Физик: мы близки к получению первых данных о параллельных Вселенных

Американский космолог Лоуренс Краусс рассказал о том, как изменилась космология после открытия гравитационных волн, объяснил, почему были сдвинуты стрелки «часов судного дня», и рассказал о том, сможем ли мы увидеть первое мгновение жизни Вселенной во время Большого взрыва.

Лоуренс Краусс (Lawrence Krauss) — один из самых известных космологов и популяризаторов науки в США. За последние 30 лет он написал десять научно-популярных книг, посвященных космологии и науке в целом, многие из которых стали бестселлерами, а также участвовал в съемках нескольких документальных фильмов и научно-популярного сериала How the Universe Works.

На этой неделе Краусс наряду с другими выдающимися зарубежными и российскими учеными выступил с лекциями о последних открытиях и будущем науки на фестивале Kaspersky Geek Picnic, который проходит в Москве и в Санкт-Петербурге.

— Пока еще рано говорить о каких-то глобальных выводах – мы только начали наблюдать за гравитационной Вселенной. У нас пока есть данные только по трем слияниям черных дыр, и никто – кроме врачей, наверное, – не может взять столь небольшое число событий, экстраполировать их и получить что-то интересное.

С другой стороны, кое-что нам все же удалось уже узнать. К примеру, теперь мы хорошо понимаем, что теория относительности работает безупречно и мы можем использовать ее для изучения Вселенной. В прошлом это не было так очевидно, как и то, что черные дыры звездных масс действительно существуют.

Кроме того, последнее событие, зафиксированное LIGO в начале этого года, позволило нам понять, как формируются подобные пары черных дыр. Если бы они возникали внутри двойных звездных систем, то тогда они вращались бы в одну сторону. Похоже, что это не так, но пока мы еще не можем говорить об этом со стопроцентной уверенностью, так как число событий по-прежнему остается небольшим.

Мы сейчас стоим на том же этапе развития, что и Галилей, впервые увидевший луны Юпитера, – тогда человечество только начало понимать, как устроена Солнечная система. Гравитационные волны стали нашим новым окном во Вселенную, через которое мы будем смотреть на нее в нынешнем и следующем столетии.

Многие вещи остаются непонятными, и пока у нас нет ни знаний, ни опыта для того, чтобы найти в данных LIGO что-то новое, касающееся теории относительности и того, как работает квантовая гравитация. Мне, как космологу, интереснее думать не о современных гравитационных детекторах, а о том, что через 50 лет они будут видеть не только слияния черных дыр, но и гравитационные волны, рожденные во время Большого взрыва.

— Смогут ли LIGO или другие гравитационные детекторы доказать или опровергнуть то, что мы живем внутри голограммы или черной дыры?

— Мне кажутся такие идеи несерьезными – они годятся лишь для того, чтобы попасть на страницы газет и интернет-изданий. Пока не существует никаких физических намеков на то, что мы живем внутри плоской голограммы или компьютерной симуляции, в своеобразной «Матрице».

С другой стороны, подобные вопросы все же рассматриваются серьезно по той причине, что они напрямую связаны с теорией квантовой гравитации и проблемой ее проверки, а также с природой  пространства-времени.

LIGO и другие существующие и строящиеся детекторы могут наблюдать за гравитационными волнами только в так называемом классическом режиме – они не могут наблюдать за колебаниями пространства-времени, возникающими на самой границе горизонта событий, где на их поведение и формирование будут влиять квантовые эффекты. Поэтому они вряд ли помогут нам найти ответ на этот вопрос.

В будущем, конечно, подобные детекторы появятся, и пока у нас есть много других интересных вопросов. К примеру, мы пока не понимаем, как возникают сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, возникают ли галактики вокруг таких черных дыр или же дыры рождаются внутри галактик, а также многое другое.

Конечно, могут быть случайные удивительные открытия, подобные обнаружению того, что Вселенная расширяется все быстрее, но пока у нас нет даже детекторов, которые могли бы зафиксировать такие вещи даже чисто теоретически.

— Если говорить о расширении Вселенной – недавно ваши коллеги нашли большие расхождения в скорости ее роста после Большого взрыва и сегодня. Может ли «новая физика» скрываться там?

— В физике очень часто появляются расхождения, и чаще всего они исчезают сами по себе. Если у вас появляются какие-то интересные результаты, то в 99% случаев они оказываются случайностью или ошибкой, и только в одном проценте – реальным открытием. Мы все надеемся, что эти открытия входят в этот процент, но нужно понимать, что погрешности измерений присущи каждому эксперименту.

К примеру, когда я был молодым, разные эксперименты указывали на две скорости расширения Вселенной – 50 километров в секунду на мегапарсек и 100 километров в секунду на мегапарсек. И то и другое значение считались достаточно точными, и погрешность измерений была небольшой  — плюс-минус пять километров в секунду на мегапарсек, однако сами значения при этом различались примерно в два раза.

Текущие расхождения гораздо скромнее — значения скоростей различаются всего на 2-3 процента, однако всем кажется, что это очень серьезные несостыковки, за которыми скрывается что-то реально новое. Я же отношусь к этому «открытию» довольно скептично, но возможно, что и новые, и старые расхождения действительно существуют.

Мне же лично кажется, что это не так, так как, с точки зрения теории, энергия пустого пространства должна оставаться постоянной по целому ряду причин. Поэтому крайне маловероятно, если это не так. Сама возможность того, что энергия вакуума могла меняться в прошлом, интересна нам потому, что такой сценарий позволяет нам гораздо больше узнать о том, как устроена Вселенная и как устроено пространство-время, чем если бы скорость расширения Вселенной была постоянной на всем протяжении ее существования.

С другой стороны, нужно понимать, что Вселенная существует не для того, чтобы исполнять наши желания,  и поэтому мне кажется, что на самом деле скорость ее расширения никогда не менялась, и никакой новой физики тут нет.

— Если говорить о мечтах: вы являетесь одним из участников проекта Breakthrough Starshot, насколько вообще можно говорить о том, реализуем ли он и какую реальную пользу мы могли бы извлечь из него?

— Сможем ли мы создать зонд, который сможет двигаться со скоростью в 20% от скорости света? Пока я могу лишь сказать, что это идея в принципе реализуема, однако ее претворение в жизнь будет очень сложной задачей.

С другой стороны, мне кажется, что нам вполне по силам создать технологии, способные разгонять небольшие зонды до скоростей, позволяющих достичь окраин Солнечной системы за несколько дней, а не десятки лет. Подобные аппараты позволят нам всесторонне изучить все планеты и небесные тела за очень короткое время. И базой для их создания станут те разработки, которые будут созданы в рамках «невозможного» Breakthrough Starshot.

И на самом деле, подобная постановка вопроса не совсем корректна – главная цель этого проекта заключается не в достижении каких-то конкретных задач, а в популяризации освоения космоса, почему я, собственно, и согласился участвовать в нем. С точки зрения чистой практики гораздо интереснее выглядит проект Breakthrough Listen.

— Вы являетесь председателем редакции журнала Bulletin of Atomic Scientists, хранителей «часов судного дня». С чем связано то, что вы передвинули стрелку на 30 секунд в сторону ядерной катастрофы, и как мы могли бы отодвинуть ее назад?

— Главное понимать, что наши часы указывают не на абсолютные, а относительные значения. Иными словами, сдвиг их стрелок говорит  о том, как изменилась ситуация за год. В данном случае мы просто говорим о том, что сейчас ситуация стала опаснее, чем она была в прошлом году.

Мы подвинули стрелку на 30 секунд в сторону ядерной «полночи» по нескольким причинам. Во-первых, президенты двух ведущих ядерных держав сделали ряд агрессивных заявлений о ядерном оружии и сделали ситуацию вокруг него более напряженной, чем она была раньше. Конечно, дела убедительнее слов, но слова президентов все равно стоят многого в мире политики.

Президент Трамп, как мне кажется, плохо понимает то, что представляет собой ядерное оружие и почему нам важно сдерживать его распространение. Поэтому его фразы о расширении арсенала США и его нежелание участвовать в соглашениях по нераспространению ядерного оружия вызвали большое беспокойство у нас.

Кроме ухудшения отношений России и США, в мире происходили и другие события, которые повлияли на наше решение. Северная Корея продолжает проводить ядерные испытания и пуски баллистических ракет, а также власти США сегодня отрицают существование другой опаснейшей угрозы для существования всей цивилизации в целом – глобальное потепление. Вдобавок, возникли новые проблемы, такие как кибер-атаки и кибер-войны. Все это заставило нас подвинуть стрелку на 30 секунд.

Как можно их повернуть назад? Мне кажется, эту проблему могут решить только простые люди, так как политики давно не прислушиваются к ученым. Они начнут слушать нас только тогда, когда об этом будет говорить все общество, и наш журнал, по сути, и существует для того, чтобы информировать публику и побуждать ее к действию.

— Стивен Хокинг считает, что человечество выживет только в том случае, если до конца текущего столетия мы станем «космическим» видом и приступим к колонизации других планет. Схожие идеи излагал Элон Маск. Насколько они реалистичны?

— Мне кажется, что у нас на Земле хватает проблем, которые нужно решить до того, как мы отправимся колонизировать Марс. В далеком будущем, через несколько столетий, нам действительно понадобится покинуть Землю, однако пока такой нужды нет. Я хорошо знаю Элона, он делает хорошие ракеты и электромобили, но его планы по колонизации Марса пока очень далеки от реальности.

Человечество, на мой взгляд, должно в первую очередь стать земным видом и научиться сообща решать глобальные проблемы, прежде чем мы сможем начать покорять космос. Мы уже постепенно становимся таким видом – в последние десятилетия у нас возникла способность менять облик Земли на глобальном уровне, и нам нужно привыкнуть к этому.

— Если говорить о будущем – сможем ли мы когда-либо увидеть то, что происходило в самый первый момент Большого Взрыва и где будет совершен следующий прорыв в космологии?

— С одной стороны, можно сказать, что если бы я знал, где именно мы совершим прорыв в космологии в ближайшие двадцать лет, то я бы тогда уже занимался этой темой. С другой стороны, если говорить серьезно, то мы сейчас находимся на пороге потенциально эпохального открытия.

Микроволновые детекторы на южном полюсе, которые наблюдают за эхом Большого Взрыва, почти достигли нужной чувствительности для того, поймать гравитационные волны, порожденные в первый момент жизни Вселенной. Если нам удастся их зафиксировать, то мы узнаем много нового о том, как она выглядела в первую миллионную долю от миллиардной доли аттосекунды (10 в минус 18 степени секунды) своего существования.

Кроме того, мы получим первые однозначные данные о том, существуют ли параллельные Вселенные, и решим многие вопросы, которые совсем недавно считались метафизикой, а не чем-то, что можно проверить эмпирическим путем. Поэтому я считаю, что мы живем в одно из самых интересных времен для  космологии и астрономии – все лучшее в науке нас еще ожидает.