Современная космология прошла путь от качественных догадок до сверхточной науки, где предсказания теоретиков и данные наблюдений совпадают с точностью до долей процента. В рамках проекта World Science Festival Брайан Грин встретился с одним из архитекторов этой точности — профессором Матиасом Сальдарриагой из Института перспективных исследований (IAS), чтобы обсудить фундаментальные основы инфляции, споры вокруг «Хаббловского напряжения» и новые горизонты гравитационно-волновой астрономии.
🇦🇷 Путь из Буэнос-Айреса в большую науку 1:15
Матиас Сальдарриага вырос в Буэнос-Айресе в семье, далекой от академической среды: его мать была юристом, а отец занимался бизнесом . Интерес к науке пробудил школьный учитель, работавший в аргентинском эквиваленте департамента энергетики, и знаменитый сериал Карла Сагана «Космос» (Cosmos) . В 1995 году Матиас переехал в США для получения степени PhD в MIT, где оказался в эпицентре «космологического бума» конца 90-х.
Его наиболее известным ранним достижением стала разработка кода CMBfast (совместно с Урошем Селяком) . В то время расчет теоретических предсказаний для реликтового излучения (CMB) считался крайне трудоемким процессом.
Ключевые особенности CMBfast:
- Новый алгоритм: Матиас Сальдарриага и его коллега нашли способ переписать уравнения так, чтобы большая часть вычислений была предварительно обработана, что радикально ускорило процесс .
- Открытость данных: В отличие от традиций того времени, когда авторы кодов требовали соавторства в любой работе, использующей их инструмент, Сальдарриага сделал код публичным .
- Научная этика: По словам Матиаса Сальдарриаги, решение сделать код открытым было продиктовано не только щедростью, но и желанием избежать ответственности за возможные ошибки в чужих работах, которые могли бы возникнуть при обязательном соавторстве .
🧩 Космология как палеонтология: вопросы инфляции 12:13
Брайан Грин отмечает, что в истории физики были разные типажи: от «шутников» вроде Гамова до крайне консервативного Хаббла, который даже избегал термина «расширяющаяся Вселенная», предпочитая говорить только о фактах смещения спектральных линий . Матиас Сальдарриага относит себя к консерваторам, предпочитая строить теории на прочном фундаменте наблюдений.
Обсуждая теорию инфляции (сверхбыстрого расширения Вселенной в первые мгновения), Сальдарриага предлагает аналогию с палеонтологией:
- Вселенная как ископаемое: Ученые пытаются восстановить историю по «окаменелостям» (реликтовому излучению, распределению галактик) .
- Неполнота скелета: Как палеонтолог может никогда не узнать, как именно жил динозавр, имея лишь часть костей, так и космологи могут не найти окончательных доказательств инфляции в течение своей жизни .
- Прагматизм: По мнению Сальдарриаги, ценность инфляции — в её способности направлять поиск новых «окаменелостей», даже если сама теория остается гибким «фреймворком», а не жестко зафиксированным законом .
Что касается проблемы мультивселенной, которая часто вытекает из уравнений инфляции, Матиас Сальдарриага не считает это «лженаукой» . Однако он признает, что такие концепции крайне затрудняют получение проверяемых предсказаний, что указывает на пробелы в нашем фундаментальном понимании .
🌌 Драма BICEP2 и уроки самоочищения науки 24:44
Одним из самых ярких эпизодов в современной космологии стала ложная детекция первичных гравитационных волн экспериментом BICEP2 в 2014 году. Тогда научное сообщество праздновало «окончательное доказательство» инфляции, открывая бутылки шампанского .
Матиас Сальдарриага вспоминает этот период как важный урок:
- Критический анализ: Спустя всего несколько месяцев после анонса другие ученые (включая Рафаэля Флагера и Дэвида Сперджела из Принстона) нашли ошибки в интерпретации данных .
- Проблема космической пыли: Выяснилось, что сигнал, принятый за гравитационные волны ранней Вселенной, на самом деле был вызван поляризацией излучения на межзвездной пыли нашей Галактики .
- Здоровый скептицизм: Сальдарриага отмечает ироничный факт: в науке «вторая лучшая вещь после великого открытия — это доказательство того, что те, кто совершил открытие, ошиблись» .
📏 Хаббловское напряжение: кризис или ошибка? 33:58
Сегодня космология столкнулась с «Хаббловским напряжением» (Hubble Tension) — несовпадением скорости расширения Вселенной, измеренной двумя разными способами. Данные по ранней Вселенной (через CMB) и данные по поздней Вселенной (через сверхновые и цефеиды) не сходятся .
Матиас Сальдарриага выражает осторожный взгляд на эту проблему:
- Вероятность ошибки: Он полагает, что расхождение, скорее всего, исчезнет в ближайшие 10 лет и связано с недооцененными систематическими ошибками в измерениях, а не с новой физикой .
- Сложность моделей: По мнению гостя, даже если допустить любую произвольную историю расширения Вселенной, крайне сложно подогнать теорию так, чтобы она соответствовала всем имеющимся данным наблюдений одновременно .
- Новые инструменты: Надежды возлагаются на телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) и новые методы измерения расстояний, разрабатываемые Венди Фридман в Чикаго, которые должны исключить ошибки в калибровке «стандартных свеч» .
🎧 Гравитационный «гул» Вселенной 41:59
Матиас Сальдарриага сменил фокус своих исследований с реликтового излучения на астрофизические гравитационные волны. В то время как LIGO фиксирует резкие всплески от слияния черных дыр , проект Pulsar Timing Array (PTA) ищет низкочастотный «фон» или «гул» гравитационных волн .
Механизм работы PTA:
- Галактические часы: Используются пульсары — нейтронные звезды, вращающиеся с миллисекундной точностью. Они работают как сеть сверхточных часов, распределенных по Галактике .
- Искажение времени: Гравитационные волны, проходя сквозь Галактику, вызывают крошечные задержки или опережения в приходе импульсов от этих «часов» .
- Источники: Основным источником этого фона считаются слияния сверхмассивных черных дыр в центрах сталкивающихся галактик .
Сальдарриага отмечает интригующее несовпадение: сила обнаруженного гравитационного фона в 4–5 раз выше, чем предсказывают модели, основанные на простом подсчете известных черных дыр . В то время как некоторые ученые предлагают экзотические объяснения вроде космических струн или первичных черных дыр, Сальдарриага-консерватор призывает сначала убедиться в точности калибровки наблюдений .
🤖 Роль ИИ и будущее физики 1:11:11
Обсуждая влияние искусственного интеллекта на науку, Матиас Сальдарриага проводит четкую грань между инструментарием и пониманием:
- ИИ как ускоритель: Он уже незаменим в анализе данных и написании кода для обработки огромных массивов информации .
- Проблема «черного ящика»: По мнению гостя, даже если ИИ назовет точное число (например, значение постоянной Хаббла), это бесполезно для науки без объяснения «почему» .
- Человеческий фактор: Сальдарриага сравнивает это с шахматами: компьютеры играют лучше людей, но люди продолжают играть друг с другом, потому что им важен сам процесс понимания и соревнований .
В завершение беседы Матиас Сальдарриага дал совет молодым исследователям: мир физики, биологии и ИИ предоставляет колоссальные возможности для тех, кому интересно «играть в игру по выяснению того, как устроена реальность» . Для него самого нет ничего более захватывающего, чем чувство приближения к внутренним механизмам работы Вселенной .
