Цивилизация
###1###
Первая часть: Всемирный год астрономии.
Вторая часть: «Бери больше, кидай дальше».
– Чего вы ждёте от астрономии в ближайшие годы? Какие проблемы стоят перед наукой?
– Тёмная энергия, тёмная материя, внеземные цивилизации.
Проблема номер один – это природа тёмной энергии. Это неожиданное, потрясающее открытие – материя с отрицательным давлением, с антигравитацией. Что это такое – её микроскопическая сущность, микроскопическая структура? Вакуум из виртуальных частиц, какое-то особое поле? Пока из наблюдений вытекает, что это скорее вакуум: параметр в уравнении состояния близок к «вакуумной» –1, и по мере уточнения наблюдений становится к ней всё ближе и ближе.
Но, тем не менее, никто из физиков не имеет никаких представлений, что это такое. Академик Валерий Анатольевич Рубаков в одной из своих последних лекций сказал:
«что касается микроскопической природы тёмной энергии, то здесь у нас, у теоретиков все фантазии исчерпаны, нужны принципиально новые идеи».
Это больной вопрос, потому что тёмная энергия – это 70–75% от всей энергии Вселенной, то есть это основная часть Вселенной, и мы не знаем, что это такое.
Во-вторых, тёмная материя. С этим попроще, хотя, что это такое, тоже никто не знает. Тёмная материя тоже превалирует над обычным веществом (её в 4–5 раз больше) и составляет где-то 20% от общей плотности Вселенной. Но есть хотя бы какой-то намёк на её природу: она гравитационно скучивается, концентрируется в галактиках, в скоплениях галактик. То есть там, где много барионов, там много и тёмной материи – в отличие от тёмной энергии, которая распределена однородно.
Скорее всего, тёмная материя – это какие-то частицы. Частицы, которые не открыты ещё на ускорителях, но которые предсказываются, например, суперсимметричными теориями. Природу этих частиц мы надеемся открыть при помощи нового коллайдера. По некоторым данным, частицы тёмной материи должны иметь массу в сотни или тысячи ГэВ. В последнее время много шума насчёт результатов PAMELA и ATIC, но это пока всё косвенные намёки. Надо просто измерить параметры частиц тёмной материи – массу, заряд, спин, и сказать – вот она, частица.
Третья волнующая проблема – это, конечно, внеземные цивилизации. Уж сколько лет, с тех пор, как Шкловский начал всё это пробивать, бьются. И до сих пор мы не имеем никаких сигналов из космоса и никаких намёков на то, что даже микроорганизмы живые существуют вне Земли – даже на Марсе.
Вопрос стоит очень остро, проблема имеет и огромное мировоззренческое значение. Лет 15 назад академик Владимир Игоревич Арнольд, будучи у папы римского, попросил его – вы, говорит, Галилея оправдали – давайте теперь и Джордано Бруно оправдайте, которого вы сожгли в своё время. А папа Арнольду ответил: вы найдите сначала, докажите, что есть жизнь на других планетах, тогда мы его оправдаем. А так, церковники говорят: Бог создал жизнь на Земле, и нет больше жизни во Вселенной. И они правы по-своему – пока ничего не найдено. Со времени сожжения Бруно прошло 400 с лишним лет – и нет никаких намёков.
+++###2###– А какие проблемы, по Вашему мнению, близки к решению?
– Я жду, что в ближайшее десятилетие будет получена Нобелевская премия за открытие чёрных дыр. Мы к этому подходим всё ближе и ближе. Во-первых, этих чёрных дыр уже, как собак нерезаных. Звёздных чёрных дыр – 23 штуки, для них измерены массы, даны ограничения на размеры. А сверхмассивных чёрных дыр в ядрах галактик – уже многие тысячи.
Но самое главное – надо измерить процессы вблизи горизонта событий, только так можно доказать, что это чёрная дыра.
И прогресс в этом направлении сейчас есть, это работы последних 2–3месяцев. Вот Nature пришёл, где описываются результаты наблюдений радиоинтерферометра с базой в несколько тысяч километров на длине волны 1,3 мм. Угловое разрешение этих наблюдений – 10-5 секунды дуги, и столько же – угловой размер гравитационного радиуса чёрной дыры массой 4 миллиона солнечных масс в центре нашей Галактики. Однако из-за того, что излучение от внутренней части аккреционного диска искривляется полем тяготения чёрной дыры, эффективный размер ореола вырастает примерно до 2,6*10-5 секунды дуги, и поэтому с разрешением 10-5 секунды дуги уже можно рассмотреть внутренние части аккреционного диска. И это было сделано. Оказалось, что истинный размер самой чёрной дыры – это гравитационный радиус.
Теперь доказать, что метрика пространства-времени вблизи горизонта событий чёрной дыры соответствует уравнениям Эйнштейна, а для этого надо изучать движение частиц.
Авторы упомянутой статьи в Nature говорят, что через два года запустят новый интерферометр на длине волны уже 0,5 мм или даже 0,3 мм и с базой в 10 тысяч км – они в Австралии радиотелескоп собираются использовать. База у них будет в несколько раз больше, а длина волны в несколько раз меньше, значит разрешение, λ/D будет уже лучше 10-6 секунды. А самое главное – за счёт большего количества радиотелескопов, они смогут уже за время порядка часа накопить достаточно сигнала, чтобы смотреть переменность на таких временах. И тогда уже просто по характеру переменности мы сможем изучать движение горячих пятен вблизи горизонта событий, а по их движению – судить о том, какая там метрика пространства-времени.
Чтобы запустить новый интерферометр, потребуется 2-3 года. Ещё лет пять-семь понадобится на осмысление результатов. И я думаю, лет через 10, максимум 20 лет, будет получена Нобелевская премия за открытие чёрных дыр.
– Что это будет означать для наших представлений о Вселенной?
– Если есть чёрные дыры, то весьма вероятно, должны быть и кротовые норы. Для кротовых нор просто нужна экзотическая материя – материя с отрицательным давлением. Но она уже открыта – пожалуйста, тёмная энергия. Правда, если это вакуум, его нельзя сжать, и из чистого вакуума кротовую нору не построишь. Но если это квинтэссенция или фантомная энергия (то есть коэффициент в уравнении состояния отличен от –1), это вещество уже можно сжимать. У него отрицательное давление, но его можно сжимать, и возможна стационарная конфигурация типа кротовой норы. Ну и на отрицательном давлении магнитного поля – это известная работа Новикова, Кардашёва и Шацкого, тоже можно удержать объект от коллапса и сделать туннель в пространстве-времени вроде кротовой норы.
Так что если будут чёрные дыры доказаны, то и кротовые норы, скорее всего, должны быть. А если есть кротовые норы – то можно теоретически и практически создать машину времени, потому что кротовая нора – не что иное, как машина времени, можно туда и обратно ходить. Тут уже «философские» проблемы начинаются: как быть со временем, с причинностью.
+++###3###– И последний вопрос: какой Вы видите астрономию через 100 лет. Что будет к 500-летия использования телескопа Галилеем?
– Если человечество доживёт до этого – а то видите, начинаем между собой уже грызться так, что можем уничтожить цивилизацию.
А с точки зрения астрономии через 100 лет…
Я думаю, вся астрономия будет на Луне.
Точнее, все обсерватории: Луна – идеальное место. Нет искажающей атмосферы, нет помех. Сейчас радиоастрономия страдает колоссально – все частоты заняты трансляцией, и найти полосочку для радиоастрономии всё сложнее и сложнее. А на Луне, на её обратной стороне – нет этого, нет радиопомех.
А астрономия будущего, астрономия через 100 лет – это будет астрономия инфракрасного и радиодиапазонов. Причина этого – красное смещение: Вселенная расширяется, и с ней увеличивается и длина волны излучения, испущенного когда-то. И если мы хотим проникнуть дальше в прошлое, то из-за красного смещения всё излучение смещается во всё более длинноволновую часть спектра.
Вот посмотрите на новый европейский космический телескоп имени Гершеля, аналог телескопа имени Хаббла, но с диаметром не 2,5 метра, а 3,5 метра. Он уже на ближний инфракрасный диапазон рассчитан, у него рабочая длина волны – 1 микрон. «Хаббл» делали с упором на ультрафиолет, потому что его не пропускает земная атмосфера. Но потом поняли, что информация, которая содержится в ультрафиолете, касается только ближайшего космоса. Более того, ультрафиолет сильно поглощается, поэтому даже без учёта красного смещения, вы далеко не можете уйти – межзвёздный газ всё поглощает, межгалактический газ поглощает, и так далее. А инфракрасный и радиодиапазон – это бесконечность. Плюс красное смещение. Всё заставляет нас переходить в эти диапазоны.
Астрометрия – тоже будет на Луне. Точность измерения координат уже будет лучше одной угловой микросекунды. Мы будем знать движение каждой звезды нашей Галактики! Будем знать, куда она движется, откуда она вышла – это колоссальная информация для звёздной динамики. Мы будем способны провести геометрическое измерение расстояний до всех звёзд нашей Галактики, расстояние с точностью в несколько процентов будет известно для всех её звёзд.
Более того, мы уже будем иметь тригонометрические параллаксы галактик!
Не самых удалённых, но это уже будут геометрические расстояния. А по ним уже можно будет измерять кривизну пространства-времени на космологическом уровне.
Я думаю, что будущее астрономии – это Луна, обратная сторона Луны, где не будет атмосферных искажений, не будет помех, но будут уникальные возможности и где будут расположены все телескопы. В том числе, телескопы по поиску сигналов внеземных цивилизаций – с гораздо большей чувствительностью и с гораздо большим разрешением.
Там уже будут построены базы, будут работать люди. Не зря сейчас умные страны – Китай, Япония обращают внимание на Луну. Постепенно Луну надо осваивать. Это же наш подарок судьбы! Громадная масса – сила тяжести там всего вшестеро меньше, чем на Земле, почти тот же самый режим, что на Земле – всё нормально. Нужны только эффективные средства доставки людей туда и обратно, нужно преодолеть дороговизну этого перелёта. И я думаю, за 100 лет технологии позволят нам легко это делать.
– Большое спасибо.
Беседовал Артём Тунцов.+++