# От Эйнштейна до COVID-19: как физики Perimeter Institute ищут ошибки в теории относительности

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=7c3ZX1o6Eyw
Канал: Perimeter Institute
Опубликовано: 27.05.2022

---

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
[[JUMP:00:15]]

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 [01:58]. 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 [02:40].

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 [03:22]. Афшорди называет астрофизика «генералистом», чьей игровой площадкой является вся Вселенная без ограничений по масштабу [05:03].

Ключевые точки пересечения их работы:

*   **Черные дыры:** объекты с экстремальной гравитацией [05:15].
*   **Большой взрыв:** момент возникновения Вселенной.
*   **Сингулярности:** точки, в которых общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна перестает работать [06:07].

## 🕳️ Черные дыры как «Большой взрыв наоборот»
[[JUMP:05:27]]

С точки зрения математики Эйнштейна, Большой взрыв и черные дыры — это сингулярности, где кривизна пространства-времени становится бесконечной [06:46]. Ниайеш Афшорди утверждает, что Большой взрыв математически идентичен черной дыре, если запустить время в обратном направлении [08:18].

Основные тезисы ученых:

1.  **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 [11:06].
2.  **Горизонт событий черной дыры** работает аналогично: для того, кто его пересекает, сингулярность становится неизбежным событием в будущем, а не местом в пространстве [11:31].
3.  **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 [10:14].

## 🧬 Теория Каскутона: модификация гравитации
[[JUMP:11:56]]

Для решения проблем сингулярностей физики ищут способы модифицировать теорию гравитации. Газаль Гешнизджани и Ниайеш Афшорди разработали концепцию под названием **Каскутон (Cascuton)** [13:55].

Особенности теории Каскутона:

*   **Минимальная модификация.** Она не добавляет новых динамических степеней свободы (новых «игроков» или частиц в теорию) [14:08].
*   **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) [16:08].
*   **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 [18:19].

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 [28:31].

## 🌑 Темная энергия и «величайшая ошибка» Эйнштейна
[[JUMP:18:46]]

Ускоренное расширение Вселенной, обнаруженное в конце 1990-х, физики называют темной энергией [19:13]. Эйнштейн ввел понятие «космологической постоянной» еще столетие назад, чтобы сделать Вселенную статичной. Позже он назвал это своей «величайшей ошибкой» (blunder) [20:04]. Однако современная наука вернулась к этой константе.

Ниайеш Афшорди отмечает парадоксальность ситуации:

*   Темная энергия обладает отрицательным давлением [20:42].
*   Её величина на многие порядки меньше того, что предсказывает фундаментальная физика элементарных частиц [20:55].
*   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 [23:42].

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 [24:22].

## 📊 От галактик к пандемии: кросс-корреляция данных
[[JUMP:32:57]]

Ниайеш Афшорди применил методы космологии для моделирования пандемии COVID-19. Ключевым инструментом стал метод **кросс-корреляции** (cross-correlation) [37:06].

В своей докторской диссертации Афшорди сопоставлял данные реликтового излучения и обзоров галактик, чтобы найти слабые сигналы, невидимые в каждом наборе данных по отдельности [35:49]. 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 [38:52].
*   **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 [42:39].
*   **Влияние погоды.** Анализ показал, что при падении температуры ниже 15°C скорость распространения COVID-19 возрастает [40:13].

Афшорди подчеркивает, что наука — это понимание различных факторов, действующих одновременно в условиях неопределенности [41:33].

## 🇮🇷 Путь из Ирана и «проблема двух тел»
[[JUMP: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 [46:51]. 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» [48:32].

Их академический путь был сопряжен с серьезными трудностями:

1.  **Визовые барьеры.** Для получения виз в США им приходилось ездить в третьи страны и сдавать экзамены GRE за границей, получая неоднократные отказы [55:26].
2.  **«Проблема двух тел» (Two-body problem).** В академической среде так называют сложность поиска двух позиций для супругов-ученых в одном городе или институте [1:05:58].
3.  **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 [1:06:40].

## 👩‍🔬 Поддержка женщин: Supernova Foundation
[[JUMP:1:04:26]]

Газаль Гешнизджани является активным сторонником принципов равенства и инклюзивности (EDI) в науке. Она стала сооснователем **Supernova Foundation** [1:10:12].

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) [1:11:05].
*   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 [1:13:31].

## 📚 Наука для детей и «эхо» черных дыр
[[JUMP:56:06]]

Газаль написала детскую книгу **«Bella the Black Hole»** (Белла — черная дыра), вдохновившись интересом своего четырехлетнего сына [59:20]. Книга объясняет сложные концепции, такие как спагеттификация (растягивание объекта при падении в черную дыру), через доступные образы [1:01:35].

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 [1:19:12].
*   **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 [1:20:58].