Академік Валерій Рубаков про те, чи існують інші виміри, що можна побачити в «кротові нори» і чи можна виростити чорну діру

1. замість післямови

Академік Російської академії наук, головний науковий співробітник відділу теоретичної фізики Інституту ядерних досліджень РАН, професор МДУ ім. Ломоносова Валерій Рубаков - про те, як влаштований наш світ.

Петро Саруханов / «Нова газета». Перейти на сайт художника

- Валерію Анатолійовичу, щойно закінчилася Нобелівський тиждень, і, здається, в цьому році особливих проривів в науці не сталося. Начебто все важливо, але не покидає відчуття, що наука тупцює на місці. Вам не здається, що все якось дрібнувато? Ми як і раніше пізнаємо Всесвіт, дивлячись в телескопи, як і Галілео Галілей. Нічого не змінилося. А вже за останні десятиліття з часу відкриття Великого вибуху вчені і зовсім в глухому куті.

- Ні це не так. За останній час у вивченні оточуючого нас світу відбулися досить великі відкриття і з'явилися воістину революційні теорії. Просто багато хто з них ще не знайшли свого експериментального підтвердження.

- Добре, давайте конкретніше. Як влаштований Всесвіт? Що нового ми про неї дізналися крім того, що вона нескінченна?

- Перш за все, ми впевнено можемо говорити на основі спостережних даних не про весь Всесвіт, а про ту частину, що доступна спостереженню. І це цілком кінцеві розміри. Чому кінцеві? Тому що ми бачимо світло, що виходить з об'єктів у Всесвіті, і цей світ був випромінюючи не раніше, ніж 14 млрд років тому. А раніше нічого не випромінювалося, тому що Всесвіт була заповнена непрозорою і гарячою плазмою.

При цьому видима частина Всесвіту ще більше: вона становить 45 млрд років. Але це відбувається тому, що Всесвіт з моменту свого Великого вибуху постійно розширюється.

Але за цією видимою нами сферою Всесвіт триває, просто побачити ми там нічого не можемо і нічого про те, як там все влаштовано, не знаємо. Ми навіть не знаємо, який її повний розмір. Одне тільки можна сказати - він набагато більше цих 45 млрд світлових років. Я вам скажу так: там далі вона або величезна, або нескінченна.

- Початковий шматочок плазми вибухнув - і вийшло це все? Розумом не збагнути.

- Знову не так. Зараз зрозуміло, що це був не вибух, як ми звикли його розуміти. Швидше як надувну кульку: з маленького бульбашки він поступово розширюється в усі сторони. Нам складно це осягнути, тому що ми з вами як би сидимо на поверхні цієї кульки. Шарик всюди однаковий, це не вибух.

- Отже, ми сидимо на поверхні кульки, і хтось невидимий все надуває і надуває його. Це вже не космологія, а ближче до релігії. Вам не здається?

- Не здається. Про оточує нас ми досить добре все вивчили. Так, Всесвіт розширюється. Спочатку з уповільненням, а тепер знову з прискоренням.

- Зачекайте, як з прискоренням? З чого їй прискорюватися? Якщо надувати кульку, то з часом надувати його все важче, і цей процес сповільнюється. Щось не сходиться.

- Чому спочатку розширення сповільнювався - зрозуміло. Йдеться про матерії, і швидкість розльоту частинок дійсно з часом падає. А ось чому тепер йде прискорення - це таємниця. І, схоже, у Всесвіті є незвичайна субстанція, яка влаштована так, що починає прискорювати розбіг. Ми називаємо її темною енергією. Свого роду антигравітація.

- І звідки вона взялася?

- Ніхто не знає. Відомо тільки, що вона є, але незрозуміло, що це таке. Може бути, це космологічна стала. Ви уявіть собі, що щільність цієї енергії не змінюється з часом, це дивно!

Ви питаєте, звідки вона взялася? Думаю, вона існувала з самого початку. Але була дуже маленька, а згодом, коли Всесвіт розширилася і стала досить пустельній, темна енергія, залишившись величиною постійною, стала в цій порожнечі потужною силою і останні 7-8 млрд років уже сама диктує поведінку Всесвіту. Змушує її розбігатися все швидше і швидше.

- Що ж далі?

- А невідомо. Як вона далі себе буде вести, ми не знаємо.

- Але раніше вважали, що Всесвіт колись все ж закінчить своє розширення і знову почне стискатися.

- Може бути, буде схлопуватися, а може, буде розширюватися вічно.

- Прямо мурашки по шкірі. Як же так? Все має свій початок і свій кінець.

- Це в нашій з вами життя. А Всесвіт якось з'явилася і тепер буде жити вічно. І скажу вам, що це найбільш вірогідний сценарій.

- А ми цю вічну Всесвіт як і раніше розглядаємо в банальний телескоп.

- А у що накажете розглядати? Все, що приходить до нас з глибин Всесвіту, летить зі швидкістю світла, а швидше цієї швидкості в природі нічого не існує.

- Але ж це для Вічності - швидкість неквапливого «космічного ослика».

- Так, швидкість невелика. Один світловий рік - це відстань до найближчої зірки. Але б про льшіх-то швидкостей немає.

- А може, і є, але ми про це нічого не знаємо. Добре, зі світлом все зрозуміло, але ж простір не лінійно: воно якось згортається, згинається, і можна проткнути його і ... миттєво опинитися в інших світах.

- Так. Така теорія є, і вона цілком самосогласованності, в ній можна проводити розрахунки. Відповідно до цієї теорії, можна в одну секунду потрапити звідси в сузір'я Андромеди, і це, звичайно, буде швидше за швидкість світла. Залишилося небагато: знайти в навколишньому просторі такі «дірки», їх називають «кротові нори».

- А як це має виглядати?

- Стверджується, що з цих «дірок» має йти особливе випромінювання.

- Ну ось, залишилося тільки туди пірнути. В американському фільмі «Інтерстеллар», сценарій до якого написав ваш колега Кіп Торн, саме таким чином людство знайшло собі новий будинок.

- Я знайомий з Кіпом Торном, але при всій моїй до нього повазі пірнути в «Кротова нору» в доступному для огляду майбутньому не вийде. Ці об'єкти якщо й будуть знайдені, то вони відстоять від Землі на величезні відстані. Але, повторюю, теоретично таке можливо.

- І ось ми влізли в «Кротова нору». Що там побачимо?

- Уявіть собі звичайну гирю. Ми живемо на поверхні її кулі, а ще ж існує ручка. Рухаючись уздовж поверхні кулі, ми будемо досить довго переміщатися, а потрапивши на ручку, ми швидко опинимося зовсім в іншому місці нашої гирі. А якщо такі «ручки» існують і всередині нашої «гирі», то ми зможемо швидко подорожувати всередині всього кулі, тобто нашого Всесвіту.

- А чи не допоможуть в цих подорожах, наприклад, вже згадані чорні діри?

- Ні, навряд чи. Хоча на сто відсотків говорити про те, як вони влаштовані, я б не став, але всі процеси, які в цих «дірках» відбуваються, в общем-то нам відомі. Чорна діра - це поглинач енергії, і найцікавіше, що в ній є, - мікроскопічний згусток матерії в її центрі. І як раз те, що відбувається в цій до неймовірності стислій точці матерії, ніхто поки не знає.

- А раптом там народжується нова Всесвіт, такі зародки нових світів?

- Звідки Ви знаєте? (Сміється.) Ми ж не можемо туди залізти.

- Залізти не можемо, але пам'ятаю, що кілька років тому в світі був справжній психоз навколо Великого адронного коллайдера. Мовляв, там ось-ось народиться чорна діра і всіх нас негайно поглине. Значить, чисто теоретично чорну діру можна все-таки штучно створити?

- БАК досліджує взаємодію частинок на дуже малих відстанях. До якихось розмірів взаємодії нами досить добре вивчені і підкоряються відомим законам. Але якщо відстані зменшуються, наприклад, до 10 в мінус 18-го ступеня сантиметри, то там, можливо, діє якась інша фізика. Ну, наприклад, різко зростають гравітаційні сили. І ось тоді вірогідніше народження чорної діри. Але поки ми, проникнувши в цей супермікромір, нічого крім бозона Хіггса не виявили. І не виключено, що вже й не виявимо.

- А чи не виявимо ми там ту саму темну енергію, про яку говорили на початку?

- Поки не видно. Хотілося б торкнутися, але немає ідей, як це зробити. Напевно, у дослідників поки фантазії не вистачає. Буде чим зайнятися молодому поколінню фізиків.

- Згадаймо історію з відкриттям нейтрино. Теж все говорили, що неможливо, а через двадцять років знайшли.

- Може і так. У тридцятих роках минулого століття Паулі, першовідкривач нейтрино, писав своєму другові, що, мовляв, я зробив жахливу річ: ввів в ужиток теоретичної фізики частку, яку ніхто ніколи не відкриє. А й справді - відкрили через двадцять років!

- Тобто куди не кинь - усюди таємниці, усюди ми чогось не знаємо або ще не знаємо. А ось особисто ви: яку таємницю світобудови відкриваєте, над чим працюєте?

- Особисто мене найбільше цікавлять ті найперші миті народження Всесвіту. Ми знаємо, що у Всесвіті були колись звірячі температури і швидке розширення.

А ось що було до цього? У світі зараз популярна інфляційна теорія, згідно з якою до гарячої стадії у Всесвіті було щось схоже на сучасну темну енергію, тільки вона мала величезну щільність, і це призводило до розширення з гігантським прискоренням. А що, якщо навпаки: до гарячої стадії Всесвіт була такою ж пустельній, як і сьогодні, потім стала стискатися, перетворилася в згусток енергії і знову почала розширюватися?

- Тобто до нашого Всесвіту могла бути ще одна?

- Ось ви уявіть: най-най перші миті початку еволюції, а Всесвіт вже така ж, як і зараз.

- А як це можна перевірити?

- Звучить дивно, але з тієї першої Всесвіту до нас можуть доходити сигнали ...

- Що, там була розумне життя? Ви шуткуєте!

- Про розумне життя не можу сказати, хоча чому б і ні: в нашій же Всесвіту є як мінімум ми. А сигнали - це особливо тонкі властивості Всесвіту, вони - в розподілі щільності речовини по Всесвіту. Загалом, я вважаю, що сигнали з тої первісної Всесвіту цілком можуть бути. Якщо ж Всесвіт походив з згустку енергії, який почав розширюватися в інфляційному режимі, то повинні бути знайдені реліктові гравітаційні хвилі. Це хвилі з гігантськими періодами в мільярди років. Їх зараз активно шукають. Якщо знайдуть, значить, мають рацію апологети інфляційної теорії, якщо немає - у мене є шанс.

- А може бути, взяти на озброєння популярну теорію струн? Кажуть, вона цілком точно пояснює навколишній світ. Мовляв, все, що навколо нас, - це всього лише вібрації деяких струн. Просто і зрозуміло. Весь світ - одна суцільна вібрація.

- Те, про що ви говорите, це, строго кажучи, не теорія струн, а цілком собі існуюча вібрація полів в вакуумі. Є порожнеча, в ній з'являються і зникають частки, які є вібраціями полів.

- А гаряча Всесвіт, а нинішня порожня? Це теж вібрації?

- Ось дивіться. Є пар. Він цілком собі розріджений. Що з ним робити, якщо не знаєш, незрозуміло. Але якщо ви його сильно стиснете, з'явиться рідина, ще сильніше - розпечена плазма, а при цьому сам пар - це такі ж частинки, і вони є вібраціями полів в вакуумі. Теорія струн якраз нічого з існуючих знань не спростовує. Вона просто намагається «одружити» квантову і гравітаційну фізику. І та, і інша окремо добре вивчені, але потрібна загальна теорія, яка б пояснювала, як влаштований весь світ, простіше кажучи, світ частинок і світ великий Всесвіту.

Як все добре починалося! Американський фізик Едвард Віттен тридцять років тому приїхав в Москву і доповідав на семінарі в ФІАН. Говорив, дайте час, і ми обчислимо за допомогою цієї теорії все на світі - і масу електрона, і заряд протона, передбачу, що відбувається на надмалих відстанях.

І ось минуло тридцять років. І виявилося, що так, теорія струн може все це передбачити, але тільки в одному вакуумі (образно кажучи, в одному світі), а всього їх у цій теорії 10 в п'ятисотий ступеня «штук».

- Це нескінченна величина!

- Майже так. І скільки треба провести експериментів, щоб зрозуміти, в якому світі ми знаходимося. Загалом, на велике розчарування шанувальників цієї теорії, все заглохло.

- Я читав, що Віттен в рамках своєї теорії передбачив 10 існуючих вимірювань. Це можна якось зрозуміти?

- Це ще до нього придумали. Але що тут такого? Ми знаємо чотири виміри: довжина, ширина, висота і час, а є ще шість.

- І де вони?

- А вони дуже маленькі. Їх може «побачити» тільки елементарна частинка. Ці вимірювання скручені в трубочку. Звичайний електрон літає вздовж цієї трубки. Але якщо надати йому потужну енергію, довжина його хвилі стане набагато менше - розмірами приблизно з цю саму трубочку, і він полетить не вздовж трубки, а поперек неї. Це може спростити процедуру набагато важче. Якраз зараз на Великому адронному колайдері намагаються знайти такий електрон.

- Так це значить, що якщо уявити собі чоловічка розміром з електрон, він за допомогою нових вимірів зможе по-іншому подорожувати в просторі? Чим не нові можливості пізнання Всесвіту!

- Так, можливо такі «мікропроволочкі» вимірювань і існують в нашому Всесвіті, але сьогодні це припущення нічим не підтверджено і виглядає фантастикою.

В'ячеслав Недогонов -
спеціально для «Нової»

замість післямови

Нобелівські премії вручені. Що далі?

Звичайно, наука не стоїть на місці. І нинішня Нобелівський тиждень - тому головне підтвердження. Так, премію з фізіології і медицині дали за відкриття механізму біологічного годинника. Наші читачі звернули увагу на інтерв'ю «Новой» головного сомнолога Росії В.М. Ковальзон ( «Нова», 02.08. 2017 г.), де не тільки детально описувалося дію цього механізму в людському організмі. Виявилося, що вже розроблені і діють спеціальні сонячні лампи, що дозволяють нормалізувати ці ритми і тим самим попередити багато хвороб. Просто ці лампи поки дуже дорогі. Але тепер, коли ми точно розуміємо, як влаштований механізм біогодин, можливо, з'являться і більш пристосовані до життя розробки.

Премію з хімії отримали вчені, які багато років заморожували біологічні зразки методом кріозаморозкі, щоб мати можливість краще розгледіти білки, не ушкоджуючи при цьому сам матеріал. Тепер можна буде отримати тривимірне зображення білка і в деталях його розгледіти. У перспективі це дасть можливість розробляти, наприклад, більш ефективні ліки.

Що стосується премії з фізики, то ось як прокоментував подію наш співрозмовник, академік Рубаков:

- Ми і раніше знали, що гравітаційні хвилі існують. Це було відомо завдяки відкриттю подвійних пульсарів. Дві нейтронні зірки обертаються навколо один одного і випромінюють гравітаційні хвилі. Від цього вони зближуються, і їх період обертання зменшується. Таке зменшення періоду було зафіксовано і пояснено. Це відкриття - подвійні пульсари - свого часу також удостоїлося Нобелівської премії. Але ось що капітально нове в премії нинішнього року: з'являється нова наука - гравітаційно-хвильова астрономія. І за допомогою неї вже зроблено нове важливе відкриття: виявлено, як дві гігантські чорні діри злилися в одну. Справжні гіганти - 30 мас Сонця! До цього астрономи навіть не підозрювали про існування таких важких чорних дір (до речі, вони тепер кинулися пояснювати, звідки ці дірки взялися). Тільки з'явилася нова наука - і вже таке відкриття! Ось чому ця Нобелівська премія заслужена на всі сто відсотків! До речі, тут є і заслуга наших вчених. У цій колаборації працюють дві команди: з МГУ і з Інституту прикладної фізики РАН в Нижньому Новгороді. Правда, вони премії не отримали, як і учасники з сотні інших інститутів і університетів.