В рамках специального выпуска шоу StarTalk, приуроченного к 100-летию золотого века квантовой физики, ведущий Нил деграсс Тайсон и приглашенные эксперты обсудили, как открытия 1920-х годов навсегда изменили наше представление о реальности. От расширения границ Вселенной до парадоксов микромира — дискуссия охватила путь человечества от первоначального скепсиса Альберта Эйнштейна до современных теорий струн и мультивселенной.
🌌 Великий спор о границах Вселенной 7:19
Всего столетие назад научное сообщество всерьез полагало, что Млечный Путь — это и есть вся Вселенная . Неизвестные светящиеся объекты в небе называли «небулами» (от латинского «туман»), считая их просто космической пылью или газом внутри нашей галактики.
В 1920 году состоялся знаменитый «Большой спор» между Хибером Кертисом и Харлоу Шепли . Шепли, будущий директор обсерватории Гарварда, настаивал, что Вселенная ограничивается Млечным Путём. Он опирался на ошибочные данные о движении спиральных туманностей, которые казались близкими объектами . Кертис же поддерживал гипотезу Эммануила Канта об «островных вселенных» — независимых галактиках, существующих далеко за пределами нашего дома .
Точку в споре поставил Эдвин Хаббл в 1923–1924 годах:
- Используя 100-дюймовый телескоп Хоккера, он обнаружил в туманности Андромеды цефеиды — переменные звезды с предсказуемой светимостью .
- Хаббл вычислил, что Андромеда находится в 900 тысячах световых лет от нас (по современным данным — 2,5 млн), что доказало её внегалактическую природу .
- По иронии судьбы, как отметил Брайан Грин, сам Хаббл до конца жизни оставался консерватором и долго не решался официально признать Андромеду полноценной «галактикой», предпочитая более осторожные термины .
🎈 Расширяющаяся Вселенная и «Божественное» начало 22:52
Второй удар по классической картине мира нанесло открытие того, что Вселенная не статична. В 1929 году Хаббл обнаружил, что галактики удаляются от нас, причем чем дальше они находятся, тем выше скорость их разлета .
Интересно, что теоретическую базу под это подвел бельгийский священник и физик Жорж Леметр, применив уравнения общей теории относительности Эйнштейна ко всей Вселенной сразу . Леметр предсказал расширение и концепцию «первобытного атома», из которого всё началось .
Реакция научного сообщества была неоднозначной:
- Альберт Эйнштейн изначально не верил в расширение Вселенной. При встрече с Леметром в 1927 году он заявил: «Ваши расчеты верны, но ваша физика отвратительна» . Чтобы спасти свою философскую модель статичного мира, Эйнштейн даже ввел в уравнения «космологическую постоянную» — антигравитационную силу, предотвращающую коллапс .
- Фред Хойл был ярым противником теории начала. Именно он в 1948 году в радиоэфире BBC презрительно назвал теорию Леметра «Большим взрывом» (Big Bang), пытаясь выставить её нелепой по сравнению со своей моделью «стационарного состояния» . Название, однако, прижилось и стало официальным термином.
- Ватикан, по словам Нила деграсса Тайсона, в лице Папы Пия XII с энтузиазмом принял открытие Леметра как научное доказательство Книги Бытия. Сам Леметр пришел от этого в ярость, требуя разделять точную математику и вопросы спасения души .
🔬 Квантовый хаос: реальность, которой не существует 44:22
Когда ученые попытались «отмотать» историю Вселенной назад, они столкнулись с необходимостью объединить теорию гравитации (для огромных масс) и квантовую механику (для микроскопических размеров ранней Вселенной). Здесь начались главные проблемы: при попытке скрестить эти уравнения математика выдает «бесконечности», что в науке означает ошибку в базовой модели .
Брайан Грин и Джанна Левин объяснили ключевые парадоксы квантового мира:
- Волновой дуализм: В 1923 году принц Луи де Бройль предположил, что частицы (например, электроны) могут вести себя как волны . За эту 12-страничную диссертацию он получил Нобелевскую премию.
- Вероятностная природа (Шрёдингер): Реальность — это не «бильярдные шары» материи, а волновые функции вероятности . Частица не находится в конкретном месте, пока мы её не замерим. Она может «туннелировать» сквозь барьеры, что, например, делает возможным ядерный синтез в Солнце даже при недостаточно высокой температуре .
- Принцип неопределенности Гейзенберга: Мы принципиально не можем знать одновременно точное положение и скорость частицы . Это не ограничение приборов, а фундаментальное свойство природы.
🚪 Теория струн и Мультивселенная 1:08:26
Одной из самых смелых интерпретаций квантовых странностей стала гипотеза «Многих миров» Хью Эверетта (1957). По мнению Брайана Грина, если воспринимать математику волнового уравнения буквально, то при каждом событии Вселенная расщепляется: в одной ветке частица оказывается здесь, в другой — там .
Чтобы примирить гравитацию и кванты, физики сегодня работают над теорией струн. Её суть Брайан Грин изложил максимально кратко: фундаментальные кирпичики материи — это не точки-частицы, а крошечные вибрирующие нити (струны) . Эта теория математически работает только при наличии 10 или 11 измерений .
Джанна Левин добавила, что эти скрытые дополнительные измерения могут быть местом, где «прячутся» темная материя и темная энергия . Возможно, мы уже наблюдаем последствия их существования, просто пока не имеем инструментов для прямого контакта.
💡 Итог: Зачем нам «бесполезная» наука? 1:14:49
Завершая дискуссию, Нил деграсс Тайсон привел аргумент в пользу фундаментальных исследований. В 1920-х годах изучение атомов казалось современникам бесполезной тратой ресурсов, не имеющей отношения к жизни плотника или автомеханика .
Однако сегодня:
- Без понимания квантовых процессов не было бы создания, хранения и передачи цифровой информации .
- IT-революция, составляющая почти половину мирового ВВП, базируется на открытиях той «бесполезной» эпохи .
- Астрофизика позволила нам понять, что мы буквально состоим из «звездной пыли» — углерод, азот и железо в наших телах были выкованы в недрах звезд по законам квантовой физики .
По мнению Тайсона, ограничивать науку только «прикладными» задачами — значит ампутировать будущее человеческой цивилизации .
