В новом выпуске программы StarTalk ведущий Нил деГросс Тайсон и его постоянный соведущий Чак Найс встретились с известным астрофизиком и космологом Хакимом Олусейи. В центре дискуссии оказалась новая книга исследователя, предлагающая целостный взгляд на эволюцию космоса, а также глубокие вопросы физики плазмы, биогенеза и природы пространства-времени.
🌌 Инструменты космолога: от солнечного ветра до тайн плазмы 0:00
Хаким Олусейи, ставший гостем StarTalk уже в четвертый раз, совмещает академическую науку с популяризацией: он ведет подкаст Particles of Thought от PBS Nova и занимает пост генерального директора Астрономического общества Тихого океана . Кроме того, он принимает участие в миссии NASA IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe — Зонд для картографирования межзвездной среды и ускорения частиц) .
По словам Олусейи, этот спутник исследует ускорение магнитных полей Солнца на его поверхности, их взаимодействие с солнечным ветром и частицами, запертыми в гелиосфере . В результате этих процессов возникают нейтральные атомы, которые возвращаются в Солнечную систему и регистрируются приборами IMAP .
Отвечая на вопрос Нила деГросса Тайсона о том, как изучение Солнца сочетается с масштабной космологией, Олусейи пояснил, что начинал свою карьеру с создания научных приборов, вычислительных методов и глубокого изучения плазмы . Этот опыт дал ему универсальный «набор инструментов», позволяющий переходить от одной области астрофизики к другой, ведь плазма заполняет практически всю Вселенную .
В рамках беседы ученые дали базовое определение плазмы для широкой аудитории:
- Это состояние вещества, получаемое при экстремальном нагреве газа .
- При таком нагреве разрушаются связи внутри молекул и атомов, электроны отрываются от ядер .
- В результате образуется высокоионизированный «суп из электронов», который чутко реагирует на магнитные поля .
Олусейи подчеркнул, что способность плазмы взаимодействовать с магнитными полями лежит в основе перспективных технологий термоядерного синтеза . Для удержания сверхгорячей плазмы физики используют так называемые «магнитные бутылки» (магнитные ловушки) . Существует и альтернативный метод — инерциальный термоядерный синтез, при котором крошечную мишень с топливом помещают в металлическую капсулу и облучают мощными рентгеновскими лучами, однако классическое удержание плазмы требует именно сильных магнитных полей .
🗺️ «Девять обителей Вселенной»: новый когнитивный атлас реальности 5:26
Поводом для встречи стал выход новой книги Хакима Олусейи с провокационным названием «Почему мы существуем: девять обителей Вселенной, которые делают вас возможным» (Why Do We Exist: The Nine Realms of the Universe That Make You Possible) . Автор пояснил, что название книги — это скорее приглашение к размышлению, а не готовый догматический ответ .
Главная идея труда Олусейи заключается в том, что в научном сообществе принято изучать Вселенную разрозненно, разбивая ее на отдельные дисциплины . Однако космос представляет собой связную, последовательную историю . Человеческая интуиция пасует перед космическими масштабами, поскольку при переходе от одного масштаба к другому фундаментальные законы природы полностью меняются .
В своей космологической модели Олусейи выделяет несколько «обителей» (realms):
- Срединная обитель (The Middle Realm): масштаб, в котором находимся мы сами. Он больше атома или молекулы, но меньше галактического рукава .
- Космологическая обитель: уровень, где начинают доминировать динамика пространства-времени и потоки энергии . Здесь происходит постоянный переход энергии из фермионных квантовых полей (материи) в электромагнитные поля. Как отмечает исследователь, каждый день во Вселенной становится больше фотонов и меньше энергии, запасенной в веществе, что в далеком будущем приведет космос к тепловой смерти .
- Темная обитель: область, существование которой манифестирует себя через аномалии в космологических данных (темная материя и темная энергия) .
- Временная обитель: история развертывания самого времени .
- Обитель жизни: сфера, где Олусейи подробно рассматривает гипотезы абиогенеза и эволюционную «энергетическую лестницу» — от хемосинтеза и аноксигенного фотосинтеза до кислородного фотосинтеза и кислородного дыхания, сделавших возможным появление сложного человеческого мозга .
- Обители за горизонтами: пространства за пределами нашего космического горизонта событий, включая внутренние области черных holes .
- Мультивселенная: концепция, подкрепленная данными реликтового излучения .
Объясняя феномен Мультивселенной, Олусейи сослался на так называемые супергоризонтные флуктуации в спектре космического микроволнового фона . В эпоху космической инфляции (сверхбыстрого расширения ранней Вселенной) области, которые изначально находились внутри горизонта видимости, оказались выброшены за его пределы из-за стремительного растяжения пространства . Данные высокой точности подтверждают наличие этих супергоризонтных сигналов, что, по мнению ученого, прямо указывает на физическую реальность инфлатонного поля — гипотетического поля, ответственного за инфляционные эпохи .
Если такое поле породило нашу Вселенную, то этот процесс не был единичным. Олусейи делает вывод, что новые вселенные должны рождаться непрерывно, формируя Мультивселенную . При этом он разделяет два типа «пузырьковых» вселенных: в первом случае другие области космоса просто находятся так далеко, что их свет не успел дойти до нас (они лежат за пределами нашей наблюдаемой Вселенной), во втором — инфлатонное поле расширяется настолько быстро, что даже родившиеся по соседству пространственные пузыри навсегда изолируются друг от друга, поскольку расстояние между ними увеличивается со сверхсветовой скоростью . Нил деГросс Тайсон сравнил эту модель с буханкой багета, внутри которой разрастаются изолированные поры-пузырьки воздуха .
Итогом прочтения книги, по замыслу автора, должно стать формирование у читателя полноценной ментальной карты реальности, объединяющей масштабы, время и эмерджентные уровни организации материи . Олусейи напомнил, что со времен открытия темной энергии (которое произошло в 1998 году, а Нобелевскую премию принесло в 2010 году) фундаментальная физика переживает своего рода затишье длиной почти в тридцать лет: все новые открытия лишь подтверждают старые предсказания, и следующим по-настоящему великим прорывом должно стать обнаружение внеземной жизни .
🧮 Уравнение Олусейи: новый взгляд на поиски разумной жизни 13:45
В своей книге исследователь предлагает собственную математическую формулу, которую коллеги уже окрестили «уравнением Олусейи» . По сути, она представляет собой усеченную и модифицированную версию знаменитого уравнения Дрейка, но базируется на совершенно иных предпосылках и современных астрономических данных .
Олусейи указывает на фундаментальные различия между его подходом и классическим уравнением Фрэнка Дрейка:
- Фрэнк Дрейк формулировал свои коэффициенты (например, долю звезд с планетными системами) во времена, когда у науки не было эмпирических данных. Сегодня астрономы достоверно знают, что планеты есть практически у каждой звезды .
- Уравнение Дрейка нацелено на конечный технологический результат — поиск развитых цивилизаций, способных к радиосвязи .
- Уравнение Олусейи оценивает количество звездных систем, способных поддерживать не просто жизнь, а именно многоклеточную макроскопическую жизнь . В его формуле фокус смещен с исходов на физические и биологические триггеры (драйверы) жизни .
Расчет Олусейи строится вокруг параметров «идеальных звезд» (имеющих стабильную зону обитаемости и долгий срок жизни) и «идеальных планет» (обладающих нужным химическим составом, геодинамикой и защитным магнитным полем) . На основе этих факторов формула позволяет получить конкретное число потенциально обитаемых миров в галактике . Автор добавил, что его работа также вдохновлена уравнением астрофизика Сары Сигер (Sarah Seager) из MIT, которая адаптировала поиски жизни под анализ биосигнатур в атмосферах экзопланет .
🏇 Метод SWAG и концепция блуждающей Земли 19:00
Хаким Олусейи открыто признает, что его книга наполнена идеями, которые в американской научной среде называют акронимом SWAG — Scientific Wild Ass Guess (научно обоснованная, но безумная догадка) . На ироничное замечание Чака Найса, что «на языке темнокожего сообщества SWAG означает просто рабочую гипотезу», Олусейи ответил, что это «высокоинформированная гипотеза» .
В отличие от строгих рецензируемых академических статей, где физик обязан досконально исследовать узкий специализированный вопрос, книга позволила автору выйти за рамки жесткого квантитативного анализа и представить концептуальное исследование смелых идей, которые ученые обычно обсуждают лишь в приватных беседах . При этом Олусейи подчеркивает, что остается строгим эмпириком: любые догадки обязаны оставаться в границах физической корректности и твердых наблюдательных данных .
В качестве примера такой «обоснованной догадки» Олусейи разобрал популярный тезис о том, что человечество обязано стать межзвездным видом и покинуть Землю, поскольку в будущем Солнце превратится в красного гиганта и уничтожит планету . По мнению исследователя, цивилизации с технологиями межзвездных перелетов вовсе не обязательно улетать к другим звездам:
- Можно переселиться на окраину Солнечной системы, например на Титан, построить там искусственные солнца (термоядерные реакторы) и продолжать собирать энергию, не завися от угасающего светила .
- Еще более амбициозный и, как считает Олусейи, потенциально более простой сценарий — сдвинуть саму Землю с орбиты и превратить ее в блуждающий космический корабль .
Нил деГросс Тайсон добавил, что эта концепция детально визуализирована в китайской научно-фантастической кинофраншизе «Блуждающая Земля» (The Wandering Earth), где человечество устанавливает колоссальные планетарные двигатели, чтобы увести планету из гибнущей Солнечной системы к системе Альфы Центавра .
🧱 Существует ли фундаментальный уровень физики? 23:25
Отвечая на вопрос слушателя Патрика из Юго-Восточного Техаса о том, уходит ли эмерджентная организация материи в бесконечную глубь (принцип «черепах до самого низа») или же физика в итоге упрется в неделимый фундаментальный уровень, Хаким Олусейи высказал позицию, созвучную убеждениям Альберта Эйнштейна . На самом глубоком уровне реальности не существует дискретных изолированных объектов — есть только фундаментальные квантовые поля и энергия .
При этом Олусейи вступает в полемику с доминирующим сегодня в теоретической физике мнением, согласно которому пространство и время являются вторичными, эмерджентными свойствами, собирающимися из более глубоких квантовых переплетений . Космолог настаивает на фундаментальности пространства и времени, основываясь на инфляционной модели:
- Существование квантовых полей по определению требует геометрии, то есть пространства той или иной мерности .
- Существование энергии подразумевает изменения, которые невозможны без концепции «до» и «после», то есть без оси времени . Таким образом, пространство, время, энергия и поля неразрывно связаны на самом базовом уровне .
Чтобы проиллюстрировать проблему нашего понимания космоса, Олусейи привел масштабную биологическую аналогию. Если взять соотношение размеров человека и нашей Галактики (разница составляет около 20 порядков) и уменьшить наблюдателя на ту же величину, он окажется внутри живой клетки .
Изучая окружение изнутри клетки, этот гипотетический микроскопический «Хаббл» обнаружил бы разные типы клеток (мышечные, костные, клетки крови), аналогичные спиральным или эллиптическим галактикам . Он открыл бы внутренние структуры (ядро, митохондрии, рибосомы), похожие на балджи и галактические рукава . Выйдя на самый крупный доступный масштаб, он зафиксировал бы аналог «космической паутины» — крупномасштабную структуру тканей .
Однако, как подчеркивает Олусейи, находясь внутри, этот исследователь никогда бы не догадался, частью какого именно организма он является — кита, лошади или дерева . По мнению ученого, человечество находится в точно таком же положении: мы не способны осознать истинный глобальный контекст нашего существования, находясь внутри «организма» Вселенной .
🌪️ Релятивистские парадоксы: космонавты на пульсарах и испарение черных holes 29:33
Слушатель по имени Грэм из Марина-дель-Рей (Калифорния) предложил мысленный эксперимент: что увидят два гипотетических неуязвимых астронавта, если один встанет на полюсе миллисекундного пульсара, а второй — на его экваторе, учитывая, что экваториальная скорость вращения таких объектов может достигать четверти скорости света ?
Олусейи и Тайсон сошлись во мнении, что ключевую роль здесь сыграют экстремальные релятивистские эффекты и сильнейшая гравитация . Диаметр нейтронной звезды составляет в среднем всего около 10–15 миль (16–24 км), поэтому из-за крутизны сферы астронавты банально окажутся скрыты друг от друга за линией горизонта, если только они не будут обладать гигантским ростом .
Если же предположить, что они могут обмениваться световыми сигналами, то из-за бешеного вращения экватора и искривления пространства-времени лучи света будут идти по сложным траекториям . Изображение экваториального астронавта для наблюдателя на полюсе окажется сильно искаженным, фрагментированным и буквально размазанным по небу . Гравитация пульсара — единственный инструмент в природе, способный удерживать объект от мгновенного разрыва центробежными силами при таких скоростях вращения .
Второй теоретический вопрос прислал Чарльз Коэлл из Гонолулу: может ли финальный этап испарения первичных черных holes посредством излучения Хокинга оставлять в пространстве-времени своеобразный топологический дефект — «улыбку Чеширского кота», то есть узел в геометрии без массы и энергии ?
Хаким Олусейи отнесся к этой гипотезе скептически. С точки зрения классической общей теории относительности (ОТО), метрика пространства-времени существует только в присутствии плотности массы-энергии или давления . Если черная hole полностью испарилась, геометрический шрам остаться не может .
Олусейи добавил, что современная теоретическая физика слишком увлечена математическими спекуляциями вокруг черных holes . Ученые научились виртуозно манипулировать уравнениями, находя изящные решения, которые зачастую не имеют никакого соответствия с реальной физической Вселенной . Поскольку человечество еще ни разу не наблюдало процесс испарения черной hole вживую, нагромождение умозрительных гипотез поверх других гипотез кажется Олусейи малопродуктивным .
🦴 Земля как «лава-кейк» и открытие JWST: черные holes были первыми? 36:54
Отвечая на вопрос Мариан из Пенсильвании о главных научных открытиях последних лет, Олусейи признался, что в последнее время сфокусировался на геологии и биологии . Большое впечатление на него произвели новые палеогенетические данные о депигментации (посветлении кожи) у древних европейцев .
Ранее в науке доминировала теория, что этот эволюционный процесс занял период от 40 000 до 20 000 лет назад под влиянием снижения уровня ультрафиолета. Однако свежие анализы ДНК показывают, что активная депигментация в Европе началась всего около 8000 лет назад и была спровоцирована переходом к сельскому хозяйству (изменением рациона питания) . Более того, еще 5000 лет назад население Европы было депигментировано лишь наполовину . Это означает, что во времена строительства египетских пирамид жители Европы все еще оставались преимущественно темнокожими или смуглыми .
В области геологии Олусейи напомнил о мало осознаваемом широкой публикой факте: планета Земля по своей структуре напоминает кондитерский десерт «лава-кейк» (фондан) с жидкой сердцевиной . Внешнее ядро Земли, простирающееся в диапазоне от 19% до 55% ее радиуса, состоит из полностью жидкого, бурлящего металла . Именно циркуляция этого колоссального объема жидкого железа и никеля генерирует глобальное магнитное поле, которое защищает атмосферу и биосферу Земли от жесткого космического излучения .
Вторая часть вопроса Мариан коснулась недавнего открытия космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) загадочных «маленьких красных точек» на самом краю наблюдаемой Вселенной . Недавно ученые выдвинули предположение, что это могут быть плотные звездные глобулы, где массово рождаются первые гигантские звезды .
Олусейи опроверг эту интерпретацию, сославшись на последние астрофизические публикации:
- Анализ спектра показал, что излучение этих точек является сильно поляризованным .
- Это переизлученный и рассеянный газ, который поглощает жесткую радиацию от мощного аккреционного диска .
- Следовательно, «маленькие красные точки» — это новорожденные сверхмассивные черные holes в ранней Вселенной, существовавшие уже в эпоху так называемых Темных веков .
Это открытие, как подчеркнули Олусейи и Тайсон, дает весомый аргумент в вечном космологическом споре о том, что возникло раньше — галактики или находящиеся в их центрах сверхмассивные черные holes . Свежие данные JWST уверенно указывают на то, что черные holes предшествовали формированию галактического вещества вокруг них .
Этот вывод контринтуитивен: масса центральной черной hole обычно составляет менее 1% от общей массы галактики (около миллиарда масс Солнца против 100 миллиардов масс Солнца у самой галактики) . Физический механизм того, как крошечный по масштабам объект заставлял собираться вокруг себя гигантские объемы рассеянной материи, остается одной из самых захватывающих загадок современной астрономии .
🎳 Космический катапульта: запуск шара для боулинга с пульсара 44:17
В финале программы ведущие разобрали шутливый вопрос Тристана Филлипса из Флориды. Автор спросил: если положить абсолютно неуязвимый 16-фунтовый (7,2 кг) шар для боулинга на экватор самого быстрого пульсара, дождаться, пока он раскрутится вместе со звездой, а затем «отключить» гравитацию пульсара — полетит ли этот шар по касательной, став самым быстрым «страйком» в истории ?
Олусейи рассказал, что видел компьютерное моделирование подобного сценария. Вопреки стандартной бытовой интуиции, предсказывающей мгновенный улет объекта строго по прямой тангенциальной линии, в самый первый миг из-за релятивистских эффектов увлечения инерциальных систем отсчета происходит крошечный пространственный «глюк» (сдвиг), и лишь затем тело устремляется в бесконечность по прямой .
Скорость полета такого шара, по закону сохранения импульса, будет равна линейной скорости вращения экватора пульсара — то есть составит от четверти до половины скорости света . Нил деГросс Тайсон отметил, что эта фантастическая схема очень напоминает реальные технологические разработки современной американской аэрокосмической компании SpinLaunch, которая использует гигантские вакуумные центрифуги для раскрутки и кинетического запуска ракет в атмосферу без использования топлива на первом этапе .
В завершение выпуска Хаким Олусейи анонсировал масштабный ребрендинг Астрономического общества Тихого океана: теперь организация осуществляет публичную деятельность под коротким названием The Astro Society . На их новом YouTube-канале Astrobeat Олусейи регулярно выпускает короткие и доступные видеовизуализации, призванные, по его словам, «распространять любовь к Вселенной далеко и широко» .
