Астрофизик-теоретик Кэти Мак официально присоединяется к Perimeter Institute в престижной должности заведующей кафедрой имени Стивена Хокинга. В развернутом интервью она делится свежим взглядом на эволюцию космоса, природу темной материи и неизбежные сценарии конца Вселенной. Исследовательница также размышляет о своем пути в науке, курьезном опыте общения со Стивеном Хокингом и роли научной коммуникации в преодолении синдрома самозванца.
🌌 Новый этап в Perimeter Institute и курьезы академического пути 0:16
В июне Кэти Мак официально вступает в штатную должность в Perimeter Institute. Ее позиция называется «Кафедра Хокинга по космологии и научной коммуникации» (Hawking Chair in Cosmology and Science Communication). По словам исследовательницы, эта уникальная роль позволит ей совмещать фундаментальные теоретические изыскания с активной популяризацией физики совместно с локальной командой института.
Для Кэти Мак имя Стивена Хокинга в названии кафедры имеет глубокое личное значение. Она вспоминает, что Хокинг стал первым ученым, чью профессию она идентифицировала как «космолог», прочитав в десятилетнем возрасте его бестселлер «Краткая история времени». Впервые она увидела своего кумира в 14 лет на его лекции в Калифорнийском технологическом институте (Caltech). Однако самый запоминающийся случай произошел в годы ее аспирантуры во время стажировки в Кембриджском университете.
Кэти Мак выступала с докладом о первичных черных дырах — области, в которой Хокинг был признанным пионером. Непосредственно перед началом выступления в аудиторию въехал знаменитый физик. Как вспоминает Мак, лекция превратилась в настоящее испытание для ее нервной системы: синтезатор речи Хокинга периодически прерывал ее репликами «Спасибо», «Нет», «Да» и «Я не знаю». Исследовательница была уверена, что мэтр подвергает ее жесткой академической критике (хедлингу). Лишь после выступления организаторы объяснили аспирантке, что датчик движения щеки Хокинга некорректно реагировал на жевание во время обеда, из-за чего компьютер хаотично перебирал фразы из меню быстрого выбора.
🔭 Космология: от невидимой материи до первых галактик 7:02
Космологию Кэти Мак определяет как науку, изучающую Вселенную как единое целое — от самых малых до самых крупных масштабов, от зарождения до финального исчезновения. Свою текущую исследовательскую работу астрофизик концентрирует на феномене темной материи. Известно, что большая часть массы во Вселенной абсолютно невидима: она не излучает, не поглощает и не отражает свет.
Кэти Мак приводит наглядный пример распространенности этого вещества:
- В каждый момент времени темная материя находится повсюду, включая комнату, в которой сидят собеседники.
- Ее плотность в окрестностях Земли составляет примерно одну треть массы протона на кубический сантиметр.
- Эти частицы беспрепятственно проходят сквозь человеческие тела и планету в целом.
В астрофизическом сообществе существует гипотеза, согласно которой частицы темной материи при столкновении могут аннигилировать, порождая обычные частицы: электрон-позитронные или кварковые пары. По мнению Кэти Мак, если этот процесс реален, то области с высокой плотностью темной материи должны едва заметно светиться в высокоэнергетическом спектре. Исследовательница пытается смоделировать, как подобная аннигиляция могла повлиять на формирование самых первых галактик и как эти энергетические всплески изменили физику нейтрального водорода в ранней Вселенной. Для проверки этих теоретических моделей ученые возлагают большие надежды на данные космического телескопа James Webb (JWST) и новые радиоинтерферометры.
⏳ Жизненный цикл Вселенной: космическая инфляция и звездный парадокс 16:40
Понимание физики ранних этапов неразрывно связано с прогнозированием будущего космоса. Информацию о составе Вселенной ученые считывают из реликтового излучения (космического микроволнового фона) — остаточного свечения Большого взрыва. Одним из ключевых неразрешенных вопросов остается космическая инфляция — гипотетический период сверхбыстрого расширения пространства в первые мгновения существования Вселенной. Кэти Мак напоминает об историческом уроке 2014 года, когда коллаборация эксперимента Bicep2 объявила об обнаружении первичных гравитационных волн (прямого доказательства инфляции), но впоследствии выяснилось, что авторов открытия ввела в заблуждение обычная космическая пыль.
Анализируя текущее состояние Вселенной, Кэти Мак указывает на поразительный временной парадокс:
- С хронологической точки зрения Вселенная находится в самом начале своего пути. Ее текущий возраст составляет около 13,8 млрд лет, что ничтожно мало по сравнению со временем жизни, исчисляемым триллионами лет впереди.
- С точки зрения активности процессов Вселенная стремительно близится к финалу. Пик звездообразования в космосе был пройден примерно 6–9 млрд лет назад и с тех пор неуклонно снижается. По оценкам, около 90% всех звезд, которые в принципе могут родиться за всю историю Вселенной, уже сформировались и светят либо уже погибли.
💥 Сценарии космического апокалипсиса: от тепловой смерти до пузыря гибели 23:40
На основе своей научно-популярной книги «Конец всего (с астрофизической точки зрения)» Кэти Мак детально описывает теоретические варианты гибели мироздания. Будущее Вселенной напрямую зависит от природы темной энергии — таинственной силы, заставляющей пространство расширяться с ускорением.
Среди основных сценариев гибели Вселенной Кэти Мак выделяет:
- Тепловая смерть (Heat Death): наиболее вероятный исход, которому исследовательница отдает около 80% вероятности. Если темная энергия является статической космологической константой, то через 100 млрд лет галактики отдалятся друг от друга настолько, что окажутся в полной изоляции. Наша галактика Млечный Путь к тому моменту сольется с Андромедой, но свет других галактик станет принципиально недосягаем для наблюдений. Намного раньше — примерно через 1 млрд лет — расширяющееся Солнце вскипятит океаны Земли, сделав ее непригодной для жизни.
- Распад вакуума (Vacuum Decay): непредсказуемое квантовое событие, способное произойти в любой точке пространства. Если наш вакуум «ложный» (метастабильный), случайный туннельный переход может породить пузырь «истинного вакуума», расширяющийся со скоростью света. Этот пузырь мгновенно перестроит законы физики, разрушив атомные связи. Опираясь на классическую работу Сидни Коулмана и Фрэнка Де Луччи 1980 года, Мак добавляет, что внутри такого пузыря пространство окажется гравитационно нестабильным и мгновенно сколлапсирует в черную дыру. Впрочем, расчетный срок для такого события в рамках Стандартной модели составляет около $10^{100}$ лет.
- Большой разрыв (Big Rip): возможен, если темная энергия динамична и ее плотность растет со временем. В этом сценарии она со временем преодолеет гравитационные и электромагнитные силы, разорвав сначала скопления галактик, затем звезды, планеты и, наконец, сами атомы.
- Большое сжатие (Big Crunch): сценарий, при котором расширение остановится и сменится сжатием, собирая всю материю обратно в сингулярность.
- Циклические модели (Cyclic Models): теории, предполагающие, что конец текущей Вселенной послужит триггером для зарождения следующей, минуя стадию инфляции за счет накопленных в предыдущем цикле условий.
📱 Публичная наука и @AstroKatie: как оставаться человеком в Твиттере 39:43
Параллельно с научной работой Кэти Мак развивает свой личный бренд в Твиттере под псевдонимом @AstroKatie, где аудитория блога достигла отметки в 400 000 подписчиков. Ее путь в блогосфере начался во время постдокторантуры, когда коллега Фил Маршалл из Оксфорда попросил ее провести текстовую трансляцию научной конференции.
Первый масштабный вирусный успех пришел к Мак во время дискуссии со скептиком, отрицавшим изменение климата. На его совет «пойти поучить науку» астрофизик лаконично ответила: «Не знаю, парень, я уже получила докторскую степень по астрофизике, мне кажется, больше этого было бы перебором». Твит мгновенно разлетелся по сети, а скриншот ответа опубликовала на своей странице писательница Джоан Роулинг, что удвоило число подписчиков Мак всего за неделю.
По мнению Кэти Мак, присутствие ученых в социальных сетях критически важно для разрушения медийного стереотипа об академиках как о «замкнутых роботах», не умеющих общаться. Интеграция шуток, бытовых историй и политических взглядов в профессиональный профиль помогает демонстрировать обществу человеческое лицо современной науки.
🧠 Искусство дистилляции смыслов и советы молодым ученым 47:12
Популяризация науки требует навыка жесткой декомпозиции сложных идей. Кэти Мак считает, что короткие форматы зачастую оказываются гораздо сложнее длинных лекций. В качестве примера она приводит свою колонку для австралийского журнала Cosmos Magazine, где ей потребовалось два месяца упорной работы, чтобы уложить объяснение фундаментальной теоремы Нётер (о связи законов сохранения и симметрий природы) всего в 700 слов, понятных читателю без физического образования. Главный вызов, на взгляд Мак, состоит в том, чтобы упростить концепт с помощью метафоры, но при этом не сделать его фактически ошибочным.
Обращаясь к новому поколению PhD-студентов, Мак признает, что академическая среда может быть эмоционально тяжелой и одинокой. Она сформулировала несколько базовых рекомендаций:
- Не приносить свое ментальное и физическое здоровье в жертву науке, следить за сном и избегать выгорания.
- Перестать постоянно сравнивать себя с окружающими коллегами, поскольку чувство собственной неполноценности в той или иной степени испытывают все физики.
В борьбе с синдромом самозванца Кэти Мак нашла неожиданного союзника в лице широкой публики. Выступления перед неспециалистами помогают ученому осознать реальный масштаб собственных знаний и получить мощную моральную поддержку. Относиться к синдрому самозванца исследовательница советует с юмором: «Если вы искренне считаете себя обманщиком, просто продолжайте делать то, что делаете, ведь пока все идет просто отлично!».
В ближайшем будущем Кэти Мак ожидает масштабный поток новых эмпирических данных от строящейся обсерватории им. Веры Рубин, радиотелескопа Square Kilometre Array и детекторов гравитационных волн, способных радикально обновить наши карты Вселенной.
