# Кэти Фриз: «Темные звезды могут стать ключом к пониманию состава Вселенной» Источник: https://www.youtube.com/watch?v=pT68W_UVxTo Канал: Dr Brian Keating Опубликовано: 08.11.2023 --- Астрофизик Кэти Фриз в беседе с Брайаном Китингом обсуждает революционную концепцию «темных звезд», подпитываемых аннигиляцией темной материи, и их возможную роль в разрешении загадок ранней Вселенной. В интервью затрагиваются ключевые проблемы современной космологии — от натяжения Хаббла до природы темной энергии и ответственности ученых перед обществом. ## 🏛️ Наследие Стивена Вайнберга и современная физика [[JUMP:02:11]] Обсуждение начинается с дани памяти Стивену Вайнбергу, одному из величайших физиков-теоретиков современности, который ушел из жизни около полутора лет назад. Кэти Фриз, ныне возглавляющая Институт теоретической физики имени Вайнберга в Техасском университете в Остине, называет его не только гением, стоящим за Стандартной моделью и теорией электрослабого взаимодействия, но и человеком исключительной доброты. По словам Фриз, Вайнберг объединил кварки и лептоны в единую стройную систему, описывающую ранние этапы существования Вселенной при высоких энергиях. Ведущий Брайан Китинг отмечает, что Вайнберг и его коллега Шелдон Глэшоу находились в состоянии дружеского соперничества со школьной скамьи, что подстегивало развитие науки на протяжении десятилетий. Сегодня Фриз продолжает дело Вайнберга, пытаясь найти теоретические ответы на вопросы, которые экспериментаторы, подобные Китингу, проверяют с помощью Саймонсовской обсерватории. ## 🌌 Натяжение Хаббла: кризис или новая физика? [[JUMP:04:10]] Одной из самых острых проблем современной космологии остается «натяжение Хаббла» (Hubble tension) — расхождение в измерениях скорости расширения Вселенной. Суть конфликта заключается в следующем: * Данные по реликтовому излучению (ранняя Вселенная) дают значение около **67 км/с на мегапарсек**. * Наблюдения за сверхновыми (современная Вселенная) показывают значение около **72 км/с на мегапарсек**. Кэти Фриз подчеркивает, что статистическая значимость этого расхождения достигла **5 сигма**, что в физике считается порогом открытия. Хотя некоторые исследователи, например Венди Фридман, полагают, что проблема может быть решена в рамках уточнения наблюдений, Фриз видит в этом возможность для теоретиков. Она вспоминает, что в годы её аспирантуры споры шли между значениями 50 и 100, поэтому нынешняя точность — это огромный прогресс. [Image of cosmic microwave background] ## 🛁 Ранняя темная энергия и столкновение пузырей [[JUMP:06:24]] В качестве возможного решения натяжения Хаббла Фриз рассматривает гипотезу «ранней темной энергии» (Early Dark Energy). Эта идея предполагает наличие вакуумной компоненты, которая была важна непосредственно перед образованием реликтового излучения, а затем внезапно исчезла. Гостья утверждает, что этот процесс напоминает фазовый переход первого рода, подобный закипанию воды. В рамках этой модели: 1. В ранней Вселенной образуются «пузыри» новой фазы. 2. Столкновения этих пузырей порождают гравитационные волны. 3. Эти волны могут быть зафиксированы детекторами, такими как LIGO, или через тайминг пульсаров (проект NANOGrav). По мнению Фриз, данные NANOGrav о стохастическом фоне гравитационных волн могут объясняться именно такими столкновениями пузырей, а не только слиянием сверхмассивных черных дыр. ## 🌀 Аксионы и «естественная инфляция» [[JUMP:08:56]] Обсуждая теорию инфляции (сверхбыстрого расширения Вселенной), Кэти Фриз вспоминает свою модель «естественной инфляции» (natural inflation). В этой модели роль частицы, ответственной за инфляцию, играет аксион. Изначально аксионы были предложены Стивеном Вайнбергом и Фрэнком Вильчеком для решения проблем сильного взаимодействия в квантовой хромодинамике. Однако Фриз использует это название шире — для любой частицы с очень плоским и широким энергетическим потенциалом, что необходимо для длительного периода инфляции без перепроизводства флуктуаций плотности. Она признается, что испытала невероятный восторг в 2014 году, когда данные BICEP временно подтвердили её модель, хотя позже выяснилось, что сигнал был вызван космической пылью. ## 🧪 Философия науки: Теория против Эксперимента [[JUMP:11:56]] Брайан Китинг приводит ироничную цитату: «Теоретику достаточно оказаться правым один раз, чтобы сделать карьеру, а экспериментатору достаточно один раз ошибиться, чтобы её разрушить». Кэти Фриз не вполне согласна с таким фатализмом. Она утверждает, что теоретическая работа требует жесткого самоконтроля и математической непротиворечивости. Она описывает свой творческий процесс так: * Большинство идей умирает в течение 10 минут или недели после обсуждения за столом. * Идея должна соответствовать всем существующим данным наблюдений. * Если статья цитируется спустя 30 лет, значит, ученый работает на высоком уровне. Фриз известна своим тесным сотрудничеством с экспериментаторами, считая, что физика имеет смысл только тогда, когда её можно проверить при жизни исследователя. ## 🃏 Космология «Кардашьян» и темная энергия [[JUMP:17:43]] Кэти Фриз признается, что темная энергия (70% состава Вселенной) до сих пор остается для науки «тарабарщиной». В 2002 году она предложила альтернативу — модель, которую в шутку назвала «Кардашьян-космологией» (Cardassian cosmology) в честь расы из сериала Star Trek. Основная идея заключалась в том, что никакой темной энергии не существует. Вместо этого расширение ускоряется из-за модификации уравнений Эйнштейна. Фриз предположила, что наша Вселенная — это трехмерная мембрана в многомерном пространстве. Влияние дополнительных измерений добавляет в уравнения член, который заставляет Вселенную ускоряться только на поздних этапах. Хотя многие подобные идеи позже были ограничены данными о скорости гравитонов, Фриз до сих пор считает это направление интересным, хотя и чрезвычайно сложным для работы. ## 🏛️ Мультивселенная и теология [[JUMP:20:39]] В вопросах мировоззрения Фриз занимает позицию физика-реалиста. Она считает, что вопросы о происхождении времени и Вселенной — это физические, а не метафизические задачи. К концепции Мультивселенной она относится скептически, называя её «попыткой уйти от ответа». > «Я не верю в это. Я хочу знать, ПОЧЕМУ фундаментальные константы имеют именно такие значения, а не просто принимать, что мы живем в одном из миров, где нам повезло выжить», — заявляет исследовательница. Она отмечает, что среди космологов есть как убежденные атеисты, так и глубоко религиозные люди, и оба лагеря успешно используют одни и те же уравнения. ## 👩‍🏫 Образование и «мягкие навыки» ученых [[JUMP:23:04]] Кэти Фриз активно занимается преподаванием и популяризацией науки. Она читает курсы для студентов нефизических специальностей, используя личные истории и биографии ученых (например, Тихо Браге), чтобы увлечь аудиторию. По её мнению, это важно, так как именно эти студенты в будущем могут стать политиками, принимающими решения о финансировании науки. Фриз также уделяет большое внимание менторству женщин в науке, консультируя молодых ассистент-профессоров по вопросам карьеры и интервью. Брайан Китинг дополняет это, критикуя академическую среду за нежелание обучать ученых коммуникации. Он даже создал курс по ораторскому мастерству для физиков, привлекая экспертов по дыханию и голосу, но столкнулся с сопротивлением коллег, считавших это «недостаточно строгим» занятием. ## ✨ Темные звезды: новое слово в эволюции светил [[JUMP:28:40]] Центральная тема беседы — открытие первых свидетельств существования темных звезд. В отличие от обычных звезд, подпитываемых термоядерным синтезом, темные звезды работают на тепле от аннигиляции темной материи. Механизм их формирования, по словам Фриз, выглядит так: * Через 200 млн лет после Большого взрыва облака водорода и гелия начинают коллапсировать в центрах протогалактик. * Высокая плотность темной материи (WIMP) приводит к их аннигиляции. * Продукты аннигиляции застревают в облаке, превращая его в источник тепла и останавливая коллапс. Результатом становится огромный, «пухлый» и холодный объект. Темные звезды могут достигать массы в **миллион масс Солнца** и светить в **миллиард раз ярче него**. Их размер может составлять **10 астрономических единиц** (в 10 раз больше расстояния от Земли до Солнца). Фриз сообщает, что данные телескопа Джеймса Уэбба (JWST) выявили несколько объектов, таких как JADES-GS-z11-0, спектры которых согласуются с моделью темных звезд. В отличие от обычных звезд населения III, которые очень горячие, темные звезды намного ярче и состоят только из водорода и гелия без примесей металлов. ## 🔭 JWST против критиков Большого взрыва [[JUMP:37:13]] В последнее время в медиа участились заявления о том, что «Большой взрыв не произошел» или что Вселенной 26 миллиардов лет, из-за обнаружения слишком зрелых галактик на ранних этапах. Кэти Фриз считает эти утверждения кликбейтом. Она полагает, что проблема зрелых галактик может иметь два решения: 1. **Наблюдательные искажения (байесовская предвзятость Эддингтона):** слабые объекты ошибочно кажутся яркими и массивными. 2. **Темные звезды:** если часть этих «галактик» на самом деле являются одиночными сверхмассивными темными звездами, это снимает противоречие с моделями формирования структур. Фриз твердо стоит на позициях стандартной космологической модели, считая данные реликтового излучения неопровержимым доказательством Большого взрыва. ## 📉 Признание ошибок и пределы возможного [[JUMP:44:49]] В завершение встречи, следуя законам Артура Кларка, Брайан спрашивает Кэти о её самой большой научной ошибке. Фриз вспоминает, как в начале карьеры она и её коллеги были абсолютно уверены, что космологическая постоянная ($\Lambda$) равна нулю. > «Мы все на конференциях рисовали на салфетках $\Lambda = 0$. Мы были мертвецки неправы. Оказалось, что темная энергия существует, и это стало огромным сюрпризом», — признается она. Сегодня Фриз продолжает искать ответы на вопросы о темной материи, надеясь, что именно её поколение увидит триумф новых открытий.