В новом выпуске программы StarTalk известный астрофизик Нил Деграсс Тайсон и физик-космолог Брайан Китинг обсуждают фундаментальные вопросы возникновения Вселенной. В центре дискуссии — доказательства Большого взрыва, механизмы космической инфляции и природа реликтового излучения, которое позволяет ученым заглянуть в прошлое на миллиарды лет.
🌌 Большой взрыв: где заканчивается наше невежество 3:05
Брайан Китинг утверждает, что Большой взрыв — это наиболее точное описание событий, приведших к появлению материи, из которой мы состоим . По мнению физика, обыватели часто ошибочно отождествляют Большой взрыв с абсолютным началом времени или происхождением Вселенной, хотя в научной среде он скорее рассматривается как «терминал» при движении назад во времени — точка, где заканчивается наше понимание физических процессов .
Ключевые тезисы о Большом взрыве:
- Мы — «вещество Большого взрыва»: Брайан Китинг предлагает пересмотреть знаменитую фразу Карла Сагана «мы состоим из звездного вещества». Поскольку большая часть человеческого тела — это водород, а он образовался в первые минуты после Большого взрыва, мы в большей степени являемся продуктами самого начала времен, чем продуктами звездной эволюции .
- Доказательства реальности: Главными аргументами в пользу теории остаются наличие реликтового излучения (CMB), расширение Вселенной и обилие легких элементов в космосе .
- Динамическая Вселенная: До конца 1920-х годов даже Альберт Эйнштейн верил в вечную и статичную Вселенную . Перелом произошел благодаря работам Весто Слайфера, Генриетты Ливитт и Эдвина Хаббла, доказавшим динамическую природу космоса .
🎈 Инфляция: космическая «искра» и 30 порядков величины 10:49
Космологи различают обычное расширение Вселенной и процесс инфляции. По словам Брайана Китинга, инфляция — это теоретическая «добавка» к Большому взрыву, призванная объяснить, почему Вселенная выглядит столь плоской и однородной .
Механизм инфляции описывается следующим образом:
- Квантовое поле: Движущей силой процесса является гипотетическое квантовое поле — «инфлатон» (inflaton) .
- Масштаб: Спустя ничтожную долю секунды (триллионную триллионной триллионной доли) после начала, Вселенная увеличилась с размеров грейпфрута на 30 порядков величины .
- Сверхсветовая скорость: Это расширение происходило со скоростью, значительно превышающей скорость света, что не противоречит теории относительности, так как расширялось само пространство .
Китинг отмечает, что инфляция объясняет происхождение «пятен» на карте реликтового излучения: это раздутые до космических масштабов квантовые флуктуации .
📺 Реликтовое излучение: почему космос «шумит» в микроволнах 13:54
Космическое микроволновое фоновое излучение (CMB) — это древнейшие фотоны во Вселенной, обнаруженные в 1965 году Арно Пензиасом и Робертом Уилсоном в Холмделе, Нью-Джерси .
Физические характеристики CMB:
- Температура: Средняя температура фона составляет 2,7 Кельвина (-454 градуса по Фаренгейту) .
- Анизотропия: Карта реликтового излучения покрыта горячими и холодными пятнами. Разница температур между ними ничтожна — около 100 микрокельвинов .
- Эволюция волн: Изначально эти фотоны имели очень малую длину волны (ультрафиолетовый диапазон), но за 13,8 млрд лет расширение Вселенной растянуло их в 1000 раз, превратив в микроволны .
Брайан Китинг объясняет, что Вселенная стала прозрачной для света лишь через 380 000 лет после Большого взрыва . До этого момента космос представлял собой плотную непрозрачную плазму. Процесс перехода Китинг сравнивает с конденсацией пара в душе: как только горячий газ охладился достаточно, чтобы сформировались нейтральные атомы водорода, свет смог беспрепятственно путешествовать сквозь пространство .
⚔️ Битва за Мультиверс: научный метод под угрозой? 32:07
Одним из побочных следствий теории инфляции является концепция Мультиверса (множественной Вселенной). Это породило серьезный конфликт в научном сообществе, который Китинг называет «битвой гиков» .
В 2017 году в журнале Scientific American вышла статья Анны Иджас, Абрахама Лёба и Пола Стейнхардта, в которой они утверждали, что инфляционная космология ведет к идее Мультиверса, где может произойти абсолютно любое событие. По их мнению, это делает теорию непроверяемой и знаменует собой «конец научного метода» . В ответ 30 видных ученых, включая нобелевских лауреатов, опубликовали гневное письмо в защиту инфляции, настаивая на её научной обоснованности .
🔭 Проекты BICEP и Simons Observatory: в поисках гравитационных волн 39:49
Брайан Китинг является одним из создателей проекта BICEP (Background Imager of Cosmic Extragalactic Polarization). Основная цель проекта — найти следы первичных гравитационных волн, возникших в момент инфляции .
- Ошибка 2014 года: В 2014 году команда BICEP объявила об обнаружении этих волн, что сулило Нобелевскую премию. Однако позже выяснилось, что сигнал был вызван обычной космической пылью в нашей Галактике . Этот опыт Китинг описал в своей книге «Losing the Nobel Prize».
- Simons Observatory: Сейчас Китинг работает над новым проектом в Чили — Обсерваторией Саймонса, которая станет самым совершенным инструментом для изучения CMB и поиска квантовых флуктуаций пространства-времени .
🚪 Космические горизонты и «запертая» Вселенная 43:17
В ходе блиц-опроса были затронуты темы пределов видимости и будущего космоса:
- Космическое ускорение: Вселенная не просто расширяется, она делает это с ускорением из-за темной энергии . Китинг уточняет, что темная энергия обладает странным «уравнением состояния»: в отличие от воды, при попытке сжатия она не сопротивляется, а проявляет антигравитационные свойства .
- Изоляция: Из-за ускоренного расширения 97% объема наблюдаемой Вселенной уже «каузально отключено» от нас . Это означает, что даже двигаясь со скоростью света, мы никогда не сможем достичь этих областей или получить от них сигнал. Поэтично это можно назвать «сухопутной блокадой» (landlocked) в рамках нашего космологического горизонта .
- Черные дыры: На вопрос слушателя о том, может ли материя в черной дыре превращаться в пространство, Китинг ответил, что современная наука не имеет доказательств этого процесса, так как все события внутри горизонта событий скрыты от наблюдателя .
В завершение Брайан Китинг подчеркнул, что ученые имеют моральное обязательство объяснять свои открытия общественности, несмотря на скептицизм некоторых коллег, считающих популяризацию науки пустой тратой времени .
