Брайан Китинг, известный астрофизик и профессор Калифорнийского университета в Сан-Диего, обсуждает запуск самого амбициозного космологического проекта десятилетия — Обсерватории Саймонса (Simons Observatory). В интервью Джону Майклу Годье он раскрывает механизмы поиска первичных гравитационных волн, природу аксионов и объясняет, почему открытие инфляции неизбежно приведет науку к признанию существования Мультивселенной.
🌌 Наследие Джима Саймонса и запуск «проекта мечты» 0:57
Обсерватория Саймонса — это самый масштабный и дорогостоящий эксперимент в области современной космологии. Проект стоимостью $110 млн был профинансирован легендарным математиком, миллиардером и филантропом Джимом Саймонсом. Китинг отмечает, что Саймонс, скончавшийся в апреле 2024 года, успел увидеть первые результаты работы приборов за три недели до смерти.
Ключевые факты об обсерватории:
- Локация: Пустыня Атакама в Северной Чили на высоте 5 240 метров (17 200 футов) над уровнем моря.
- Масштаб: В проекте участвуют около 250 ученых со всего мира.
- Объем данных: Установки генерируют около одного терабайта данных в сутки.
- Статус: В настоящее время обсерватория является лидером в гонке за изучение реликтового излучения (CMB), так как конкурирующий проект NSF (CMB-S4) был приостановлен из-за проблем с логистикой на Южном полюсе.
По мнению Китинга, Обсерватория Саймонса может стать последним и величайшим наземным инструментом для изучения микроволнового фона перед возможным объединением всех мировых усилий в этой области.
❄️ Инженерия экстремального холода: телескопы Атакамы 5:15
Инструментарий обсерватории состоит из четырех мощных телескопов, предназначенных для фиксации сигналов невероятно малой мощности.
Характеристики оборудования:
- Большой апертурный телескоп (LAT): Оснащен двумя зеркалами диаметром 6 метров каждое, что превосходит размеры зеркал «Хаббла» и сопоставимо с «Джеймсом Уэббом».
- Малые рефракторные телескопы: Три установки с линзами диаметром 0,5 метра, предназначенные для поиска следов космической инфляции.
- Криогеника: Приборы охлаждаются до 60 милликельвинов (0,06 K) — это почти абсолютный нуль. Китинг называет их «самыми холодными телескопами в известной Вселенной».
Охлаждение критически важно для минимизации теплового шума. Как поясняет гость, детекторы ищут сигналы амплитудой в несколько нанокельвинов, находясь на поверхности Земли с температурой 300 K. Китинг подчеркивает, что главная задача экспериментатора — не просто найти сигнал, а научиться измерять и отсекать «шум» (систематические ошибки).
🧪 Охота на аксионы и странности Крабовидной туманности 14:46
Одной из главных целей обсерватории является поиск темной материи, в частности — гипотетических частиц аксионов.
- Суть поиска: Аксионы могут вызывать вращение плоскости поляризации света, проходящего через космос.
- Метод: Ученые используют вселенную как гигантский ускоритель частиц, анализируя изменения в реликтовом излучении.
В марте 2024 года команда опубликовала данные о «странном поведении» Крабовидной туманности (Supernova Remnant M1). По словам Китинга, поляризация этого объекта колеблется с периодом в два месяца по синусоидальному закону.
«Мы подготовили 25-страничную статью, из которой 20 страниц посвящены объяснению того, как мы могли ошибиться», — подчеркивает Брайан Китинг.
Хотя наиболее вероятной причиной считаются неучтенные систематические ошибки, Китинг допускает, что этот сигнал может быть первым прямым доказательством существования аксионов. Коллеги-конкуренты из Принстона и других институтов уже начали перепроверять эти данные.
🎈 Теория инфляции: как Алан Гут «спас» космологию 27:55
Космическая инфляция — это гипотеза о сверхсветовом расширении Вселенной в первые доли секунды после Большого взрыва. Брайан Китинг называет её «ударом ва-банк» (Hail Mary), который совершил физик Алан Гут в 1979 году.
Инфляция призвана решить «проблему плоскости». Вселенная кажется нам геометрически плоской (сумма углов треугольника равна 180°), что статистически невероятно — это все равно что вытянуть из бесконечного набора чисел ровно ноль.
Аргументация в пользу инфляции:
- Она «разглаживает» пространство, как раздувающийся шар превращает любую кривизну в плоскую поверхность.
- Она предсказывает существование фона первичных гравитационных волн.
Китинг объясняет, что инфляция должна была оставить в реликтовом излучении специфический узор — B-моду (вихревую поляризацию). Обсерватория Саймонса оснащена 60 000 сверхпроводящих детекторов, чтобы зафиксировать этот «отпечаток» Большого взрыва.
♾️ Детектор Мультивселенной 39:20
Самый амбициозный тезис интервью заключается в том, что Обсерватория Саймонса — это, по сути, детектор Мультивселенной. По мнению большинства космологов, включая Алана Гута и Андрея Линде, инфляция не может произойти без образования Мультивселенной.
Китинг ссылается на классификацию Макса Тегмарка, выделяя четыре типа Мультивселенных:
- Регионы пространства за пределами нашего горизонта видимости.
- «Пузыри» (Island universes), возникающие в процессе вечной инфляции.
- Многомировая интерпретация квантовой механики (ветвление волновой функции).
- Вселенные с принципиально иными законами математики и физики.
Как это можно доказать? Китинг описывает механизм столкновения «пузырей». Если наша Вселенная когда-либо сталкивалась с другой, это должно было оставить круговой след в реликтовом излучении — идентичную зону на границе соприкосновения. Кроме того, флуктуации квантового поля инфлатона в разных частях Мультивселенной должны приводить к разным значениям фона гравитационных волн, что также поддается проверке.
