В интервью для Perimeter Institute физик-теоретик Газаль Гешнизджани и астрофизик Ниайеш Афшорди обсуждают фундаментальные загадки космоса: от природы темной энергии до возможности циклического развития Вселенной. Исследователи объясняют, как математические инструменты изучения реликтового излучения помогают в моделировании пандемий, почему Эйнштейн ошибался, называя космологическую постоянную своей «величайшей ошибкой», и как поддержка женщин в науке меняет облик современной физики.
🌌 Космология vs Астрофизика: границы познания 0:15
Различие между дисциплинами Газаль Гешнизджани и Ниайеш Афшорди определяют через масштаб и детализацию объектов исследования. По мнению Газаль Гешнизджани, космология традиционно занимается Вселенной на самых крупных масштабах — за пределами галактик . Она изучает эволюцию системы в целом: как она началась, как развивается сегодня и какова будет её судьба. Космолог ищет «семена» начальных условий, из которых выросла вся наблюдаемая структура .
Ниайеш Афшорди дополняет, что астрофизика имеет более широкий охват. Если космология смотрит на Вселенную как на единое целое, то астрофизик может углубляться в детали конкретных объектов — звезд, молекулярных облаков или галактик . Афшорди называет астрофизика «генералистом», чьей игровой площадкой является вся Вселенная без ограничений по масштабу .
Ключевые точки пересечения их работы:
- Черные дыры: объекты с экстремальной гравитацией .
- Большой взрыв: момент возникновения Вселенной.
- Сингулярности: точки, в которых общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна перестает работать .
🕳️ Черные дыры как «Большой взрыв наоборот» 5:27
С точки зрения математики Эйнштейна, Большой взрыв и черные дыры — это сингулярности, где кривизна пространства-времени становится бесконечной . Ниайеш Афшорди утверждает, что Большой взрыв математически идентичен черной дыре, если запустить время в обратном направлении .
Основные тезисы ученых:
- Сингулярность — это не точка в пространстве, а момент во времени. По мнению Афшорди, это распространенное заблуждение, что Большой взрыв произошел в конкретной точке. Это была эра или момент времени, когда физика «сломалась» повсюду одновременно .
- Горизонт событий черной дыры работает аналогично: для того, кто его пересекает, сингулярность становится неизбежным событием в будущем, а не местом в пространстве .
- Терминология. Газаль Гешнизджани считает термин «Большой взрыв» (Big Bang) не вполне удачным, так как он подразумевает взрыв в пространстве, тогда как корректнее говорить о «эре Большого взрыва» — периоде, когда Вселенная была экстремально горячей .
🧬 Теория Каскутона: модификация гравитации 11:56
Для решения проблем сингулярностей физики ищут способы модифицировать теорию гравитации. Газаль Гешнизджани и Ниайеш Афшорди разработали концепцию под названием Каскутон (Cascuton) .
Особенности теории Каскутона:
- Минимальная модификация. Она не добавляет новых динамических степеней свободы (новых «игроков» или частиц в теорию) .
- Метафора паразита. Название происходит от латинского Cuscuta (повилика) — растения-паразита, которое обвивает другие растения и питается их ресурсами. По словам Газаль Гешнизджани, Каскутон — это поле, которое модифицирует гравитацию, не имея собственной «корневой системы» (динамики) .
- Бесконечная скорость (на бумаге). Математически волны в этой теории могут распространяться мгновенно, но Ниайеш Афшорди подчеркивает, что это не нарушает теорию относительности, так как через них невозможно передавать информацию со сверхсветовой скоростью .
По мнению исследователей, эта модель позволяет описать переход от сжимающейся Вселенной к расширяющейся (так называемый «отскок» или bounce), что невозможно в стандартной ОТО без возникновения нестабильностей .
🌑 Темная энергия и «величайшая ошибка» Эйнштейна 18:46
Ускоренное расширение Вселенной, обнаруженное в конце 1990-х, физики называют темной энергией . Эйнштейн ввел понятие «космологической постоянной» еще столетие назад, чтобы сделать Вселенную статичной. Позже он назвал это своей «величайшей ошибкой» (blunder) . Однако современная наука вернулась к этой константе.
Ниайеш Афшорди отмечает парадоксальность ситуации:
- Темная энергия обладает отрицательным давлением .
- Её величина на многие порядки меньше того, что предсказывает фундаментальная физика элементарных частиц .
- Теория струн десятилетиями отрицала возможность существования космологической постоянной, но после наблюдений ученым пришлось заявить, что в теории может существовать до 10 в 500-й степени вариантов таких констант .
Газаль Гешнизджани называет свой подход «снизу вверх» (bottom-up): физики пытаются модифицировать существующие законы, чтобы они соответствовали данным наблюдений, в то время как теоретики струн идут «сверху вниз» (top-down), пытаясь вывести всё из фундаментальных принципов .
📊 От галактик к пандемии: кросс-корреляция данных 32:57
Ниайеш Афшорди применил методы космологии для моделирования пандемии COVID-19. Ключевым инструментом стал метод кросс-корреляции (cross-correlation) .
В своей докторской диссертации Афшорди сопоставлял данные реликтового излучения и обзоров галактик, чтобы найти слабые сигналы, невидимые в каждом наборе данных по отдельности . Этот же метод он использовал для анализа распространения вируса:
- Источники данных. Он анализировал информацию из более чем 3000 округов США, где данные были более доступны, чем в Канаде .
- Косвенные признаки. Поскольку увидеть сам вирус невозможно (как и темную материю), ученый анализировал последствия: локдауны, загруженность больниц и даже поисковые запросы Google о масках для оценки их использования .
- Влияние погоды. Анализ показал, что при падении температуры ниже 15°C скорость распространения COVID-19 возрастает .
Афшорди подчеркивает, что наука — это понимание различных факторов, действующих одновременно в условиях неопределенности .
🇮🇷 Путь из Ирана и «проблема двух тел» 43:31
Газаль и Ниайеш познакомились в Иране. Первое мимолетное столкновение произошло на национальной олимпиаде по математике и информатике, где Газаль (в отличие от Ниайеша) получила медаль . Позже они встретились в колледже. Газаль Гешнизджани вспоминает забавный случай: профессор выгнал Ниайеша из аудитории за опоздание на 20 минут, и она запомнила его как «того парня, которого выгнали» .
Их академический путь был сопряжен с серьезными трудностями:
- Визовые барьеры. Для получения виз в США им приходилось ездить в третьи страны и сдавать экзамены GRE за границей, получая неоднократные отказы .
- «Проблема двух тел» (Two-body problem). В академической среде так называют сложность поиска двух позиций для супругов-ученых в одном городе или институте .
- Работа на границе. Газаль Гешнизджани вспоминает, что во время беременности была вынуждена ездить из Канады в Буффало (США), так как это было ближайшее место работы. Она пересекла границу всего за 5 дней до родов .
👩🔬 Поддержка женщин: Supernova Foundation 1:04:26
Газаль Гешнизджани является активным сторонником принципов равенства и инклюзивности (EDI) в науке. Она стала сооснователем Supernova Foundation .
О фонде:
- Это волонтерская организация женщин-физиков для менторства студенток (уровень бакалавриата и магистратуры).
- Начиналась с 7 добровольцев, сейчас в сети около 300 подопечных и 100 наставников по всему миру (Бразилия, Индия, Африка) .
- Цель — предотвратить «утечку» талантов. Гешнизджани сравнивает академическую лестницу для маргинализированных групп с шаткой веревочной лестницей, с которой люди постоянно срываются из-за отсутствия поддержки и сетевых связей .
📚 Наука для детей и «эхо» черных дыр 56:06
Газаль написала детскую книгу «Bella the Black Hole» (Белла — черная дыра), вдохновившись интересом своего четырехлетнего сына . Книга объясняет сложные концепции, такие как спагеттификация (растягивание объекта при падении в черную дыру), через доступные образы .
В финале беседы ученые отметили свои главные научные достижения:
- Для Ниайеша Афшорди: это гипотеза об «эхе» черных дыр. Он полагает, что если квантовая механика верна, черные дыры не могут быть бездонными ямами (как в ОТО). Должно существовать «дно», от которого отражаются гравитационные волны, создавая эхо, которое можно зафиксировать .
- Для Газаль Гешнизджани: это доказательство теоремы о трех путях развития ранней Вселенной. Она математически подтвердила, что для объяснения наблюдаемого космоса необходимо либо наличие инфляции (отрицательного давления), либо сверхсветовое распространение взаимодействий, либо эффекты квантовой гравитации .
