Сюжеты

Вечно ли небо над головой?

XXI век: революция в астрофизике

Этот материал вышел в Научно-популярное приложение "Кентавр" №5
ЧитатьЧитать номер
Общество

Ким Смирновнаучный обозреватель

 

Только что в Казани закончилась Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2007. В её повестке дня — революция в астрофизике на грани двух тысячелетий. Накануне конференции «Кентавр» провёл круглый стол на эту же тему. Мало кто знает,...

Только что в Казани закончилась Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2007. В её повестке дня — революция в астрофизике на грани двух тысячелетий. Накануне конференции «Кентавр» провёл круглый стол на эту же тему.

Мало кто знает, что знаменитый афоризм Канта о нравственном законе и звездном небе рожден на закате жизни в связи с воспоминаниями о матери, умершей, когда будущему великому философу было 13 лет, и похороненной как простая крестьянка. Глубоко верующая, она внушала маленькому сыну, что жить надо по совести. И еще — объясняла имена деревьев, трав, цветов. И созвездий в ночном небе. Вот откуда: «Две вещи наполняют душу мою все новым удивлением и нарастающим благоговением: звездное небо надо мной и нравственный закон во мне». Две незыблемые константы пребывания человека на Земле, к нашим дням переставшие быть незыблемыми.

Звездное небо античных легенд и поэтических описаний Фламмариона обратилось в кипящий котел, где взрываются миры, происходят чудовищные термоядерные превращения. Оно стало для исследователей гигантской, размерами во Вселенную, физической лабораторией, где вещество, поле, энергия представлены во всех мыслимых и немыслимых видах и состояниях: от разреженного межзвездного пространства, где в кубическом сантиметре «прописан» всего один атом водорода, до пульсаров, где на тот же объем приходятся уже миллионы тонн массы; от холода, близкого к абсолютному нулю, до жары в миллиарды градусов, от испепеляющей энергии Солнца до энергии взрывов сверхновых звезд, когда за несколько дней ее выплескивается столько, сколько Солнце отдает за сотни миллионов лет… Кстати, в эти перемены внес лепту и Кант своими космогоническими гипотезами.

В падких до сенсаций СМИ появляются утверждения: если отсчитать от начала XXI века семь лет назад и семь вперед, то за это время сделано столько астрономических открытий, сколько за всю предыдущую историю.
Так ли? Мы попытались выяснить это за круглым столом, участниками которого стали академик РАН, лауреат Нобелевской премии Виталий ГИНЗБУРГ; академик РАН, директор Астрокосмического центра ФИАН Николай КАРДАШЕВ; доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией отдела теоретической астрофизики Астрокосмического центра ФИАН Борис КОМБЕРГ.


Вопрос 1. Финиш ХХ и старт XXI веков подарили нам целый фейерверк новостей из ближнего и дальнего космоса. Какие из них лично вы считаете особо впечатляющими? Какое место в летописи отечественной астрофизики займет только что завершившаяся в Казани Всероссийская астрономическая конференция ВАК-2007?

В. ГИНЗБУРГ: Астрономия — органическая часть физики, применение ее к небесным явлениям. Они — единое целое. Кентавр, если хотите.

Это, так сказать, тривиальное замечание. А нетривиальное в том, что иногда физика и астрономия далеко расходились, иногда тесно сближались, что чаще всего случалось во время астрономических революций.

Первая произошла 400 лет назад. Галилей открыл спутники Юпитера и простейшие законы механики, Кеплер — законы движения планет. Работы того и другого подготовили приход Ньютона. Вторая астрономическая революция началась с 30-х годов прошлого века. Все, что до этого приходило к нам из космоса, приходило путем оптических наблюдений. Американский инженер Карл Янский в начале 30-х годов прошлого века обнаружил космическое радиоизлучение. Родилась и начала бурно развиваться радиоастрономия.

Радионаблюдения достигли колоссальной точности. Помню, в Кембридже была научно-техническая выставка, там лежали листки с надписью: «Переверните». А на обороте: «Перевернув этот листок, вы затратили энергии больше, чем приняли все существующие в настоящее время радиотелескопы». Имелось в виду: у них такая чувствительность, что фиксируются самые слабые сигналы из мирового пространства.

Б. КОМБЕРГ: В астрофизике есть своя единица измерения радиоизлучений из космоса, названная в честь их первооткрывателя. Так вот, один янский — это излучение, в миллиард раз более слабое, чем сигнал радиопередатчика мощностью в 100 кВт, переданный на частоте в 100 мегагерц и принятый на расстоянии в три тысячи километров.

В. ГИНЗБУРГ: Кульминацией стало отмеченное Нобелевской премией открытие в 1967—68 годах нейтронных звезд в виде так называемых пульсаров. Нейтронная звезда — это космический объект с массой Солнца, с сильным магнитным полем и диаметром всего в 10 км, делающий оборот за секунды и излучающий радиоволны в узком пучке, периодически попадающем в приемник на Земле. Сейчас известно уже больше тысячи пульсаров.

А к началу XXI века астрономия окончательно превратилась из оптической во всеволновую, стала принимать сигналы из космоса во всех диапазонах — от радиоволн до гамма-лучей. Это колоссальный переворот, который позволил сделать множество открытий. И среди них — открытие темной материи и темной энергии.

Б. КОМБЕРГ: Движение галактик в скоплениях оказалось более быстрым, чем это следовало из наблюдаемой суммарной массы скоплений. Для нашей Галактики динамическая масса больше светящейся в два раза, для группы галактик — в 5—10 раз, для их скопления — в сотни. Оставалось предположить: есть еще какая-то темная материя, которая ничего не излучает, но гравитацию дает.

Н. КАРДАШЕВ: Что сие такое, пока неясно. Возможно, какие-то неведомые элементарные частицы, не связанные с теми, из которых слагается наш окрестный мир и из которых состоим мы сами. На ускорителях уже ставятся эксперименты с целью обнаружить эти частицы. Но вполне вероятно, что данную загадочную субстанцию в земных, лабораторных условиях получить невозможно. Есть масса предположений о ее природе. Это могут быть «черные дыры», возникшие в самом начале нашей Вселенной. Во всяком случае, при рождении галактик, из которых образовались звезды и планеты, концентрация сгустков материи в первую очередь началась из-за наличия темного вещества. Сейчас оно составляет около 25 процентов всей плотности нашей Вселенной. 70 процентов — темная энергия. И лишь менее 5 процентов — это «нормальное» вещество, атомы, молекулы.

В. ГИНЗБУРГ: Только подумайте: 95 процентов материи во Вселенной — это ее формы, которых мы не знаем, которые еще не исследованы!

Б. КОМБЕРГ: Результаты, гипотезы, модели последних лет — такая фантастика, что, глубоко погружаясь в нее, можно и не выплыть назад. Поэтому предпочитаю говорить о конкретных наблюдательных аспектах, которыми сам занимаюсь. Например, о микроквазарах, открытых в конце прошлого века.

Это активные звездные системы, в миниатюрном виде повторяющие ядра галактик, но с массой в десятки миллионов раз меньшей. Все процессы там протекают гораздо быстрее — в те же десятки миллионов раз. И если удастся установить идентичность свойств тех и других, можно, изучая микроквазары, получать данные о более крупномасштабных активных объектах во Вселенной, в том числе и квазарах.

У нас даже был проект, связанный с поиском микроквазаров на основе особенностей их спектров в широком диапазоне длин волн — от рентгена до радио. Их вообще-то очень мало. В нашей Галактике известна всего дюжина. Экстраполяция их свойств на более крупные объекты позволяет делать довольно обоснованные прогнозы-предсказания.

Действительно, смену состояний микроквазаров можно наблюдать за несколько дней и даже часов. А для их крупномасштабных аналогов это тысячелетия. Вот видите, какие подарки делает нам иногда Природа.

Другой интересный момент связан с гравитационными линзами. Еще Эйнштейн в теории относительности предсказывал искривление световых траекторий под действием гравитации.

Излучения, идущие к нам от звезд, встречая по пути гравитационные сгустки — гравлинзы,  могут усиливаться при их помощи. Самые далекие объекты, например квазары, казалось бы, могут наблюдаться везде. Но в действительности обнаруживаются они в тех участках неба, где по дороге встретилось богатое скопление галактик. Есть такая земная присказка: «Ищите под фонарем». То же самое — здесь. Только фонарь не световой, а гравитационный, усиливающий видимость объекта, улавливание его излучения в десятки и даже сотни раз.

Н. КАРДАШЕВ: Реально тремя китами, на которых основывались дискуссии на казанской астрономической конференции, стали три проблемы, связанные с важнейшими научными достижениями на грани двух тысячелетий.

Первая — новая модель Вселенной как целого, исходящая из того, что в ней содержится огромное количество ранее совершенно неизвестной темной материи и темной энергии. Сюда же можно отнести и проблему поиска первых объектов во Вселенной.

Вторая проблема — открытие и исследование планет около других звезд. Сейчас их обнаружено более 200. Впервые удалось зарегистрировать новые планеты с помощью больших оптических и радиотелескопов. Активно обсуждается возможность обнаруживать уже не одни планеты-гиганты, а и такие «малютки», как наша Земля, оценивать химический состав их атмосферы и даже вероятность жизни на них.

Третья проблема. Наблюдательная техника. Но об этом разговор особый. (Телескопам ХХI века, пионерным проектам российских ученых, таким, как например, космическо-земной интерферометр, «Кентавр» посвятит специальную публикацию. — Ред.).


Вопрос 2. Каковы сегодня представления астрофизики о начале (и конце) Вселенной?

В. ГИНЗБУРГ: Доминирует точка зрения, что наша Вселенная (то есть все, что мы наблюдаем) образовалась 13—15 млрд лет назад из чего-то вначале очень плотного в результате так называемого Большого взрыва. И потом она расширялась. Правомерно и представление: таких вселенных, как наша, много, и как там обстоят дела, никто не знает. Так что ясности тут нет, и вопрос о начале мира остается открытым.

Что касается дальнейшего развития, то здесь ситуация несколько проще. Вселенная расширяется, становится все менее плотной. И когда-то умрет. Дискуссируется лишь вопрос о замедлениях и ускорениях этого процесса.

Н. КАРДАШЕВ: До второй половины прошлого века считалось: наша Вселенная расширяется со все меньшей и меньшей скоростью. Сейчас установлено: все наоборот — раньше, примерно 5 млрд лет назад, она действительно расширялась с торможением, а потом (что совпадает с образованием Солнечной системы и ее планет) расширение стало ускоряться. И вот во всем этом темная энергия играет доминирующую роль, которая дальше будет усиливаться.

Традиционная модель Вселенной, расширяющейся от какого-то начала, всегда вызывала вопрос: «А что было до Большого взрыва?». И не очень-то удовлетворял ответ: «Вселенная замкнута, и поэтому вокруг нее ничего нет». Тем более, как показали наблюдения последних лет, она не замкнута.

В связи с этим возникла совершенно новая, очень красивая модель с английским именем «Мультиверс». Русский аналог: «Многомир», многоэлементная, многосвязанная Вселенная. Согласно этой модели вся Вселенная бесконечна в пространстве и времени. Не было у нее ни начала, ни края. И конца и края не будет. Часть бесконечного пространства заполнена сверхплотным вакуумом (о нем говорят, когда описывают начальный Большой взрыв в нашей Вселенной). Этот кипящий вакуум рождает «пузырьки», из которых возникают вселенные, похожие на нашу. Получается бесконечное пространство со множеством расширяющихся «пузырьков». Тут есть аналогия с кипящей водой.

«Пузырьки» эти рождаются в разных местах пространства, в разное время и развиваются по законам, может быть, похожим на те, по которым эволюционирует доступная нашим наблюдениям часть мироздания.

Новую модель почти одновременно предложили ученые в разных странах (в частности, российские астрофизики Д. Киржниц и А. Линде). Можно ли ее проверить? Оказывается, можно, если существуют пространственные тоннели между разными вселенными, предложенные в свое время Эйнштейном и Розеном. В прошлом году я вместе с членом-корреспондентом РАН И. Новиковым и нашим молодым коллегой А. Шацким написали статью, опубликованную у нас и за рубежом, — относительно поисков входов в такие тоннели. Этот вопрос тоже был предложен вниманию конференции в Казани.


Вопрос 3. Как вы относитесь к версии занесения жизни на нашу планету из космического пространства? И почему некоторые серьезные ученые (Шкловский, например) занимались проблемой инопланетных цивилизаций? На эту тему в Бюракане однажды была даже проведена международная научная конференция, собравшая известных астрофизиков мира. Между прочим, редакционная машинистка, печатавшая этот вопрос, спросила: «А почему вас так удивляет возможность иных цивилизаций? Наоборот: удивительно, что наша — единственная. Все уникальное удивительно!».

В. ГИНЗБУРГ: Согласен с вашей машинисткой. Я был на той конференции 1971 года в Бюракане. Мне тогда надо было ехать в Австралию на конференцию по космическим лучам, но в последний момент кто-то из наших верховных чиновников вычеркнул меня из списков, полагая, что будет безопаснее, если я займусь инопланетянами. Мой доклад там был об иных, чем земные, формах жизни. Как устроен человек, мы знаем. А нельзя ли устроить все как-то иначе? Из других материалов и т.д. Это была чистая спекуляция. Ну, конечно, можно. Совсем не обязательно, чтобы организм был точно такой, как у нас, хотя он и изумителен по-своему. Вывод: жизнь, с точки зрения современной науки, возможна и вне Земли, на других планетах с подходящими условиями. И вполне возможен ее перенос к нам из космоса.

Н. КАРДАШЕВ: Да, очень вероятно, что жизнь была к нам занесена из космоса. Но столь же вероятно, что она самозародилась на Земле. И для того, и для другого времени было предостаточно.

Интересная страница — изучение различных включений в метеориты с намеками на их биологическое происхождение. Известна, например, история с такими включениями в «марсианский» метеорит, найденный в Антарктиде. Если будут обнаружены биологические следы в метеоритах, превышающих возраст Земли, то тогда появятся очень серьезные аргументы в пользу космического происхождения жизни. Сейчас возраст нашего «пузырька», нашей части Вселенной, около 13,5 млрд лет, а Земли — всего 4,5 млрд. Так что есть большой временной запас существования более древних, чем наша планета, астрономических объектов, откуда к нам могла быть перенесена жизнь.

Б. КОМБЕРГ: Николай Семенович Кардашев однажды не то в шутку, не то всерьез упрекнул: почему не участвуете в поисках неземных цивилизаций? И я решил поучаствовать.

Все спрашивают: где и как их искать? Я поставил другой вопрос: когда? И рассчитал оптимальную для контактов ситуацию. Получилась любопытная головоломка с участием вспышки сверхновой и двух наблюдателей этого события — землянина и гипотетического представителя внеземной цивилизации. Пришел со своими расчетами к Николаю Семеновичу. А он показывает мне публикацию, где это было предложено за полгода до меня.

Как видите, в рамках этой полуфантастической проблемы есть место и для решения ряда интересных астрофизических задач. Но все же это нужно не столько даже для того, чтобы действительно отыскать похожие на наши формы жизни вне Земли, сколько для решения серьезных философских, гуманитарных, нравственных проблем на самой Земле.

Вспоминаю, как пару лет назад на конференции в Геленджике спорили, в каком обличье должна уйти в космос информация о нашей цивилизации — в виде научных формул или музыкальных и поэтических образов. Сдается мне, в этих спорах больше заботы не о том, чтобы найти другие цивилизации, а о том, чтобы свою не потерять. Наша цивилизация сама пребывает в кризисе. Ей не до того, чтобы грузить кого-то своими или, наоборот, нагружаться чужими проблемами. Споря, есть ли жизнь на Марсе, в уме мы всегда держим: а сохранится ли она на Земле?

P.S. И все-таки, наверное, самое удивительное: в сегодняшней России, где власти утешают нас благими вестями о постепенном выходе из демографического кризиса, но народу все еще умирает больше, чем рождается, люди так и не разучились удивляться звездному небу над головой, где в нашей Вселенной галактик рождается больше, чем умирает.

К сожалению, браузер, которым вы пользуйтесь, устарел и не позволяет корректно отображать сайт. Пожалуйста, установите любой из современных браузеров, например:

Google ChromeFirefoxOpera