Представляем вам вторую часть интервью с главным научным сотрудником Института ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН, доктором ф.-м. наук, профессором Валерием Тельновым. Начало можно прочитать здесь (http://academcity.org/content/razgadka-noveyshih-otkrytiy-stanet-nastoya...)
- Валерий Иванович, насколько единодушно научное сообщество воспринимает такие открытия? Нет ли в рядах физиков скептического настроя, критики?
– Любое крупное открытие, особенно выходящее за рамки современной науки, всегда очень критически воспринимается научным сообществом. Требуется подтверждение открытия независимыми исследователями, анализ всех возможных погрешностей, неучтенных эффектов. Скептики имеются всегда. В принципе, это нормальная реакция. Ученые ищут ошибку в наблюдениях. Если взять проблему расширения Вселенной, то здесь также были и остаются вопросы: правильно ли осуществляется интерпретация, не поглощается ли свет пылью, не влияют ли остатки уже сгоревших звезд на свойства сверхновых, которые служат «стандартными свечами» при исследовании расширения Вселенной. На все вопросы необходимо дать ответы, и они даются. Кроме того, со времени открытия ускоренного расширения Вселенной (по наблюдению красного смещения сверхновых) появились данные по ее составу, полученные из измерения анизотропии реликтового микроволнового излучения. Они дают те же цифры по плотности темной энергии и материи. Еще найден ранее предсказанный характерный пик в распределении по расстояниям между галактиками, положение которого согласуется с другими наблюдениями. Так что вероятность ошибочной интерпретации уже довольно мала.
Сразу после открытия ускоренного расширения я, как и многие другие ученые, также попытался найти объяснение, опираясь на известные законы физики. Стандартная космологическая модель предполагает, что Вселенная представляет собой пылеобразную равномерную плотность. Но на самом деле Вселенная очень неоднородна. В ней есть своего рода нити, целые «стенки», где очень много звезд, а есть пустые пространства, где почти ничего нет на сотни миллионов световых лет. Было предположение, что такая неоднородность влияет на динамику ее расширения. Да, такое влияние имеется, но не настолько сильное.
Гипотез много, сотни умных голов пытаются найти разгадку, но пока безуспешно. Требуется подсказка от эксперимента. Например, меняется ли «плотность вакуума» от времени? Это можно получить из наблюдений, поскольку мы видим Вселенную сразу во все моменты ее истории!
Если спектры сдвинуты в красную область в 10 раз, это значит, что свет был испущен в момент, когда Вселенная имела в 10 раз меньший размер.
- Каково на сегодняшний день мнение ученых относительно темной материи? Есть ли расхождения в трактовках?
– Понимаете, когда мы говорим, что в Галактике «не хватает» материи, то мы предполагаем законы тяготения Ньютона, справедливые, на наш взгляд, и для галактических размеров. А вдруг законы тяготения зависят от расстояния? Такие гипотезы тоже есть, но все же главенствует гипотеза, что это нормальные частицы. Распределение темной материи во Вселенной измерено с помощью гравитационного линзирования. Что это такое? Если объект не светится, то его не видно. Однако его можно увидеть по гравитационному отклонению света от источника, то есть от звезды, находящейся на линии наблюдения позади темного тела. Этот эффект, кстати, был предсказан еще Эйнштейном. Так вот, в результате гравитации появляются дополнительные изображения источника – кольца, дуги или просто временное увеличение яркости. Этот метод позволяет нам измерить полную массу объекта, а масса обычной материи в нем находится по ее свечению. Для всех таких скоплений звезд видно, что их масса больше, чем масса светящейся (обычной) материи примерно в 5-8 раз, но встречаются и объекты, состоящие почти полностью из темной материи. Так что гипотеза, согласно которой речь идет о пока еще неизвестных нам частицах, верна, на мой взгляд, на 99 процентов.
- Можно ли сказать, что мы стоим на пороге радикальной смены самой научной парадигмы? Может, в ближайшее время будет создана новая теория, равная по значению тому, что было когда-то сделано Эйнштейном?
– В истории науки было много крупнейших открытий, изменивших представление о мире. За последний век наиболее глобальными были теория относительности и квантовая механика. За последние десятилетия очень большой прогресс произошел в физике элементарных частиц, но пока остаются полной загадкой феномены темной материи и энергии. Физики ставят своей целью, во-первых, понять, как устроена Вселенная, какие существуют частицы, какие есть виды взаимодействия, законы движения. В конце концов, нужно будет объяснить: а почему Вселенная именно так устроена? Понять устройство Вселенной – это значит объяснить все явления природы на базе минимального количества исходных понятий, постулатов.
Здесь важно следующее. Для того, чтобы рассчитать любую физическую величину, достаточно, по большому счету, трех фундаментальных констант, из которых можно получить размерности грамма, сантиметра и секунды (из которых можно получить все остальные). В качестве таких констант можно взять скорость света, постоянную Планка и гравитационную постоянную. Из них, в принципе, уже можно получить любую другую величину. Однако, упомянутая Стандартная модель, которая сейчас описывает элементарные частицы, включает ряд параметров, полученных из эксперимента. Сейчас их число достигает тридцати. Это, например, массы кварков, ибо мы не знаем, почему у кварков такие массы. То есть механизм взаимодействия с хиггсовским полем мы установили, а почему здесь такие константы, мы не знаем. Сейчас открыли массы нейтрино. Отдельно их массы еще не измерили, известны только разности квадратов масс, но видно, что они массивные. У них есть массы, углы смешивания. Их значения также пока являются экспериментальным фактом, их не умеют вычислить теоретически.
Поэтому сейчас требуется теория, которая уменьшила бы количество этих параметров до минимума. Пусть не до трех, но желательно поменьше, поскольку сейчас их слишком много даже для пяти процентов материи, которую мы уже изучили. А есть еще темная материя, о которой пока мало что известно. Сначала ее нужно зарегистрировать и досконально изучить. Для описания всего этого «зоопарка» частиц требуется новая, более фундаментальная теория, которая позволит не только описывать наблюдаемые закономерности, но и объяснит глубинные сущности явлений, установит связи между различными параметрами. Так что задачи тут колоссальные.
- Часто возникает вопрос насчет практической значимости таких исследований. Как Вы на него ответите?
– Знаете, как-то на одной конференции корреспонденты задали мне такой вопрос: а зачем нам надо знать про эту темную материю, как она влияет на нашу жизнь? Мне тогда пришел в голову такой ответ.
Солнечная система движется вокруг центра нашей Галактики со скоростью более 200 км в секунду. С чем мы там столкнемся, зависит от того, какие силы на нас действуют. Так вот, основные силы исходят как раз со стороны темной материи. Поэтому нам необходимо знать, где и как во Вселенной распределена темная материя. Только так мы сможем правильно описать движение нашего светила и как-то предсказать будущее.
Будет ли использована темная материя для новых технологий, это сомнительно, но человек живет не только мыслями о хлебе насущным, но требуется и духовная пища, к которой относятся и представления об устройстве Вселенной.
- Не подходим ли мы к такому рубежу, когда появятся новые разделы в самой физике, как это случилось в XX веке? Ведь в конце XIX века у физиков была уверенность, будто они полностью объяснили мир. Но потом возникла квантовая механика, ядерная физика, появление которых до этого никто не предполагал. Не стоим ли мы на пороге аналогичных событий в науке?
– Действительно, сто лет назад разрешение некоторых загадок привело к появлению новых направлений. Например, был непонятный спектр теплового излучения, спектры атомов, и из этого возникла квантовая механика. Был непонятен радиоактивный распад, и отсюда выросла ядерная энергетика. Была загадка со скоростью света, и она привела к установлению связи пространства и времени, энергии и массы.
Конечно, физики уже научены предыдущим опытом, и теперь у них нет такой спеси, как это было сто двадцать лет назад, когда некоторые ученые считали, что почти всё известно, все уравнения установлены. Сейчас есть Стандартная модель, но она вызывает у физиков неудовлетворение из-за слишком большого количества параметров. К этому еще добавилась темная материя и энергия неизвестной природы. Пока нет объяснения наблюдаемому во Вселенной превышению количества материи над антиматерией, благодаря чему мы существуем (иначе бы проаннигилировали). Разгадка природы этих явлений в обозримом будущем станет настоящей революцией в науке!
Беседовал Олег Носков
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии