В мае 2025 года в Калифорнийском университете в Сан-Диего (UC San Diego) состоялась лекция известного физика-космолога, профессора Брайана Китинга. Ученый представил детальный разбор сложнейших космологических концепций, от поляризации реликтового излучения до теории мультивселенной и перспектив поиска внеземной жизни. В своем выступлении он связал фундаментальную науку с вопросами философии, религии и технологического прогресса, включая влияние искусственного интеллекта на современные исследования.
🕶️ Поляризация света и реликтовое излучение 0:01
Поляризация является одним из наименее знакомых человеку свойств света, в отличие от интенсивности (яркости) и спектра (цвета). Как продемонстрировал Брайан Китинг, человеческий глаз напрямую не воспринимает поляризацию, однако этот инструмент позволяет физикам читать «скрытые послания» из самых ранних эпох существования Вселенной. Джеймс Клерк Максвелл, основоположник электромагнетизма, доказал, что свет представляет собой колебания электрического и магнитного полей в виде электромагнитных волн. Все типы излучения — радиоволны, микроволны, инфракрасный свет, рентгеновские и гамма-лучи — распространяются с одинаковой скоростью. Когда свет ведет себя как волна, он имеет определенную пространственную ориентацию колебаний.
Для понимания этого механизма Брайан Китинг приводит аналогию с натянутой веревкой, которую два человека колеблют вверх-вниз: плоскость этих колебаний и есть плоскость поляризации. В повседневной жизни этот эффект используется в поляризационных солнцезащитных очках. Брайан Китинг продемонстрировал их работу прямо на лекции: свет от современных экранов гаджетов поляризован, и если повернуть очки на 90 градусов (ортогонально), изображение полностью блокируется, а при повороте на 180 градусов прозрачность восстанавливается. Очки отсекают нежелательные блики от воды или дорожного покрытия, позволяя заглянуть под поверхность океана.
В космологии поляризация имеет фундаментаческое значение, поскольку свет поляризуется при взаимодействии с материей. В ранней Вселенной существовал первичный свет, который позже превратился в космическое микроволновое фоновое излучение (реликтовое излучение, или CMB). Этот свет взаимодействовал с горячей первичной плазмой, благодаря чему оказался поляризован. Изучая свойства этой поляризации, ученые могут реконструировать процессы, происходившие за миллиарды лет до появления человечества. Сегодня аналогичные технологии применяются на спутниках для анализа земных океанов: поляризованный свет помогает определять направление волн, соленость и температуру воды. Примечательно, что около 1% людей способны видеть поляризованный свет, однако, по словам Брайана Китинга, это медицинская аномалия, которая может свидетельствовать о макулярной дегенерации сетчатки.
🌌 В поисках альтернатив Большому взрыву и инфляции 9:13
Обсуждая вопрос о том, что могло находиться «до» Большого взрыва и существовала ли сингулярность, Брайан Китинг отмечает чрезвычайную сложность этой проблемы. Космолог приводит аналогию с формой Земли: утверждение о том, что Земля плоская, очень специфично — оно означает, что кривизна строго равна нулю, сумма углов треугольника составляет 180 градусов, а законы Евклида выполняются безупречно. В то же время существует бесконечное множество неплоских форм, точно так же, как в животном мире есть огромное разнообразие «не-собак».
В современной науке рассматривается лишь несколько альтернатив стандартной модели, и ни одна из них не обладает такой научной и финансовой поддержкой, как инфляционная модель. Ученые ищут реликтовые гравитационные волны, поскольку их обнаружение позволило бы исключить другие гипотезы. Среди существующих теоретических альтернатив Брайан Китинг выделяет следующие варианты:
- Вселенная является вечной и не имела начала.
- Вселенная возникла в результате коллапса предыдущей вселенной.
- Вселенная циклически сжимается и расширяется на протяжении всей вечности.
- Вселенная расширяется вечно, но Большой взрыв не был сингулярностью.
По словам Брайана Китинга, ни одна из этих альтернативных моделей не предсказывает специфический паттерн так называемой B-моды поляризации в реликтовом излучении. Именно поиск этого паттерна является ключевой задачей современных экспериментов. Согласно графикам инфляционной модели, в первые мгновения линейные размеры Вселенной расширились в $10^{26}$ раз. Инфляция была призвана объяснить давние загадки классической теории Большого взрыва, такие как изотропность, однородность (гомогенность) Вселенной и ее стабильность для зарождения жизни. Брайан Китинг подчеркивает, что в физике нет базовых аксиом, данных свыше, как аксиомы Пеано в арифметике, поэтому ученые руководствуются принципом бритвы Оккама, выбирая наиболее простые и полные объяснения.
📜 Наука, вера и Ватикан: границы познания 11:47
Отвечая на вопросы слушателей о связи космологии с религией и Библией, Брайан Китинг делится личным опытом. Ученый идентифицирует себя как практикующий иудей, хотя в детстве в Нью-Йорке он был католическим алтарником и прошел обряд бар-мицвы только в 52 года в Иерусалиме. По мнению Брайана Китинга, наука опирается на доказательства, тогда как религия требует веры. Если бы существовали прямые доказательства Бога, вера потеряла бы свой смысл, ведь глупо говорить о «вере» в гравитацию, которая очевидна. На иврите слово «вера» звучит как amuna (от которого происходит слово «аминь»), что по самой своей природе означает нечто недоказуемое. Брайан Китинг считает примечательным, что в Торе человеку прямо предписывается любить Бога — это указывает на то, что такая любовь не является автоматическим инстинктом, в отличие от любви к собственному ребенку или щенку.
Космолог призывает не искать в религиозных текстах научную логику. Физик напоминает исторический факт: автором теории Большого взрыва (первоначально — гипотезы «первичного атома») был бельгийский католический священник и астроном Жорж Леметр. Брайан Китинг лично знаком с его учеником, выдающимся астрофизиком Фрэнсисом Халзеном из Висконсинского университета. Жорж Леметр в свое время убедительно просил Папу Римского не использовать его научные открытия для теологического оправдания католицизма, поскольку понимал ограниченность текущих научных представлений. Концепция Леметра о том, что Вселенная взорвалась из одной точки, как атомное ядро, оказалась не совсем точной — современная физика считает, что Вселенная была сверхплотной одновременно во всех точках пространства.
Брайан Китинг подверг жесткой критике попытки некоторых современных авторов, таких как известный раввин Джеральд Шредер, искусственно совместить библейское описание семи дней творения с этапами космической инфляции, нуклеосинтеза и реликтового излучения, назвав подобные концепции «абсолютным нонсенсом». С научной точки зрения, как утверждает Брайан Китинг, исследователь обязан оставаться открытым как к возможности того, что Бог существует, так и к тому, что Его нет.
🐘 Осознание смерти и биологический инстинкт самосохранения 17:12
В ходе дискуссии один из слушателей оспорил тезис о том, что Homo sapiens — единственный вид, осознающий собственную смертность, указав на то, что животные демонстрируют острое чувство опасности. Брайан Китинг соглашается с тем, что эволюция и инстинкт выживания тесно связаны: организмы, стремящиеся сохранить и передать свою зародышевую линию (гены), выживают успешнее. Физик упомянул недавний инцидент в зоопарке Сан-Диего во время землетрясения, когда слоны сплотились кольцом для защиты, что бывший вице-президент США Камала Харрис назвала вдохновляющим примером.
В то же время Брайан Китинг, ссылаясь на свои многочисленные беседы с биологом Ричардом Докинзом, разделяет его позицию о том, что фундаментальной единицей, стремящейся к самовоспроизводству, является ген. Однако это ставит философский вопрос: если гены — это просто цепочки хромосом, состоящие из аминокислот и обычных химических элементов, можно ли говорить об их «сознании»? По мнению Брайана Китинга, наделять химические соединения восприятием — это явное преувеличение.
Для контраста космолог привел в пример свое интервью с Дипаком Чопрой. Этот мыслитель, публикующий статьи совместно с нобелевскими лауреатами, признался, что последние 25 лет своей жизни он посвятил подготовке к смерти. Чопра рассматривает это прагматично: человеческие атомы после смерти просто вернутся в общий цикл природы. Брайан Китинг считает, что человеку, в отличие от животных, присуще то, что стоики называли memento mori (помни о смерти) — осознание конечности бытия, которое наполняет жизнь смыслом. По его мнению, слоны или медузы действуют исключительно на уровне инстинктов. Медузы, к примеру, успешно существуют без головного мозга на протяжении миллионов лет, что, как иронизирует профессор, «дает надежду многим моим коллегам».
🚀 Парадокс Мультивселенной и ограничения космических телескопов 25:06
Брайан Китинг подчеркивает, что идея мультивселенной является неизбежным следствием теории космической инфляции — невозможно принять инфляцию, не признав существование множества вселенных. Создатели инфляционной модели, физики Андрей Линде и Алан Гут, полностью сходятся в этом мнении. По воспоминаниям Брайана Китинга, Андрей Линде эмоционально доказывал ему, что концепция единственной Вселенной ошибочна, и ученые изначально должны исходить из предпосылки существования мультивселенной.
Андрей Линде использует следующую аргументацию против «эгоцентризма единственной Вселенной»:
- Астрономические данные телескопа Kepler доказывают, что практически у каждой звезды в галактике есть планеты, кометы или астероиды.
- Заявление о том, что у звезды вообще нет планет (число ноль), является математически аномальным и требует колоссальных доказательств.
- Следовательно, считать нашу Вселенную единственной так же нелепо, как считать Солнце единственной звездой с планетной системой.
Эта тема вызывает ожесточенные споры в научном сообществе. По словам Брайана Китинга, 34 видных ученых, включая шесть лауреатов Нобелевской премии, в свое время опубликовали коллективную статью в журнале Scientific American, чтобы защитить концепцию мультивселенной от нападок критиков, что напоминало «битву инквизиции против еретиков».
Говоря о технических инструментах, Брайан Китинг объяснил, почему знаменитый космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) не способен пролить свет на происхождение Вселенной или подтвердить инфляцию. Телескоп «Хаббл» фиксировал относительно близкие молодые галактики в видимом спектре. JWST спроектирован для работы в инфракрасном диапазоне, что позволяет ему заглянуть в два раза дальше в прошлое благодаря эффекту красного смещения, фиксируя объекты, существовавшие через 200–500 миллионов лет после Большого взрыва. Однако ни один из этих телескопов не может регистрировать микроволновое излучение. Самый старый свет во Вселенной — реликтовое излучение (CMB) — возник всего через 380 000 лет после Большого взрыва, что в тысячи раз ближе к моменту творения. Таким образом, данные об инфляции и мультивселенной могут быть получены только через исследования поляризации CMB.
🎈 Куда расширяется Вселенная: геометрия «Флатландии» 29:00
На классический вопрос о том, во что именно расширяется Вселенная, если она включает в себя все сущее, Брайан Китинг предлагает несколько вариантов ответа. Философский парадокс уходит корнями в древность, напоминая мысленный эксперимент: «Если я приду на край Вселенной и брошу копье, куда оно полетит?». Популярная аналогия с надувающимся резиновым шариком, на котором нарисованы точки-галактики, наглядно объясняет, почему каждому наблюдателю кажется, что он находится в центре расширения. Однако эта аналогия несовершенна, так как двухмерный шарик расширяется внутри трехмерной комнаты. Физически корректнее представить бесконечный двухмерный лист, который растягивается во всех направлениях одновременно.
Для объяснения многомерных пространств Брайан Китинг ссылается на свою любимую научно-популярную книгу — роман Эдвина Эбботта «Флатландия» (Flatland), изданный в 1884 году. Главный герой книги — Квадрат — живет в двухмерном мире, где социальный статус и интеллект существ определяются количеством их сторон:
- Квадраты обладают интеллектом чуть выше среднего.
- Треугольники имеют низкий IQ и составляют класс чернорабочих.
- Круги — это высшие жрецы, губернаторы и правители.
- Женщины в этом мире являются обычными линиями.
Брайан Китинг напоминает, что Эбботт писал этот роман в викторианской Англии как острую социальную сатиру против расизма и сексизма того времени. Сюжет книги иллюстрирует физический феномен: когда трехмерная Сфера проходит сквозь двухмерный мир Квадрата, тот видит лишь точку, которая разрастается в круг, а затем уменьшается и исчезает. Рассуждения о третьем измерении во «Флатландии» считаются уголовным мысленным преступлением.
Аналогично человеческий мозг, получая двухмерную информацию через сетчатку глаз, способен реконструировать трехмерные стереокартины. Однако мы не можем визуализировать расширение четырехмерного пространства-времени (пространство $3+1$), поскольку Вселенная не расширяется «куда-то» во внешнее измерение — она сама является этим расширяющимся четырехмерным континуумом.
🛸 Одиноки ли мы во Вселенной? Реальные доказательства и мифы 33:47
Обсуждая «гипотезу сборки» (assembly hypothesis) Сары Уокер, которая предполагает уникальность человеческого интеллекта в космических масштабах, Брайан Китинг шутит о студентах своего университета UCSD, расшифровывая аббревиатуру как Socially Dead («социально мертвые») из-за их тотальной погруженности в учебу.
Если говорить серьезно, то, по утверждению Брайана Китинга, на сегодняшний день у науки нет никаких достоверных доказательств существования жизни вне Земли — этот показатель «максимально близок к нулю». Единственные земные микроорганизмы в космосе были обнаружены на обшивке Международной космической станции (МКС) из-за выброса нечистот, и эти экстремофилы смогли выжить в условиях вакуума и радиации. Также земные микробы или тихоходки (water bears), вероятно, уже занесены человеческими аппаратами на Марс, но все они имеют земное происхождение.
Космолог напомнил о знаменитой сенсации 1996 года, когда в Антарктиде нашли марсианский метеорит (ALH84001) с окаменелостями, напоминающими микробов. Тогда с заявлением выступал даже президент США Билл Клинтон, однако позже открытие было оспорено. Брайан Китинг упомянул, что сам владеет редким и дорогим марсианским метеоритом (стоимостью тысячи долларов за грамм) и подарил его крошечный фрагмент Джо Рогану на его подкасте.
Профессор также прокомментировал недавние публикации в The New York Times об обнаружении диметилсульфида в атмосфере экзопланеты на расстоянии 123 световых лет от Земли. На Земле это соединение производится преимущественно морскими водорослями. Однако, как отмечает Сара Уокер и другие исследователи, диметилсульфид ранее находили на кометах в нашей Солнечной системе, где нет никакой органики. Более того, сама планета в 5 раз массивнее Земли и близка к Нептуну, что исключает наличие там развитой цивилизации. Брайан Китинг считает вероятность обнаружения развитой жизни крайне низкой: даже если в каждой из сотен миллиардов галактик есть по одной обитаемой планете, они разделены такими колоссальными расстояниями, что человечество никогда с ними не столкнется. Как заявлял Карл Саган, если мы одни во Вселенной, то это «ужасно неэффективная трата пространства», но Вселенная и не обязана быть эффективной.
🤖 Искусственный интеллект и будущее теоретической физики 38:57
Современные ученые активно используют технологии искусственного интеллекта. Брайан Китинг признался, что сам регулярно применяет генеративные модели для анализа научных статей, курирования студентов и создания анимаций. Например, историческую зарисовку о голландских оптиках XVII века для своей презентации он полностью сгенерировал по текстовому промту. ИИ помогает справляться с колоссальным объемом информации: если в начале карьеры Китинга на портале научных препринтов arXiv публиковалось по 4 статьи по космологии в день, то сегодня эта цифра достигает 400–1000 публикаций ежедневно.
Тем не менее Брайан Китинг занимает скептическую позицию относительно способности ИИ заменить физиков-теоретиков. По его мнению, нейросети не смогут самостоятельно открывать новые законы физики, разгадать природу темной материи или темной энергии без участия человека. Великие научные открытия совершаются на основе человеческой интуиции, которая сродни искусству.
Для иллюстрации субъективности восприятия профессор рассказал о посещении музея Гуггенхайма со своим сыном после съемок у Нила Деграсса Тайсона. Там они увидели картину Пита Мондриана стоимостью 68 миллионов долларов, представляющую собой простые черные линии. Спускаясь по лестнице, они заметили обычную электрическую панель доступа, которая выглядела абсолютно так же, но её никто не охранял.
Нынешний успех ИИ, по мнению Брайана Китина, ограничен архитектурой графических процессоров (GPU). Процессоры GPU создавались для обработки графики (например, в игре Minecraft) и сильны в матричной и линейной алгебре. Чтобы вычисления казались точными, ИИ вынужден дискретизировать непрерывную Вселенную. Большие языковые модели (LLM) оперируют текстами, но они не способны самостоятельно доказать даже теорему Пифагора без огромного объема предварительно введенных человеком данных. В обозримом будущем ИИ останется лишь эффективным прикладным инструментом, запертым в рамках собственной успешной технологии, подобно экосистеме iPhone.
🐈 Кот Шрёдингера и философия вечного обучения 44:25
В завершение встречи один из пожилых слушателей, бывший успешный студент-медик Давид, признался, что в преддверии пенсии пытается читать научную литературу, но чувствует себя униженным парадоксом кота Шрёдингера. На его вопрос о том, насколько велика «точка знаний» самого Брайана Китинга по сравнению с точкой обычного человека, профессор ответил с глубоким уважением к аудитории.
По мнению Китинга, выбор пожилых людей проводить свой досуг не на пляже или поле для гольфа, а на научных лекциях, заслуживает восхищения. Изучение сложных концепций имеет важнейшее практическое значение: оно поддерживает ментальную гибкость. Сам Брайан Китинг, помимо физики, увлекается пилотированием самолетов и постоянно сдает экзамены на новые категории полетов. Он процитировал своего летного инструктора, чьи слова считает жизненным девизом: «День, когда ты перестал учиться — это день, когда ты перестал жить».
