Ответы на вопросы трудящихся

Борис Штерн
«Троицкий вариант» №3(371), 07 февраля 2023 года

Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»

Ставят мне вопросики острые, жгучие...
Юлий Ким

Мы с Алексеем Кудря затеяли серию видеороликов с моими ответами на вопросы по астрофизике, собранные в соцсетях и на YouTube. Идея принадлежит Алексею — он известный астроном-любитель, а теперь и член команды ТрВ-Наука. Я вначале отнесся к идее прохладно, но постепенно втянулся, и когда прозвучало предложение сделать из этого книгу, отнесся к нему почти всерьез: чем черт не шутит?

«А если Большого взрыва не было?» (в эфире Алексей Кудря и Борис Штерн)

Что именно мы делаем? Алексей объявляет во всяких «прикормленных» местах, посещаемых любителями астрофизики и даже профессионалами: «Задавайте вопросы Штерну! Он ответит на всё!» — не конкретизируя тему и не накладывая ограничения на форму вопроса. А я, соответственно, отдуваюсь, предварительно посмотрев вопросы и прикинув ответы, если надо, пошарив по Интернету. Рискованная затея, но всё равно она оказалась приятной и полезной: в результате я сам учусь и горжусь тем, что еще способен на это в своем почтенном возрасте. И не столь уж часто настают минуты позора, хотя бывает, что и ляпнешь...

Вопросы, как камни с неба, беспорядочно покрывают огромную площадь, падая далеко за пределами моей профессиональной компетенции. Собственно, эта самая компетенция у меня ограничивается астрофизикой высоких энергий (и частично космологией, благодаря написанной книге), а тут спрашивают про направление течения времени и про его происхождение, про межзвездную среду и несуществующую антигравитацию, про Вселенную-симуляцию, про управляемое охлаждение Земли. Любят спрашивать про темную материю — ее распределение в галактиках и пространстве, ее поглощение черными дырами. Ну и про всякие парадоксы, связанные с последними. Даже про климат. На самом деле это вовсе не страшно: важен не объем готовых знаний в голове, а умение быстро разбираться и делать прикидочные оценки. А это дело наживное.

Некоторые вопросы заставляют крепко задуматься. Например: «Есть ли корреляция между направлением движения галактики и тем, в какую сторону закручены ее рукава?» А откуда я знаю? Но ведь это пространственно-нечетная корреляция! Это же ужас — с какой стати во Вселенной должно быть макроскопическое нарушение симметрии между правым и левым? Дело в том, что само по себе направление закручивания рукавов не определено — оно зависит от того, с какой стороны поглядеть на галактику. Но если добавить направление движения или направление взгляда, то появляется определенность, появляется спиральность: галактика может быть лево- или правозакрученной. И преобладание тех или иных будет означать глобальное нарушение пространственной четности на макро-, точнее, на мегамасштабах. Откуда?

В комментариях мне подсказали, что эффекты нарушения четности во Вселенной действительно ищут. Что касается корреляции между закрученностью и движением, тут надо уточнить, относительно какой системы надо отслеживать движение. Казалось бы, относительно системы, в которой реликтовое излучение изотропно — мы сами движемся относительно нее со скоростью ~600 км/с. Но это непросто. Но народ не сдается: просто подсчитывает число право- и левозакрученных, глядя в разных направлениях, надеясь найти где-то статистически значимый избыток. Это уже ужас-ужас: тут предполагается не только нарушение пространственной четности, но и изотропии Вселенной.

Скопление галактик. По ссылке можно посмотреть увеличенное изображение и самостоятельно посчитать число право- и левозакрученных галактик

Наконец, я наткнулся на популярный проект — пока теоретический: искать нарушение четности в четырехточечной корреляции галактик. Разобьем пространственное распределение галактик на тетраэдры — существует триангуляция Делоне, предписывающая, как это сделать однозначным образом. Оказывается, что при этом тетраэдры имеют определенную пространственную четность — правые и левые. Если он правильный, то пространственно-четный. Но если все стороны разные, то берем самое длинное ребро, выбираем ту из вершин, где длиннее второе по длине ребро, и вращаем тетраэдр вокруг самого длинного ребра от второго к третьему по длине. Звучит неуклюже, но рецепт дает однозначную спиральность. Наверняка есть более изящная формулировка на языке векторной алгебры.

Народ собирается подсчитывать число правых и левых тетраэдров, что, по-моему, безнадежно, поскольку направление на галактику определяется хорошо, красное смещение неплохо, но точный перевод красного смещения в расстояние проблематичен из-за разброса скоростей галактик. Мне кажется, что для решения этой задачи попросту не хватит точности определения расстояний по лучу зрения — это даст слишком большой шум, в котором потонет гипотетический эффект.

Просматривая литературу по поводу нарушения пространственной четности в астрофизике, я наткнулся на еще одну забавную идею: нейтронные звезды должны нарушать пространственную четность из-за преимущественной спиральности, в данном случае — корреляции между направлениями вращения и движения относительно родительской галактики. Это следствие хорошо известного нарушения пространственной четности в микромире, в слабых взаимодействиях. При взрыве сверхновой излучается огромное количество нейтрино — это основной механизм сброса тепловой энергии. А нейтрино обладают определенной спиральностью. При этом взрыв несимметричен, и образующаяся нейтронная звезда получает приличный импульс отдачи — скорость порядка тысячи километров в секунду. И при том же она получает заметный момент вращения за счет левоспиральных нейтрино, вылетевших преимущественно в одном направлении. Красиво же!

Так простой вопрос неумолимо заставляет расширять собственную картину мира, чтобы дать достаточно глубокий ответ.

Вообще, мои любимые вопросы связаны со всяческими ниспровержениями устоявшегося и открытиями нового в физике. Эти ниспровержения и открытия всё время маячат на горизонте на уровне значимости три или даже четыре сигма (уровень достоверности 0,997 и 0,9999 соответственно). Они так и будут маячить, поскольку направлений поисков много, методик еще больше, а о всяких вспомогательных параметрах в этих методиках и говорить не приходится. Поэтому люди ищут и находят маловероятные статистические отклонения, процеживая разнообразные данные широким бреднем. Так возникают и потом рассасываются сенсации. Распад темной материи, анизотропия Вселенной, нарушение лоренц-инвариантности и многое другое. Это очень увлекательное занятие — искать ниспровержения мейнстримных теорий и свидетельства Новой Физики. А я, наоборот, люблю опровергать эти ниспровержения и свидетельства, вылавливая статистические натяжки. Каждому свое.

Конечно, когда-нибудь люди натолкнутся на Новую Физику: прогресс в методах движется медленно, но непреклонно. Кстати, бозон Хиггса в ЦЕРНе открывали как бы дважды — сначала с маргинальной значимостью (с неправильной массой — то был именно статистический выброс) на старой машине, затем — по-настоящему — на новой.

Вернемся к вопросам и ответам. Мы никак не ограничиваем уровень сложности и адекватности задаваемых вопросов, поскольку на самый глупый вопрос можно найти интересный и достаточно глубокий ответ. Другое дело — как отвечать и на кого ориентироваться. Высказывание, приписываемое Эйнштейну: «Если вы что-то не можете объяснить шестилетнему ребенку, вы сами этого не понимаете» — просто красивое изречение, и не более того. Конечно, от шестилетнего ребенка можно отделаться какой-нибудь метафорой, но это не будет объяснением. Кстати, я далеко не шестилетний ребенок, но мне до сих пор никто не смог объяснить, как возникает спектр масс в теории струн. Не потому, что они сами не понимают, а потому, что там замешана довольно сложная математика, в которую нет времени и сил врубаться. Если бы мне попался подобный вопрос, я бы ответил честно: не знаю, давайте как-нибудь спросим у имярека, он это хорошо понимает. Собственно, я уже отвечал подобным образом на некоторые вопросы, но это скорее исключение. На большинство вопросов по астрофизике и космологии ответить можно, иногда пошарив по Интернету для уточнения деталей.

Итак, кому отвечать? На этот вопрос каждый, занимающийся просветительством, отвечает по-своему. Я ориентируюсь на тех, кто способен воспринять дух науки, а не просто запомнить интересные факты. Таких меньшинство, но это очень ценное меньшинство — это маленькая аудитория, но от нее волны расходятся дальше. Кстати, реакция типа «ничего не понятно, но очень интересно!» мне вполне по душе. Она означает, что человек пусть и не разобрался в картине, но осознал, что она существует — большая, красивая и глубокая картина мира, высвеченная наукой.

Обратная связь через комментарии и сообщения есть, и она в основном положительная. Люди задают новые вопросы вслед, уточняющие вопросы, иногда даже подсказывают нечто полезное. Комментаторы спорят между собой, иногда отвечая вместо меня и вполне адекватно. В общем, жизнь идет. Попадаются и воинствующие невежды и фрики со своими теориями мироздания — а как же без них? Здесь главное не втягиваться в вязкие липкие препирательства.

Итак, сериал продолжается. Мы пока не знаем, что получится в результате, получится ли книга. Главное — двигаться дальше. Это происходит на моем канале, весьма скромном по аудитории.

Последняя запись ответов на вопросы здесь.

Вопросы можно задавать в комментариях к видео, в комментариях под этой колонкой в соцсетях под соответствующими объявлениями Алексея Кудря.

И еще мы намерены провести конкурс на лучший вопрос методом народного голосования.