# Тестируя пределы космологии: дебаты о темной материи, Хиггсе и будущем физики Источник: https://www.youtube.com/watch?v=TwwCULtw0zw Канал: World Science Festival Опубликовано: 04.12.2018 --- За последние десятилетия фундаментальная физика и космология достигли невероятных успехов, превратившись из теоретических спекуляций в точную науку. Однако, по мере того как наши инструменты становятся мощнее, количество нерешенных вопросов только растет. В рамках World Science Festival ведущие ученые обсудили текущее состояние науки о Вселенной, загадки темной материи и границы того, что мы в принципе способны познать. ## 🌌 Золотой век космологии и её «стандартная модель» [[JUMP:01:56]] Последние три десятилетия стали триумфом экспериментальной физики. Ученым удалось обнаружить космическое микроволновое фоновое излучение — «эхо» Большого взрыва — и с высокой точностью определить параметры нашей Вселенной [02:11]. На сегодняшний день космологическая модель опирается на шесть ключевых параметров, измеренных с беспрецедентной точностью. Согласно текущим данным, энергетический бюджет Вселенной распределен следующим образом: * **Обычная материя:** менее 5% (звезды, планеты, люди) [02:39]. * **Темная материя:** около 25% (не излучает свет, но обладает гравитацией) [02:54]. * **Темная энергия:** около 70% (сила, вызывающая ускоренное расширение пространства) [03:10]. Уровень точности современных измерений поражает. По словам ведущего, скорость расширения Вселенной известна с погрешностью не более 2,4%. Это позволяет определить возраст Вселенной точнее, чем современная медицина может определить биологический возраст человека [03:38]. К этому списку достижений добавляются открытие бозона Хиггса в 2012 году и прямая регистрация гравитационных волн, предсказанных Эйнштейном [04:21]. ## 🧪 Новые горизонты: от гигантских коллайдеров до настольных опытов [[JUMP:07:21]] Несмотря на успехи, ученые сталкиваются с «сюрпризами» — отсутствием сигналов там, где их ожидали. Например, Большой адронный коллайдер (БАК) пока не обнаружил признаков суперсимметрии [05:57]. Нима Аркани-Хамед отмечает, что бозон Хиггса оказался «странной» частицей: он выглядит точечным и не имеет внутренней структуры, что порождает глубокие теоретические вопросы [08:03]. В научном сообществе активно обсуждается строительство следующего ускорителя с длиной кольца около 100 километров, который позволит изучить Хиггса под гораздо более мощным «микроскопом» [08:31]. Параллельно развиваются альтернативные методы исследований: * **Квантовые сенсоры:** Использование методов атомной физики для поиска аксионов — потенциальных кандидатов на роль темной материи [20:15]. * **Поиск электрического дипольного момента нейтрона:** Ожидается, что сверхчувствительные измерения позволят обнаружить малейшие отклонения, указывающие на новую физику [21:30]. * **Проверка гравитации на малых расстояниях:** Ученые пытаются измерить силу притяжения между объектами размером в микроны, где гравитация становится сопоставимой с силами Ван-дер-Ваальса [23:11]. Нима Аркани-Хамед подчеркивает, что гравитация — экстремально слабая сила: электрическое отталкивание двух электронов на 42 порядка сильнее их гравитационного притяжения [22:41]. ## 💰 Финансирование науки: дилемма больших и малых проектов [[JUMP:14:19]] Франс А. Кордова, возглавляющая Национальный научный фонд (NSF), рассказала о принципах распределения бюджета агентства в размере 7,5 млрд долларов [10:00]. NSF поддерживает широкий спектр направлений: от детектора нейтрино IceCube на Южном полюсе до модернизации обсерватории LIGO [10:48]. Приоритеты NSF формируются следующим образом: 1. **Десятилетние обзоры (Decadal Surveys):** Отчеты Национальной академии наук, представляющие консолидированное мнение тысяч ученых [25:10]. 2. **Модернизация существующих мощностей:** Например, чувствительность LIGO во втором запуске была повышена на 20–30% [12:03]. 3. **Поддержка «золотой середины»:** Франс А. Кордова признает, что агентство беспокоится о проектах стоимостью от 10 до 100 млн долларов, для которых сейчас сложнее найти целевое финансирование [26:20]. ## 🌑 Темная материя против модифицированной гравитации [[JUMP:27:05]] Длительное отсутствие прямых улик существования частиц темной материи заставляет некоторых исследователей сомневаться в самой концепции. Существует альтернативный подход: возможно, нам нужно менять не состав Вселенной, а уравнения Эйнштейна или Ньютона. Матиас Сальдарриага считает, что любые альтернативные теории (такие как MOND) должны объяснять не только вращение галактик, но и современные данные по реликтовому излучению и гравитационному линзированию [28:16]. По его мнению, большинство альтернативных моделей пасуют перед сложностью современной космологии [29:15]. Нима Аркани-Хамед приводит историческую аналогию с астрономом Леверье: * В случае с аномалиями орбиты Урана он предсказал существование Нептуна («темная планета») и оказался прав [32:08]. * В случае с Меркурием он предсказал планету Вулкан, но здесь «консервативное» решение не сработало — потребовалась радикальная смена теории (ОТО Эйнштейна) [32:20]. По мнению физиков, сейчас науке нужно быть одновременно радикальной и консервативной. Как заметил Роберт Оппенгеймер, которого процитировал Нима: «Важно сохранять разум открытым, но не настолько, чтобы мозги вывалились наружу» [32:46]. ## ♾️ Мультиверс: наука или метафизика? [[JUMP:36:09]] Концепция Мультиверса (Множественной Вселенной) предполагает, что наш мир — лишь один из $10^{500}$ вариантов в гигантском ландшафте возможностей [36:26]. В разных вселенных могут быть разные законы физики и значения фундаментальных констант. Нима Аркани-Хамед уточняет, что Мультиверс — это еще не полноценная теория, а скорее «карикатура на теорию» [38:46]. Основные тезисы обсуждения: * **Проблема наблюдаемости:** Из-за ускоренного расширения Вселенной мы никогда не сможем увидеть другие «пузыри» пространства, даже в принципе [41:48]. * **Принципиальная проверяемость:** Нима утверждает, что теоретически мы могли бы создать микроскопический пузырь с другим вакуумом в лаборатории и увидеть, как частицы (например, Хиггс) меняют в нем свою массу [41:09]. * **Случайность против фундаментальности:** Как когда-то Иоганн Кеплер пытался вывести число планет из геометрии, считая его фундаментальным законом, так и мы сегодня можем ошибочно принимать случайные параметры нашей Вселенной за незыблемые основы [43:05]. ## ⏳ Конец времени и пределы познания [[JUMP:48:34]] Один из фундаментальных вопросов — является ли Большой взрыв началом времени. По мнению участников дискуссии, концепция времени, скорее всего, является эмерджентной (вторичной) и «ломается» при попытке заглянуть в самый момент сингулярности [09:27]. Физики предупреждают о мрачном будущем астрономии. Если Вселенная продолжит ускоренно расширяться, через триллион лет другие галактики уйдут за горизонт событий. Будущие наблюдатели увидят лишь свою собственную галактику в пустой черноте [54:11]. Для них вся современная космология и история о Большом взрыве станут недоказуемой мифологией [54:25]. В завершение дискуссии ученые сошлись на том, что прогресс науки не означает приближения к «финальной теории». Скорее, по мере получения ответов, сам язык наших вопросов становится глубже и сложнее [50:42]. Фундаментальная наука делается из чистого любопытства, но, как заметил Майкл Фарадей о магнетизме: «Однажды вы обложите это налогом» [46:55].