В новом выпуске научно-популярного шоу StarTalk знаменитый астрофизик Нил деГрасс Тайсон и его соведущий, комик Мэтт Киршен, обсуждают так называемый кризис в космологии. Главным гостем программы стала профессор Чикагского университета Венди Фридман, чьи недавние исследования с использованием космического телескопа «Джеймс Уэбб» проливают свет на давний спор о скорости расширения Вселенной. Учёные разбираются, действительно ли современная модель мироздания трещит по швам или же исследователи просто недооценили скрытые погрешности своих инструментов.
🌌 От Великого спора к космическому «напряжению» 3:56
Истоки современных космологических дискуссий восходят к эпохе, предшествовавшей запуску космического телескопа «Хаббл». В то время астрономическое сообщество разделилось на два противоборствующих лагеря в споре о возрасте и размерах Вселенной. Исследователи оперировали значениями постоянной Хаббла в диапазоне от 50 до 100 км/с на мегапарсек, что приводило к колоссальной разнице в оценке возраста космоса — между 10 и 20 миллиардами лет.
Проектирование и создание телескопа «Хаббл» велись с расчётом на то, чтобы раз и навсегда разрешить этот спор. Физический размер главного зеркала обсерватории был утверждён на минимально допустимом уровне, который позволял бы гарантированно фиксировать цефеиды — особый тип пульсирующих звёзд, используемых в качестве космических линеек.
По воспоминаниям Венди Фридман, дискуссии в кофейнях научных институтов между сторонниками «старой» Вселенной (группа Алана Сендиджа и Густава Таммана) и «молодой» Вселенной (группа Жерара де Вокулёра) были невероятно ожесточёнными. В итоге реальный результат локальных измерений расположился ровно посередине между ожиданиями радикальных лагерей.
За последние десять лет в науке возник новый виток противостояния, получивший название «Хаббловского напряжения» (Hubble Tension). Суть проблемы заключается в явном несовпадении результатов двух принципиально разных методов расчёта скорости расширения Вселенной. Телевизионные заголовки и кликбейтные статьи в интернете часто трактуют это как тотальный крах космологии, однако ведущие специалисты призывают к более взвешенному анализу ситуации.
📏 Закон Ливитт и классические космические линейки 7:56
Любые современные вычисления космических расстояний опираются на концепцию «стандартных свечей» — редких астрономических объектов, чья абсолютная яркость известна исследователям. Одним из фундаментальных инструментов здесь остаются цефеиды, обнаружение которых требует кропотливой работы: в среднем лишь одна из тысячи исследуемых звёзд оказывается цефеидой.
Вся цепочка локальных измерений держится на открытии, сделанном более века назад астрономом Генриеттой Ливитт. Она обнаружила прямую зависимость между светимостью звезды и периодом её пульсации — чем ярче цефеида, тем длиннее цикл изменения её блеска. Фридман напоминает, что в те времена женщинам-учёным в Гарварде поручали самую монотонную работу по классификации звёзд и измерению яркости спектров, и именно на этом рутинном поле произошли ключевые прорывы. К сожалению, имя Ливитт на долгое время оказалось забыто, и лишь в XXI веке историческая справедливость начала восстанавливаться.
Важные вехи признания заслуг Генриетты Ливитт:
- В 2008 году на конференции в Гарварде, приуроченной к столетию первой публикации Ливитт, астрономы официально решили переименовать классическое соотношение периода и светимости в Закон Ливитт.
- В 2024 году газета The New York Times опубликовала развёрнутый «догоняющий» некролог в рамках проекта по признанию выдающихся женщин прошлого, чьи достижения были проигнорированы современниками.
📊 Суть конфликта: 67 против 73 11:39
Соведущий программы Мэтт Киршен уточняет, что термин «напряжение» используется здесь в своём прямом психологическом значении — как признак дискомфорта и глубокого разногласия в научной среде. Физический смысл обсуждаемых чисел отражает скорость удаления галактик: значение постоянной Хаббла измеряется в километрах в секунду на мегапарсек. Это означает, что на каждый миллион парсек расстояния до объекта скорость его удаления увеличивается на фиксированную величину.
Противоречие формируется из двух лагерей:
- Прогнозы ранней Вселенной. Опираясь на данные космического микроволнового фона (реликтового излучения Большого взрыва) и стандартную космологическую модель, учёные рассчитывают, как эволюционировала Вселенная за последние 13,8 миллиарда лет. Этот метод даёт значение постоянной Хаббла, равное 67 км/с на мегапарсек, с беспрецедентно малой погрешностью — менее 1%.
- Локальные измерения. Наблюдения за цефеидами и сверхновыми звёздами в близлежащих галактиках с помощью космического телескопа «Хаббл» показывают значение около 73 км/с на мегапарсек.
Нил деГрасс Тайсон иронизирует, что разница между 67 и 73 выглядит незначительной по сравнению со старыми спорами вокруг чисел 50 и 100, и предлагает «просто пойти выпить пива», признав победу точности. Однако загвоздка в том, что погрешности обоих современных методов стали настолько малы, что их доверительные интервалы больше не пересекаются. Ситуация требует однозначного ответа: либо человечество столкнулось с неизвестными свойствами физики Вселенной, либо астрономы некорректно оценивают систематические ошибки своих приборов.
🧩 Трещины в стандартной модели Вселенной 16:28
Современная космологическая модель описывает Вселенную, которая зародилась в горячем Большом взрыве и продолжает расширяться с ускорением. При этом привычная нам материя составляет ничтожную долю космоса.
Согласно общепринятым данным, состав Вселенной распределяется следующим образом:
- Обычное (барионное) вещество, из которого состоят люди, планеты и светящиеся звёзды, занимает всего около 1/6 от общего объёма материи.
- Остальная часть материального наполнения приходится на тёмную материю, природа которой до сих пор не раскрыта.
- Около 2/3 всей Вселенной заполнено тёмной энергией, заставляющей пространство расширяться всё быстрее.
Венди Фридман признаёт, что у науки до сих пор нет внятной физической теории, объясняющей суть тёмной энергии, равно как и не обнаружены гипотетические частицы тёмной материи. По мнению гостьи, теоретический фундамент оставляет огромный простор для неожиданных открытий, и наблюдаемое «Хаббловское напряжение» может указывать на реальные трещины в стандартной модели.
За последнее десятилетие в астрономических архивах было опубликовано порядка 1500 научных работ, пытающихся теоретически обосновать аномалию скорости расширения. Проблема в том, что космология напоминает кубик Рубика: попытка изменить один параметр для устранения «напряжения» неизбежно ломает сотни других настроек модели, которые идеально подтверждаются независимыми наблюдениями.
🔭 Миссия «Джеймса Уэбба»: три метода проверки 21:02
Чтобы разобраться в путанице локальных измерений, группа исследователей под руководством Венди Фридман получила наблюдательное время на новейшем космическом телескопе «Джеймс Уэбб» (JWST). Их цель — применить три независимых индикатора расстояний к одним и тем же галактикам и сравнить результаты.
Выбранные астрономические маркеры:
- Классические цефеиды.
- Углеродные звёзды.
- Вершина ветви красных гигантов (TRGB).
Фридман подробно описывает физический механизм TRGB, основанный на эволюции звёзд, похожих на наше Солнце. Когда в ядре стареющей звезды заканчивается водород, оно сжимается и нагревается, пока внешняя оболочка раздувается. При достижении критической плотности и температуры происходит так называемая «гелиевая вспышка» — взрывной запуск термоядерного синтеза гелия. Этот процесс всегда происходит при строго определённой, канонической светимости объекта. Обнаружив такие звёзды в далёких галактиках, астрономы используют закон обратных квадратов для вычисления точного расстояния до них.
Историческая шутка астрофизиков: Тайсон и Фридман извиняются перед химиками за терминологическую небрежность. Когда астрономы говорят, что в звёздах «горит водород», они имеют в виду термоядерный синтез, а не химическое окисление. Более того, в профессиональной астрономии «металлом» называют абсолютно любой элемент тяжелее водорода и гелия.
Первые результаты программы JWST, озвученные Фридман, показывают значение постоянной Хаббла в районе 70 км/с на мегапарсек. Это значение хорошо согласуется с её прошлыми данными по красным гигантам от телескопа «Хаббл». По мнению Фридман, новые данные указывают на то, что никакого фундаментального кризиса в космологии нет, а прежние расхождения постепенно сглаживаются по мере роста точности наблюдений.
🎯 Точность против достоверности: ловушка космической пыли 28:03
Данные европейского спутника «Планк», исследовавшего реликтовое излучение, остаются золотым стандартом космологии. Их выводы подтверждаются наземными проектами в пустыне Атакама и на Южном полюсе. Однако Фридман подчёркивает разницу между понятиями «точность» (precision) и «достоверность/правильность» (accuracy), иллюстрируя её экспериментом с подбрасыванием монеты. Можно провести миллионы измерений и получить сверхуверенный результат, но если в саму методику закралась систематическая ошибка, итог окажется точным, но неверным.
Главным источником систематических искажений при работе с цефеидами выступает межзвёздная пыль. Эти звёзды рождаются в запылённых дисках галактик. Пыль действует как сильный пожар или песчаная буря на Земле: она поглощает свет, делая далёкие объекты более красными и тусклыми. Если астрономы неидеально калибруют законы поглощения света пылью, им кажется, что звезда находится гораздо дальше, чем есть на самом деле, что напрямую искажает итоговое значение постоянной Хаббла.
Использование «Джеймса Уэбба» позволяет работать в инфракрасном диапазоне, который гораздо лучше пробивает пылевую завесу, обнажая скрытые ранее систематические погрешности прошлых десятилетий.
🌌 Вопросы космических масштабов: от бесконечности до межзвёздной навигации 39:04
В финальной части программы ведущие обратились к вопросам от подписчиков, которые затронули как прикладные, так и глубоко философские аспект астрономии.
Межгалактический GPS будущего
Слушатели поинтересовались, как экипажи космических кораблей будущего смогут ориентироваться и находить дорогу домой в условиях непрерывного расширения пространства. Фридман предупреждает о мрачной долгосрочной перспективе: если тёмная энергия продолжит ускорять расширение, то через 60 миллиардов лет другие галактики полностью уйдут за горизонт видимости, и будущие поколения исследователей вообще не смогут увидеть ничего, кроме собственной галактической системы.
Нил деГрасс Тайсон предложил использовать историческую аналогию с решением проблемы расчёта долготы на Земле, описанную в книге Давы Собель «Долгота». Создатели первых морских хронометров сталкивались с тем, что часы неизбежно спешили или отставали в плавании. Вместо того чтобы постоянно вскрывать готовый механизм, штурманы точно замеряли скорость погрешности конкретных часов и использовали математическое уравнение для корректировки времени прямо во время рейса. Точно так же и в космосе: зная точное уравнение расширения Вселенной и время своего отсутствия, путешественники всегда смогут математически рассчитать, где именно должен находиться их дом.
Эмоциональное восприятие бесконечности
На вопрос о том, изменился бы характер работы астрономов, если бы Вселенная оказалась гарантированно бесконечной или, наоборот, замкнутой и конечной, Фридман ответила отрицательно. По её словам, в науке важно сохранять здоровую позицию отсутствия эмоциональной привязки к результату. Она заявляет, что у неё нет «любимого ребёнка среди космологических моделей», а главным драйвером остаётся чистое любопытство перед процессом познания.
Сам Тайсон признаётся, что лично ему ментально ближе и комфортнее идея бесконечной Вселенной. Вспоминая культовый фильм «2001 год: Космическая одиссея» и знаменитый титр «Юпитер и за пределами бесконечности», он отмечает, что размышления о бескрайнем космосе и математических инфинитезималях заставляют человеческий разум оставаться гибким и восприимчивым к новым тайнам природы.
