
Что известно о темной материи?
У Вселенной есть отличная от нуля плотность вакуума. Это то, что называется темной энергией. Есть обычная материя - звезды, планеты и пр. Есть темная материя - это то, что не сгущается в звезды и планеты. Но она сгущается ближе к центру галактик и без нее галактики не могли бы образовываться. Она состоит из частиц, масса которых неизвестна – они могут быть в сотни раз тяжелей протона, могут быть легче электрона. Темная материя слабо взаимодействует с обычной материей. Также ученые уточнили ее количество. Примерно 25% от общей массы Вселенной. Пока это все, что известно.
Какие есть гипотезы о ее назначении?
Она нужна, чтобы объяснить движение галактик. По наблюдениям галактики движутся гораздо быстрее, чем они двигались бы если состояли только из звезд и газов. Как я уже говорил без нее не могут существовать галактики. Когда Вселенная была горячей, было высокое давление. Темная материя этому давлению не подчинялось из-за слабого взаимодействия. Она собиралась в «комки» в гравитационных ямах, куда потом притягивалось обычное вещество. Так начинались галактики.
Что было до Вселенной?
Был старт горячей Вселенной. Это называется Большим взрывом, когда Вселенная образовалась, как газ очень горячих частиц. До этого была стадия инфляции Вселенной, когда она расширялась. Длилась это стадия ничтожно малые доли секунды. Если мы идем еще назад, то мы упираемся в так называемый Планковский предел. Это когда мы ничего не можем предсказывать, когда нет времени и пространства. Когда мы пытаемся говорить об этом этапе применяя гравитационную теорию и квантовую механику у нас ничего не получается, все интегралы расходятся. Это говорит о том, что нет науки, способной изучать эту сферу. Это научная и отчасти философская проблема. Говоря об этом, можно пытаться придумать какие-то причинной-следственные связи. Но это пока спекуляции, никакой математики и точной науки здесь нет.
Вселенных много?
Это общепринятая точка зрения. Теория инфляции автоматически дает бесконечное множество вселенных. Расширение Вселенной происходило из-за того, что вакуум был тяжелый. Он имеет неравномерную плотность и там где он тяжелее, расширение идет быстрее. Эти части Вселенной получают эволюционное преимущество, потому что скорость расширения увеличивается. Получается, что пространство «пенится» и со временем какие-то отростки обособляются и становятся самостоятельными. Перешеек, который остается между ними называется «кротовой норой». Эти связи могут теряться. Это все называется концепцией вечной инфляции.
Обыденный опыт подсказывает, что если Вселенная просто физический объект, то она сама где-то должна находиться.
Нигде она не находится, хотя есть теории которые представляет Вселенную как часть места с еще большим количеством измерений. Это теория бран. Но эта теория пока не очень работает. Поэтому, скорее всего, за пределами Вселенной нет ни пространства, ни времени. Там в прямом смысле Ничто. Пространство образуется вместе со Вселенной. Выйти за ее край невозможно – Вселенная замкнута, у нее нет края.
Что такое черная дыра и опасна ли она?
Для нас абсолютно нет. Они не расширяются бесконечно. Они всасывают только то, что есть конкретно вокруг них. Это небесная механика. Чтобы поглотить пролетающее мимо тело Черной дыре нужно трение, то есть это тело как-то должно затормозить. Большинство тел этого не делают. Так могут сделать только газы с магнитными полями. В нашей галактике есть Черная дыра, но в ней ничего не происходит, она спит. Центр нашей галактики беден газом, потому что дыра в свое время все «съела» вокруг. Она может снова ожить при определенных обстоятельствах. Через какое-то дикое количество времени Черная дыра может испариться. Механизм этого как раз описал Стивен Хоккинг.
Какие существуют гипотезы о будущем Вселенной?
Мы не знаем что такое темная энергия (не материя!). Во вселенной либо энергия вакуума не равна нулю либо есть какая-то другое поле, пронизывающее всю Вселенную. Разница между этими вариантам в следующем. Если это поле, то она может начать обратно уменьшаться. Если вакуум, то вселенная будет расширяться вечно с ускорением. Это значит, что галактики улетят за горизонт наблюдения, мы не сможем их видеть, останется только наша галактика, а вселенная будет потихоньку остывать. Такое медленное умирание. Есть вариант скалярным полем. В этом случае произойдет что-то похожее на Большой взрыв, но уже в других масштабах.
Какие существуют теории, объясняющие мироустройство?
Перспективной считается теория струн. Согласно этой теории, элементарные частицы все являются струнами маленького размера. В принципе они должны быть очень тяжелыми, но математически разные знаки компенсируются, поэтому мы имеем адекватные массы. Важно то, что теория живет только в условиях минимум 10 измерений (скорее всего, 11). В трехмерном пространстве у теории струн возникают противоречия. Но живем мы как раз в трехмереном пространстве плюс время и появляется логичный вопрос: «Куда делись остальные измерения?». Они скрутились в трубочки. Например, поверхность волоса – большая по одному измерению и очень маленькая по второму. Так и Вселенная - большая только по основным четырем измерениям, а по всем остальным - очень маленькая. Теоретики струн грозились, что смогут объяснить все, но они сразу уткнулись в тупик. Чтобы объяснить с этой теорией физику нашего мира, надо знать как 11 измерений уменьшились до наших четырех. Число способов, как это может произойти, множество. И экспериментом это не проверить, так как требуются дикие энергии. Поэтому, к сожалению, теория струн висит в воздухе. Но в определенных пределах теория работает. Кроме теории струн пока нет других многообещающих попыток объяснить мир.
Какие были важные открытия в ХХI веке?
в 1998 году открыли темную энергию, а от нее ускоренное расширение Вселенной. Уже в 2000-х измерили реликтовое излучение, что позволило получить точные данные о Вселенной (температура, плотность и т. п.). Конечно же, бозон Хиггса и гравитационные волны.
Чем все-таки занимаются ученые на адронном коллайдере?
Ищут новую физику. Бозон Хиггса был вычислен математически, ученые свято верили и ждали ее. Без нее трудно объяснить массы элементарных частиц. Больше ничего столь фундаментального на коллайдере не нашли, но ищут.
Что известно о жизни на других планетах?
Про нее мы ничего не знаем. Надежды есть на спутник Юпитера Европа, под льдами которого точно есть океан. Другое дело, он может быть очень соленым. С точки зрения термодинамики жизнь на Европе не исключена. Тепло там циркулирует от ядра к ледяной поверхности и в ней полно всякой химии. Поэтому мы можем позволить себе фантазировать на тему жизни на Европе. На Марсе, скорее всего, жизни нет, даже несмотря на то, что там есть подземная вода и было полно открытой воды.
Есть ли какие-то закономерности зарождения жизни?
Есть необходимые условия для зарождения жизни, но закономерности нет. Возможно, зарождение жизни это результат дикой случайности. Только в пределах горизонта наблюдений во вселенной больше звезд, чем песчинок на земле. Поэтому даже самые нереальные случайности по закону больших чисел где-то реализуются. Вопрос только в том, где наши соседи - далеко или близко.
Посоветуйте авторов научно-популярных книг по вашей теме.
Из старых авторов - Игорь Новиков и совершенно зажигательные книги Иосифа Шкловского. Из недавних Сергей Рубин «Как устроен мир», Владимир Решетников «Почему небо темное?» и книги Владимира Сурдина.
III. О науке
Как вы оцениваете уровень школьного образования по физике?
Судить об этом не могу. Но из того, что слышу, могу сказать, что уровень упал. Я думаю, что выпускники общеобразовательной школы должны иметь минимальный багаж знаний по физике, который должен включать классическую физику (ньютоновская механика, электромагнетизм). Ученик должен уметь решать задачи по ним, потому что это элементарно нужно в быту. Также нужно ориентироваться и примерно представлять, что происходит в современной физике и космологии, но уже на «иллюстративном» уровне, без формул. Для общеобразовательной школы этого достаточно. Главное здесь, чтобы на выпуске у детей была широкая и богатая картина мира.
Нет ли в физике сложностей с доступностью информации? Связаны ли ученые России и ученые США, к примеру?
С этим все хорошо. Ученые живут в едином пространстве с открытыми данными. У меня нет проблем с тем, чтобы получить данные американского телескопа. Если возникает вопрос, я спрашиваю, если я вижу их косяк, то сообщаю. А вообще читаем работы, рецензируем. Есть проблемы с финансами для поездок на конференции. Но это другой вопрос. Даже в советское время, когда были понятные барьеры, ученые контактировали. Академик Сахаров не ездил на Запад, но к нему приезжали из-за границы, общались письмами, он писал в журнале, который переводился на английский язык. Настоящая наука - штука интернациональная.
В последнее время много говорят о том, что понизился уровень диссертаций. Есть ли такая проблема в физике?
Пожалуй, нет. Бывают плохие диссертации. Плагиат всегда ловится. Научное сообщество всегда реагирует на эти факты и не допускает защиты таких работ.
Есть ли какие-то устойчивые лженаучные теории?
Лженаука живет там, где замешана коммерция. Поэтому ее много в медицине, где иногда появляются чудо-препараты и оборудование. Были в свое время молодые люди, которые продвигали тему инерционных двигателей. Их поддерживало государство, но вроде и они исчезли. Наибольший поток лженауки, конечно, обеспечивают центральные телеканалы. Их миллионную аудиторию, к сожалению, уже не оторвать от экранов. Я не знаю, что с этим делать. У страны должны поменяться приоритеты и после этого нужно долго работать с людьми и приручать их мыслить критически. Государство, конечно, никогда не бросит науку, но все равно она будет на голодном пайке. Наука для государства - это побрякушка, которой можно хвастаться в мире.
Алмаз Загрутдинов
Фото из социальных сетей
Комментарии (1)