Прорыв за край мира

О космологии землян и европиан
Страниц: 324, твердый переплет, 145×215
ISBN: 978-5-89513-345-3.
Тираж: 3000.

Последние несколько лет стали эпохой триумфа теории космологической инфляции, объясняющей происхождение Вселенной. Эта теория зародилась в начале 1980-х годов на уровне идей, моделей и сценариев, давших ряд четких проверяемых предсказаний. Сейчас благодаря прецизионным измерениям реликтового излучения, цифровым обзорам неба и другим наблюдениям эти предсказания подтверждаются одно за другим. В книге отражено развитие главных идей космологии на протяжении последних ста лет, при этом главное внимание уделено теории космологической инфляции. Книга содержит интервью с учеными, внесшими решающий вклад в становление этой теории. Дополнительная научно-фантастическая сюжетная линия иллюстрирует основную на более простом материале: развитие космологии разумных существ подледного океана спутника Юпитера Европы.

Книга рассчитана на широкий круг читателей, хотя уровень сложности материала сильно отличается от главы к главе. Автор исходил из принципа: «Любой читатель — от школьника до профессионального физика — сможет найти в книге то, что ему понятно и интересно».


Физик, популяризатор науки, доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Института ядерных исследований РАН (Троицк) и астрокосмического центра ФИАН, главный редактор газеты «Троицкий вариант — Наука».

Отзывы читателей


amel  12.12.2014
Юбилей пространства и времени
Итог столетним изысканиям современной космологии подводит известный российский астрофизик, автор бестселлера "Прорыв за край мира" Борис Евгеньевич Штерн

"У нас здесь очень красиво. Приезжайте", - сразу же откликнулся на просьбу об интервью известный ученый. "У нас" - это в уютном наукограде Пущино, вблизи которого Борис Евгеньевич обитает в уютном деревянном домике собственной конструкции с массой хитрых лесенок, веранд, балкончиков, уютных кабинетиков и добродушных собак. На верху, под самой крышей у окна - любимое место астрофизика. Маленький стол, два стула, монографии по космологии, ноутбук и морской бинокль. Линзы прибора обращены на живописные приокские дали.
Ока, в самом деле, обладает аномальным космическим притяжением. Сначала на ее берегах, в Калуге, Циолковский конструировал космонавтику. Здесь же, в начале XX века познакомился с молодым калужским учителем Леохновским и "заразил" того своими звездными мыслями. Мысли эти не пропали даром и резонировали сначала в дочери Леохновского, а затем - и во внуке, ставшим со временем одним из авторитетных российских астрофизиков. Плюс - самым ярким из современным подвижников новой космологии.
В своем деревянном домике на Оке, но уже под Пущино, внук "зараженного" космическими мыслями калужского учителя Борис Штерн размышляет о строении Вселенной и пишет захватывающие книги о том, как "всё началось". Причем, не только - Вселенная, но и современная наука о её происхождении. Начало той, как известно, положил Эйнштейн. Ровно 100 лет назад. Своими изысканиями в общей теории относительности. Потом руку к этому делу приложила масса талантливых российских исследователей: от Александра Фридмана до Андрея Линде и Алексея Старобинского. Ключевую, как выяснилось, роль в этом деле сыграл и Константин Эдуардович Циолковский.
Отец космонавтики и прадедушка космологии
- Борис Евгеньевич, расскажите, как судьба свела Вашего деда с Циолковским?
- Мой дед Борис Васильевич Леохновский закончил Московский университет. Причем, с Золотым дипломом. Но, как это говорят - не на свои деньги. А конкретно - на деньги тестя. Дед был из довольно бедной семьи священников. А тесть - бывший крепостной, после реформы 1861 года разбогател и стал, можно сказать, капиталистом: гончарный завод и все такое... Поэтому после окончания университета дед решил сам зарабатывать деньги и отправился работать в Калугу. Это был 1912 год. По-моему он преподавал в реальном училище - там же, где и Циолковский. В училище они и познакомились.
- Получается, дед Ваш был гораздо моложе Константина Эдуардовича?
- Да, он был с 1887 года - ровно на 30 лет моложе Циолковского. Но разница в возрасте не стала помехой. Они сошлись на почве рассказов Циолковского о космосе. Тот рассказывал, а дед, очевидно, раскрыв рот, слушал. Был он замечательным слушателем. Так они и подружились. Циолковский приходил в гости. Моя бабушка его даже подкармливала. Говорила, что он, наверное, плохо питается. Жили они, как я понимаю, поблизости. Мама мне что-то рассказывала об этой истории, но помнила она мало, потому что уехал дед из Калуги, когда ей было всего 4 годика. Это был уже 1919 год, когда стало совсем голодно.
- Дед тоже был физик по специальности?
- Нет, чистый гуманитарий. Преподавал литературу и русский язык. Еще - историю. А в итоге - заразился астрономией и космосом. Циолковский даже подарил деду книжку и подписал: "Моему юному другу Борису Леохновскому". Правда, во время войны она пропала. Я, к сожалению, дедушку не застал. Он умер в 1951 году, когда мне был всего лишь год. Но мне достались книги от него. В частности, например, такая замечательная книга Игнатьева "Наука о небе и земле". Книжку я эту читал, когда мне было, наверное, лет семь. Потом другие книжки появились. Но это была уже в основном заслуга моей мамы.
- Можно сказать, первый толчок в астрофизику и космологию вам достался от самого Циолковского?
- Связь, конечно, с влиянием Константина Эдуардовича есть, но она не столь явно выраженная, скорее - пунктирная. Мой путь в космологию оказался неблизким. После окончания Физтеха я занялся астрофизикой и физикой частиц. Это - немножко разные вещи. Хотя космологией я интересовался всегда потому, что я дружил с космологами. Много общался с людьми, которые потом стали классиками этой науки. По сути - создателями современной космологии. Это - Андрей Линде, Алексей Старобинский, Слава Муханов. Я с ними знаком с 80-х годов. Много беседовал. Но потом Андрей Линде уехал в Америку, Слава Муханов - в Германию. Но остались другие люди, с которыми я тоже контактировал - Валерий Рубаков, Алексей Старобинский. Это было как раз то время, когда теория инфляции, то есть - современная космология, и возникла. Тогда она еще была "горячей"...
Гимн инфляции
- Сегодня теория космологической инфляции претендует на статус классической?
- Да, она уже стала своеобразным мейнстримом. Но и тогда она уже производила на меня впечатление: да, это то, что надо. Она отвечает на все самые каверзные вопросы. Скажем, однородности Вселенной, проблему горизонта решает, проблему близости плотности к критической и т.д. Давала такие простые, элегантные ответы. Но я все равно продолжал заниматься свое астрофизикой. И сейчас продолжаю. И тогда, в 80-х годах у меня не было мыслей писать какие-либо книги по космологии. Просто потому, что я этим тогда профессионально не занимался. Да и особых литературных способностей в ту пору за собой, честно говоря, не замечал. Но потом, в начале 2000-х появились сайт scientific.ru , газета "Троицкий вариант". И, в конце концов, я понял, что может быть и написать что-то большое получится.
Короче я решил сделать серию интервью с этими ребятами: Старобинским, Линде, Мухановым. И дать их в "Троицком варианте". Потом идея трансформировалась. Я почему-то долго тянул. Все-таки идея мне самому показалась умозрительной. Я стал сам что-то писать про космологию в "Троицком варианте". Часто - по результатам бесед с еще одним нашим классиком, академиком Рубаковым. В итоге созрел окончательно и понял: все, пора садиться за настоящую книгу.
- Вы назвали ее довольно смело - "Прорыв за край мира". Почему?
- В книге мы попытались осветить сравнительно недавний прорыв за пределы реальности, данной нам в ощущениях. За последние тридцать с лишним лет люди добрались-таки до края, за которым пока еще нечетко, словно сквозь дымку или слой льда, увидели грандиозные очертания того, что может оказаться новым уровнем мироздания.
- Можно ли современную теорию космологической инфляции изложить кратко и понятно для людей, не обладающих специальными физико-математическими знаниями? Скажем, тот же Циолковский потратил немало сил на популяризацию своих космических теорий... Не попробуете тут пройти по его стопам?
- В двух словах, конечно, объяснить это невозможно. Чтоб все всё поняли. Но, думаю, можно показать, куда люди продвинулись. Итак, в общих чертах поняли, откуда взялась Вселенная. То есть прояснился механизм ее возникновения. Он стал понятен. Впрочем, осталось непонятным самое-самое начало. Люди продвинулись в понимании до момента, который исчисляется временами ?10?^(-35) - ?10?^(-38) секунды. То есть - чудовищно малое время от какого-то начала, которое мы пока не можем описать. Тут мы приближаемся к так называемым планковским временам, на которых современная наука не работает. Там нет пространства. Там нет времени. В классическим понимании. Но как только мы чуть-чуть отступили от этих планковских времен, где нет ничего - даже пространства и времени - у нас появился ничтожный пузырек классического пространства. И дальше мы все понимаем. В общем, конечно. Остаются детали, разные модели. Но в целом картина ясна.
- То есть она способна выдержать любую критику?
- Да, это так. Есть, правда, некие альтернативные воззрения, но они гораздо слабее. Они если что-то и объясняют, то с большим напрягом и требуют привлечения дополнительных сущностей. А теория космологической инфляции в этом смысле гораздо изящней. Она основана на том, что плотность энергии вакуума там, в очень ранней Вселенной, может сильно отличаться от нуля. При этом происходит поразительная вещь: пространство вместо того, чтобы сжиматься - растягивается. Оно работает как антигравитация.
- Это все происходит в период планковских времен?
- Да, примерно в ?10?^(-35) секунды от рождения. То есть пространство удваивается каждые ?10?^(-35) или даже ?10?^(-37) секунды. В итоге маленький пузырек, зародыш Вселенной, с неимоверной скоростью разрастается. А потом в какой-то момент этот тяжелый вакуум с ненулевой плотностью энергии берет и выгорает. Переходит в частицы. И это мы называем Большим взрывом, который и произошел 13,8 млрд. лет назад.
Когда воображение буксует
- "Тяжелый вакуум" - удивительное словосочетание. Звучит как "тяжелая пустота" или что-то в этом роде? Это научный жаргон?
- Отчасти - да. Хотя в целом правильно отражает суть: энергия вакуума может быть ненулевой. Первые догадки на эту тему появились где-то в 70-ые годы. Хотя на самом деле: отсутствие энергии в вакууме - это парадокс. Это очень странно. Тут замешана квантовая механика, поэтому объяснять широкой публики такие вещи нелегко. Нужно потратить очень много времени. Когда я писал свою книжку, я этим, пожалуй, пренебрег. Потому что это была бы такая боковая ветка повествования и достаточно тяжелая.
- Видимо в природе есть масса мест, где наше воображение буксует?
- В самом деле. И в космологии - в особенности. Как так, чтобы энергия вакуума не была равна нулю? Непонятно. Или - воображение наше вновь буксует, когда мы пытаемся представить замкнутую Вселенную. Далее: что такое Большой взрыв? Люди представляют себе, что что-то такое в пространстве взорвалось и расширяется в пустоту. Что совершенно неверно.
- То есть говорить о том, что что-то в чем-то взорвалось и вот теперь во все стороны разлетается некорректно?
- Корректно говорить о Вселенной целиком. Проще всего ее можно представить в виде поверхности раздувающегося пузырька, которая замкнута, и все живут на этой поверхности - все частицы, все объекты, все люди - и для них нет лишнего измерения. И обойти этот пузырек люди не могут из-за конечности скорости света. И все эти вещи на самом деле людям довольно сложно объяснить. Но, когда человек начинает понимать, то дальше для него все становится прозрачным. Такой получается барьер.
- Ваш профессиональный интерес как астрофизика тоже имеет отношении к космологии?
- Пожалуй, лишь с точки зрения космологических расстояний, на которых располагаются объекты, которые я изучаю. Это, как правило, миллиарды световых лет. Я занимаюсь квазарами и струями, которые они, эти самые квазары, испускают. Они излучают огромные потоки гамма-квантов. Задача - их правильно описать. Больших загадок тут на самом деле нет, а - только масса недоработок и недопониманий механизмов. Хотя они и не представляют из себя какой-то тайны. Нужно просто точное численное моделирование. Задача достаточно тяжелая. Но главным образом в количественном аспекте.
Светлое будущее темных перспектив
- Борис Евгеньевич, как бы Вы оценили нынешний уровень развития отечественной науки? Скажем, в наиболее близких Вам отраслях знаний: физике, астрофизике и космологии?
- У нашей науки было великое прошлое, но сегодня наступил период выживания. Причем, непонятно: выживет она все-таки или нет? Сильнейшие люди разъехались. Правда, часть из них все-таки осталась. Но все эти люди уже приличного возраста: моего и даже старше. Очень мало тридцати и сорокалетних. Самая тягловая сила. Молодежь приходит в науку, какое-то время там удерживается, а потом уходит, либо уезжает за рубеж. Здесь в России застревают в науке очень мало.
- Есть риск окончательно утратить старую отечественную научную школу?
- Она еще не утрачена до конца, но риск такой существует. Пока люди живы, пока работают, какие-то знания они могут передать. Тем не менее, перспектива того, что в какой-то момент нашу науку придется возрождать с нуля - она вполне реальная. Немножко лучше в биологии. Просто физика свой героический период уже пережила. Космология пережила этот героический период последней. А в биологии он продолжается.
- Получается, что в физике уже все открыто и нечего больше открывать?
- Интересная рутина есть всегда. Наука двигается не только во времена революций, но и между ними. И вот сейчас как раз такой период - между революциями в физике. Может быть, где-то на Западе этот этап переживается не так болезненно - там есть достаточно технических и финансовых инструментов, позволяющих не погрязнуть в этой рутине, ее преодолеть и сделать хорошую науку. Больших прорывов в самом деле пока что не предвидится. Может быть, на Большом адроном коллайдере обнаружат еще что-нибудь интересное. Может быть суперсимметрию, или - ту же темную материю, например.
- Что-то про нее известно уже?
- Почти ничего. Только то, что она существует. Тут просто деваться некуда. Примерно где и сколько. Но она ни с чем практически не взаимодействует. А найти ее можно только, если она где-то себя проявит.
- Глупый вопрос: нужна ли она нам, эта темная материя? Кроме физиков, кому от нее станет лучше? Что в нашей жизни поменяется?
- Опосредованно - многое. Такого рода открытия способны привлечь в науку талантливую молодежь, ее зажечь. Эти люди поднимут не только науку, но - образование в целом. Мы говорим тут уже о функции просвещения. И эта функция на самом деле - главная в науке. В этом смысле та же темная материя - источник просвещения. И это важней любых прикладных выходов в науке. Хотя на том же БАКе перевариваются огромные потоки информации. Наверняка они найдут какой-то полезный выход и не один. Не даром же именно там, в ЦЕРНе был придуман протокол WWW, который лег в основу интернета. Так что, когда люди работают над чем-то сложным, всегда обнаруживаются очень сильные утилитарные ответвления. Но просветительский эффект все-таки мне кажется тут наиболее ценным.
- А как сейчас, по-Вашему, обстоит дело с популяризацией научных знаний?
- Стало лучше. Хотя в начале 2000-х был полный мрак. Причем не только у нас, но и на Западе.
- И почему вдруг люди стали вновь интересоваться знаниями?
- Мне трудно объяснить. Тут какие-то нелинейные процессы. Может быть, общество просто насытилось потреблением. Или же в самом деле сыграли свою просветительскую роль некоторые успехи на том же Большом адроном коллайдере.
- Новые космологические откровения, о которых мы сегодня говорим, наверное, тоже подтолкнули людей к умным книжкам и раздумьям?
- Я думаю, что новая космология чисто в мировоззренческом плане гораздо важней для людей, чем, скажем, тот же бозон Хиггса. Картина, которую сегодня рисует космология, гораздо объемней, чем один механизм Хиггса. Он - лишь составная часть всего космологического действа. А из него вытекают глубочайшие принципы. Космология, например, показывает, что Вселенных на самом деле бесконечное число. Что они, скорее всего, разные. То есть, грубо говоря, в каждой из них - свои законы физики. Есть даже наметки, показывающие, как случайным образом формируются законы физики в той или иной вселенной. Так что с мировоззренческой точки зрения - это гигантское продвижение.
- Увы, но эти исследования, похоже, нас, нашу Вселенную, ставят в разряд мелких крошек мироздания...
- Что поделаешь...
- Как с этим смириться человеку, которого на протяжении всей его истории приучали (той же религией, например, или даже доэнштейновской физикой) к несколько иным схемам сотворения мира? Для человека такие откровения всякий раз оборачиваются серьезным стрессом. Раньше от него избавлялись сжиганием на костре еретиков. А сегодня что жечь придется?
- Слава Богу - ничего. Хотя я слышал: мол, да, от ваших умозаключений у простого человека "крышу" сносит. Но на самом дел-то - не сносит, человек остается сам собой и продолжает познавать мир, который гораздо сложнее, чем раньше казалось. И это же страшно интересно.
Гравитация мысли и антиматерия телевизора
- Борис Евгеньевич, вопрос к Вам, как коллеге-журналисту. Вы редактируете научную газету "Троицкий вариант". Для чего это Вам, серьезному ученому, нужно? Эта морока? Явно никаких материальных благ тут не сыщешь. Тогда - зачем?
- Сопротивляться. Газета - это сопротивление надвигающемуся мракобесию. Оно есть, оно продолжается и поощряется. Мы с Вами тут говорили о возрождении интереса к науке. Но это - лишь слабый проблеск на фоне наступления каких-то темных сил.
- Например - телевизора: включаешь и тут же выключаешь...
- Вот именно. Я, правда, давно его уже не смотрел - не могу просто, не выдерживаю. Поэтому в меру сил приходиться сопротивляться, влиять как-то через научную газету на среду. Ну да - может быть эта еще и общественная работа. Наше дело газетное - поддерживать дух просвещения. Причем, везде, где мы можем это делать. Одни, конечно, с этой задачей мы не справимся, но свои "пять копеек" пытаемся внести.
- Чтобы Вы могли сказать тем мальчикам и девочкам, что сидят сегодня еще за партой и только начинают задумываться о том, что такое наука, стоит ли ей посвящать всю жизнь, насколько это занятие может быть важным и судьбоносным? Ваше напутствие? Можно ли тут молодежь как-то "зажечь"? Как, скажем, Циолковский "зажег" в свое время космосом вашего дедушку, а тот, надо полагать, передал этот огонь по наследству детям, а потом и внуку, то есть - Вам.
- Наукой зажечь можно. Но для этого сначала надо показать, как это здорово. Не разжевать, а показать так, чтоб человек понял и сделал последний шаг в познании сам. И тут для любознательного человека потрясение практически гарантировано. Потрясение и восхищение: какая же это мощная вещь - наука! Я тут недавно выступал с лекцией в Новосибирске. Полный зал народу. В конце встает маленький такой мальчишка, как выяснилось потом, 9-классник с длинным-предлинным списком вопросов, которые он составил во время лекции и которые он еще не понимал. И то, что я недостаточно хорошо объяснил, он это по-своему сформулировал и стал уточнять. Причем с самого начала: что такое экспонента? Что такое мультиполь? И т.д. Разве плохо?.. Я ему тут же свою книжку подарил.
- Серьезная, получается, публика в физике подрастает? А потом этот мальчишка выучится и уедет...
- Даже если и уедет - все равно: российская научная диаспора за рубежом - это наше достояние. Они поддерживают контакты. Они иногда возвращаются. Они приезжают и что-то рассказывают. На самом деле то, что часть нашей науки разъехалась - это не такая уж большая катастрофа. Потому что они там тоже играют роль для нас, для России. И причем - довольно существенную. Скажем, конструируют великие теории. В том числе и ту, о которой мы сегодня с вами говорим.

Беседовал Алексей Мельников, Калуга.

Элементы

© 2005-2017 «Элементы»