В новом выпуске подкаста «Into the Impossible» Брайан Китинг побеседовал с известным физиком-космологом Рокки Колбом о фундаментальных загадках Вселенной и психологических особенностях научного поиска. Профессор Чикагского университета рассказал, как баланс между научным эго и смирением двигает космологию вперёд, и почему великие учёные прошлого часто совершали грандиозные ошибки. В центре дискуссии — природа тёмной материи, кризис стандартной космологической модели и перспективы использования искусственного интеллекта в теоретической физике.
🌌 Слепые наблюдатели неба: почему физикам необходимо смирение 1:34
Название научно-популярной книги Рокки Колба «Слепые наблюдатели неба» (Blind Watchers of the Sky), изданной около 20 лет назад, уходит корнями в астрономические споры позднего Средневековья. Как рассказал гость, эта метафора заимствована из резкого латинского высказывания датского астронома Тихо Браге, жившего на рубеже XVI–XVII веков. В 1572 году Браге зафиксировал появление сверхновой звезды и путём наблюдений доказал, что этот объект находится значительно дальше Луны, поскольку у него отсутствовал поддающийся измерению параллакс.
Открытие Браге прямо противоречило господствовавшим тогда аристотелевским догмам, согласно которым любые изменения во Вселенной происходят исключительно в подлунном мире из-за несовершенства человеческой природы, тогда как сфера звёзд вечна и неизменна. Сталкиваясь со слепым отрицанием со стороны коллег, не желавших признавать очевидные данные, Тихо Браге в сердцах написал: «О, тупоумные создания! О, слепые наблюдатели неба!».
По мнению Рокки Колба, этот исторический сюжет служит важным напоминанием для современного академического сообщества: в каком-то смысле все исследователи до сих пор остаются лишь «слепыми наблюдателями» перед лицом космических тайн. История науки показывает, что даже признанные титаны — от Исаака Ньютона до Галилео Галилея — глубоко заблуждались в тех или иных вопросах. Научное познание — это чрезвычайно трудный процесс, и, перефразируя знаменитое замечание Ричарда Фейнмана, гость подчеркнул, что проще всего обмануть самого себя. Именно поэтому современному учёному жизненно необходимо обладать профессиональным смирением и допускать, что устоявшиеся и кажущиеся неоспоримыми теории со временем могут оказаться неверными.
⚖️ Между эго и бесстрашием: характеры великих новаторов 4:35
Брайан Китинг напомнил классический афоризм Галилея, который призывал измерять то, что измеримо, и делать измеримым то, что пока таковым не является. Для реализации этой программы требуются колодинальные усилия, создание сложнейших инструментов и, как считают оба собеседника, внушительное интеллектуальное эго. Ведущий отметил, что критики в интернете часто упрекают популяризаторов в высокомерии, проводя неуместные параллели с Джордано Бруно, Галилеем или Альбертом Эйнштейном. В рамках проекта по популяризации наследия Галилея Брайан Китинг лично организовал запись первой в истории аудиоверсии его «Диалога о двух главнейших системах мира» в переводе Стиллмана Дрейка, где роли озвучили известные физики Карло Ровелли, Фрэнк Вильчек и Джеймс Гейтс.
Комментируя личностные особенности первооткрывателей, Рокки Колб высказал мнение, что чистая скромность не позволяет совершать прорывы. Учёному требуется изрядная доля смелости, «хуцпы» (дерзости) и абсолютного бесстрашия, поскольку его цель — увидеть то, чего до него не видел никто в мире, и сделать то, что другие посчитали невыполнимым. Научный поиск требует тонкого ментального баланса: нужно верить в свои силы, но всегда держать в уме вероятность собственной ошибки.
При этом гость предостерёг от идеализации исторических фигур, сославшись на житейское правило «никогда не встречай своих героев», поскольку все они были обычными людьми со своими психологическими изъянами. В качестве примера Колб привёл Эрвина Шрёдингера, чьи философские работы и вклад в квантовую механику восхищали его в студенческие годы. Однако личная жизнь Шрёдингера, по оценке гостя, была весьма далёкой от современных этических норм, и в нынешнюю эпоху академической подотчётности он вряд ли смог бы продолжить карьеру. Рокки Колб считает, что понимание человеческих слабостей великих физиков помогает трезво оценивать и собственные исследования.
⚛️ Школа Уильяма Фаулера: право на ошибку и экспериментальный минимум 8:22
Одним из главных наставников в своей карьере Рокки Колб назвал лауреата Нобелевской премии Уильяма (Вилли) Фаулера, который фактически создал основы ядерной астрофизики в Калифорнийском технологическом институте (Caltech). Фаулер, будучи по образованию ядерщиком, применил методы лабораторной физики к изучению звёздных процессов. Гость выделил редкое человеческое качество Фаулера, которое, по его мнению, сегодня находится в дефиците: искреннюю радость за успехи своих студентов и коллег, даже если сам профессор не имел к их публикациям никакого отношения. Из этой научной группы вышла плеяда блестящих учёных, включая сокамерника Колба по кабинету Джорджа Фуллера и физика Дика Бойда.
Именно Вилли Фаулер привил Колбу важнейший методологический принцип:
«Не бойся ошибаться. Есть огромная разница между тем, чтобы быть неправым, и тем, чтобы быть глупым. Не будь глупым, но рисковать и ошибаться — это абсолютно нормально».
Обсуждая разделение труда между теоретиками и экспериментаторами, Рокки Колб сформулировал необходимый образовательный минимум для студентов-теоретиков. По его мнению, молодой учёный обязан глубоко понимать природу экспериментальных погрешностей:
- Чётко разделять систематические и статистические неопределённости.
- Осознавать колоссальную сложность практической реализации физических установок.
Бывший директор Фермилаба (Fermilab) Леон Ледерман, нанимавший Колба на работу, часто повторял, что эксперименты — это тяжелейший труд, но когда устройство наконец срабатывает, результат выглядит прекрасно. Брайан Китинг добавил, что систематические ошибки коварны: их невозможно устранить простым накоплением данных, для этого требуется полностью перестраивать эксперимент с нуля. Астрофизика осложняется тем, что исследователь выступает в роли пассивного наблюдателя — он не может контролировать параметры Вселенной в лаборатории, как это делают физики-твердотельщики.
🧩 Очарование кризиса: где трещит стандартная модель космологии 14:52
В научном сообществе хорошо известно высказывание Стивена Вайнберга о том, что физика успешно развивается только во время кризисов, но сейчас таких кризисов не хватает. Рокки Колб признался, что недолюбливает общепринятую стандартную модель космологии ($\Lambda$CDM):
«Я её терпеть не могу. Если всё станет окончательно понятно, я просто останусь без работы. Чем мне тогда заниматься?».
Сегодня космологи активно пытаются «взломать» стандартную модель, нащупав слабое звено, которое заставит распутаться весь теоретический клубок. Одним из главных симптомов такого кризиса выступает так называемое «напряжение Хаббла» (разногласия в оценках скорости расширения Вселенной), детально изучаемое Венди Фридман, а также новые аномалии в данных реликтового излучения.
Рокки Колб перечислил ключевые фундаментальные проблемы, где у современной науки нет ответов:
- Природа инфляции. Сама идея раннего экспоненциального расширения Вселенной феноменологически успешна, однако она до сих пор лишена фундаментальных теоретических оснований. Физики не знают конкретных динамических механизмов и базовых полей, стоявших за квантовыми флуктуациями, которые в итоге породили галактики, звёзды и людей.
- Загадка тёмной материи. На неё приходится около 25% всей массы и энергии Вселенной. Проблема формулируется с 1930-х годов, но природа этих гипотетических частиц неизвестна. Диапазон их возможных масс в теоретических моделях простирается на колоссальные 80 порядков.
- Природа тёмной энергии. Эта субстанция отвечает за наблюдаемое ускоренное расширение пространства и остаётся главным источником недоумения для теоретиков.
Пытаясь объяснить эти аномалии, учёные исследуют фазовые переходы в ранней Вселенной, признаком которых могли бы стать сохранившиеся до наших дней реликтовые топологические дефекты — космические струны, доменные стенки или магнитные монополи. По поводу альтернативных подходов вроде модифицированной ньютоновской динамики (MOND) Колб высказал скепсис, отметив, что изменить общую теорию относительности Эйнштейна невероятно трудно, поскольку она математически красива и практически неуязвима для критики.
🗺️ Ландшафт теории всего и космологическое взвешивание частиц 22:05
Космологи констатируют, что у физики пока нет даже жизнеспособной теории Великого объединения (GUT), не говоря уже о «Теории всего» (TOE). Сторонники теории струн часто утверждают, что существует гигантский «ландшафт мультиверсе», предполагающий бесчисленное множество вариантов реализации законов природы, из которых мы наблюдаем лишь один. Текущая Стандартная модель элементарных частиц явно не окончательна: она не объясняет происхождение масс нейтрино и барионную асимметрию — резкое преобладание материи над антиматерией в наблюдаемой Вселенной. Более того, для тёмной материи в Стандартной модели просто нет места, что вынуждает вводить дополнительные гипотезы.
Исторически астрочастичная физика развивалась параллельно с созреванием квантовой теории поля в конце 1960-х и начале 1970-х годов. Рокки Колб вспомнил, что во времена его учебы в аспирантуре доминировала концепция «температуры Хагедорна». Считалось, что во Вселенной существует предельный температурный барьер, и при закачке дополнительной энергии будут рождаться не более быстрые, а просто более массивные частицы. Появление квантовой хромодинамики (КХД) опровергло этот тезис, показав, что кварки и глюоны могут достигать сколь угодно высоких энергий в ранние эпохи, что открыло космологам путь к моделированию первых долей секунды Большого взрыва.
Брайан Китинг затронул амбициозную задачу: измерение массы фундаментальных частиц с помощью космологических наблюдений. Из 17 известных элементарных частиц массы 14 были успешно измерены в земных лабораториях, но ни одна не была взвешена по внеземным проявлениям. Рокки Колб выразил твёрдую уверенность в том, что точная масса нейтрино будет впервые вычислена именно на основе анализа реликтового излучения и крупномасштабной структуры Вселенной, а не в наземных ускорительных экспериментах. В истории науки уже есть подобные прецеденты:
- Гелий был впервые открыт на Солнце (отсюда имя Хелиос) с помощью спектрального анализа, и лишь затем обнаружен на Земле.
- Мюоны и ряд других нестабильных частиц изначально зафиксировали в космических лучах.
🌀 Мультиверс, яблоко Ньютона и физика будущего под управлением ИИ 30:06
Идея существования множественных вселенных (мультиверсе) кажется гостю практически неизбежным следствием моделей хаотической инфляции, разрабатываемых Андреем Линде и Аланом Гутом. При этом Колб призывает разделять два тезиса, которые обычно смешивают: сам факт множественности пространственных доменов и гипотезу о том, что в этих доменах должны различаться фундаментальные законы физики (второе вовсе не обязательно вытекает из первого). Известный физик Пол Стейнхардт, напротив, считает концепцию мультиверсе вредной для методологии науки и общества, поскольку её невозможно экспериментально опровергнуть.
Размышляя об инструментах познания, Рокки Колб вспомнил своего коллегу Стивена Вольфрама, который отстаивает идею, что весь мир устроен как гигантский компьютерный алгоритм. В связи с этим Колб сформулировал оригинальный мысленный эксперимент:
«Представьте, что в 1667 году Исаак Ньютон сидел под деревом в саду своей матери, и вместо обычного яблока ему на голову упал работающий компьютер Apple. Как пошла бы история мировой науки?».
Этот вопрос напрямую адресуется современным энтузиастам искусственного общего интеллекта (AGI). Компьютер в свободном падении будет идеально подчиняться уравнениям гравитации, но сможет ли он когда-нибудь испытать то, что Эйнштейн назвал «самой счастливой мыслью в своей жизни» (осознание того, что падающий человек не чувствует собственного веса)?. Рокки Колб усомнился в способности цифровых систем обладать сознанием без биологического воплощения (эмбодимента), на важности которого настаивает лингвист Ноам Хомский. Тем не менее гость признал, что в долгосрочной перспективе искусственный интеллект сможет не только анализировать массивы данных, но и генерировать принципиально новые физические теории, замечая неочевидные паттерны, недоступные человеческому мышлению.
Если бы профессору Колбу довелось задать один-единственный вопрос Творцу, он бы спросил: «Почему вообще существует Вселенная?». Физики виртуозно отвечают на вопрос как устроены процессы, но метафизический вопрос зачем и почему остаётся за рамками их профессионального метода.
🛑 Крах прекрасных теорий: о чём спорят современные космологи 36:37
Космологов часто упрекают в излишней самоуверенности, ведь они открыто признают, что ничего не знают о природе 95% содержимого Вселенной. Рокки Колб парирует эту критику тем, что сам путь поиска ответов приносит колоссальное удовлетворение. На своих научно-популярных лекциях он предпочитает говорить не о триумфах, а о колоссальном океане нашего незнания, уважая при этом интеллект и любознательность неискушённой публики.
В современном обществе силён опасный тренд на отрицание экспертизы и авторитета специалистов — будь то в эпидемиологии или астрофизике. В качестве примера такой маргинальной повестки Брайан Китинг привёл спекуляции о том, что «Большого взрыва никогда не было», а эффекты красного смещения объясняются старой гипотезой «старения света», адаптированной авторами вроде Раджендры Гупты. Рокки Колб подчеркнул, что модель Большого взрыва наверняка не полна, но она навсегда останется фундаментом будущих концепций, точно так же как классическая механика Ньютона осталась частью физики и до сих пор позволяет рассчитывать траектории полётов на Луну.
Главным разочарованием своей молодости Рокки Колб назвал масштабные эксперименты 1982 года по поиску распада протона. Будучи постдоком в Калтехе, он был абсолютно убеждён, что распад будет зафиксирован, поскольку этого требовали невероятно красивые и элегантные модели Великого объединения, объяснявшие барионную асимметрию. Однако распад протона так и не обнаружили. Физика безжалостна: даже самая эстетически совершенная теория может быть полностью опровергнута упрямыми фактами.
