Космолог Муханов: Хокинг был первым среди тех, кто был после нас

  • 22 января 2016
Космолог Вячеслав Муханов Правообладатель иллюстрации Vyacheslav Mukhanov
Image caption Вячеслав Муханов предложил теорию, отмеченную наградой в 2016 году, когда ему было чуть больше 20 лет

Лауреатами ежегодной международной премии "Границы знаний в фундаментальных науках" (BBVA Foundation Frontiers of Knowledge Awards in Basic Sciences) стали двое физиков-теоретиков – британский ученый Стивен Хокинг и Вячеслав Муханов, российский ученый, работающий в Германии.

Премия присуждена за открытие, согласно которому галактики сформировались благодаря квантовым флуктуациям в самом начале существования Вселенной.

Галактики, галактические кластеры и суперкластеры галактик формировались во Вселенной в течение 13 миллиардов лет с момента Большого взрыва. Вселенная постоянно расширяется. Но что было в самом начале этого процесса? В 1980-х Муханов и Хокинг независимо друг от друга пришли к одному и тому же выводу: квантовые флуктуации в только что образовавшейся Вселенной в крошечные доли секунд начала ее расширения были семенами, из которых потом в конце концов образовались галактики. В то время никто не мог предугадать, когда эта теория будет доказана экспериментально. Однако это произошло спустя всего 30 лет.

Космолог, профессор университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене Вячеслав Муханов является одним из авторов доказательства инфляционной теории развития Вселенной. В 2013 году совместно с Алексеем Старобинским стал лауреатом премии Грубера по космологии за вклад в создание стандартной космологической модели. В 2009 году награжден Tomalla Prize – одной из самых престижных премий в астрофизике.

С Вячеславом Мухановым беседовала корреспондент Русской службы Би-би-си Роза Кудабаева.

Би-би-си: Во-первых, поздравляем вас, Вячеслав Федорович. Вручение престижной премии – это почетно, но почетно и то, что награда вручена вам вместе с самим Стивеном Хокингом. Как вы это воспринимаете?

Вячеслав Муханов: Положительно (смеется)

Би-би-си: А вы поздравили его?

В.М.: Я ему написал, но, вы понимаете, у него проблемы с коммуникацией. Насколько я понял, Фонд, вручивший премию, пытался с ним связаться, взять у него интервью, но вроде не получилось.

В последний раз я видел его полгода назад на встрече, которую для него организовали в Херефорде, в Британии.

Би-би-си: Само открытие было сделано вами, когда вы были совсем молодым физиком-теоретиком. Это было еще во времена Советского Союза?

В.М.: Да, это все было в 1980-81 годах. Ну что такое открытие? Открытие в физике – это когда что-то теоретически делается, предсказывается, а потом экспериментально подтверждается. В этом смысле математика очень отличается от физики, потому что в физике никогда нельзя быть уверенным ни в чем до тех пор, пока эксперимент не подтвердит теорию.

То есть тогда, в 80-х, была построена теория. Но все это происходило в такие времена, когда уровень эксперимента в космологии был недостаточно высоким. Экспериментальная техника, которая помогла подтвердить теорию, начала развиваться где-то в начале 90-х годов. Тогда были получены первые результаты спутником COBE [Cosmic background explorer - космическая обсерватория, посвящённая космологическим исследованиям – примечание Би-би-си].

Два научных руководителя этого проекта получили в 2006 году Нобелевскую премию и, в частности, за открытие того, что называется вариациями температуры в реликтовом излучении на небе. А после этого была просто революция в экспериментальной космологии, в частности, в наблюдениях реликтового излучения.

Было очень много экспериментов, которые делались на земле, на баллонах, которые летали на высоте 25-30 км, ну и еще два самых точных космических эксперимента. Первый – WMAP [Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – космический аппарат НАСА, предназначенный для изучения реликтового излучения, образовавшегося в результате Большого взрыва – примечание Би-би-си].

Второй эксперимент был европейский, который хотя и в то же время, что и WMAP был утвержден, в 1996 году, но полетел гораздо позже. И этот спутник был на орбите с 2009 по 2012 год, измерял вариации температуры на небе. Потом была обработка данных. В конечном итоге то, что увидели, оказалось в полном соответствии с тем, что предсказала теория.

Би-би-си: Вячеслав Федорович, ну вот теперь о самой теории, которую вы выдвинули, будучи аспирантом. Она была замечена?

В.М.: Это было замечено, но в те времена космологией не так много людей занималось. Тех немногих, кто занимался космологией, особенно рождением Вселенной, серьезная физическая общественность не воспринимала по той простой причине, что все это казалось спекулятивным. Поскольку нет эксперимента, о чем говорить.

Но, с другой стороны, в России было несколько школ. В школе, во главе которой стоял Зельдович [Яков Борисович Зельдович, выдающийся советский физик и физикохимик, академик АН СССР – примечание Би-би-си], занимались исключительно космологией.

Правообладатель иллюстрации RIA Novosti
Image caption Одним из учителей Муханова был Яков Зельдович - выдающийся советский физик

Ну и Гинзбург тоже [Виталий Лазаревич Гинзбург – выдающийся советский и российский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике – примечание Би-би-си], я был у него аспирантом в московском физтехе. Базовая кафедра у меня была в Физическом институте имени Лебедева. Мне было тогда 23 года.

Галактики в спичечном коробке

Би-би-си: Как бы вы объяснили суть вашей теории тем, кто не имеет о космологии никакого представления?

В.М.: Ну вы знаете, что Вселенная расширяется. Меньше, чем 100 лет назад люди практически ничего не знали о Вселенной. Знали о нашей галактике, в которой в среднем сто миллиардов звезд, но еще на небе наблюдали какие-то там туманности, и было не ясно, что это такое – звездные скопления с миллиардами звезд или что-то другое.

Только в 1920-х, когда построили 100-дюймовый телескоп рядом с Лос-Анджелесом и молодой Эдвин Хаббл [один из наиболее влиятельных астрономов и космологов в XX веке, внесший решающий вклад в понимание структуры космоса – примечание Би-би-си] умудрился с его помощью различить отдельные звезды в туманности Андромеды. После этого стало ясно, что эти туманности – они тоже вроде нашей галактики, там тоже по сто миллиардов звезд.

После этого было найдено, что если вы измеряете какие-нибудь спектральные линии химических элементов, которые мы знаем, то свет от них, то есть длина волны, чуть-чуть длиннее, чем должно быть. Все это было интерпретировано как эффект Доплера.

Вот такой пример для объяснения. Если вы стояли на платформе, рядом с которой проходит поезд, то, наверное, обращали внимание, что поезд звучит совершенно по-другому, когда он к вам приближается и когда удаляется. У него звук сначала очень высокий, а потом становится низким. Вот это называется эффектом Доплера.

Такая же штука или ее аналог есть и во Вселенной, где ближайшие галактики от нас убегают со скоростью около 70-100 км/сек. Ну а если Вселенная расширяется, то это значит, что когда-то она была маленькая. И тогда все эти галактики, которые мы видим, можно было уместить в спичечный коробок.

Квантовая механика

Би-би-си: И вас привлек именно этот период в истории Вселенной?

В.М.: Да, тогда все галактики находились в объеме меньшем, чем спичечный коробок. Но если все вещество было в таких маленьких масштабах, то есть до такой степени сжато, то можно было предположить, что там, наверное, квантовая механика какую-то роль играет в этом случае.

Почему электрон в водороде не падает на ядро? Он должен был бы излучать электромагнитное излучение (которое, кстати, все используют, когда по беспроводному телефону звонят) и должен был бы в конце концов оказаться в ядре. Но этого не случается поскольку есть то, что называется принципом неопределенности. То есть, если вы будете пытаться локализовать его все в меньшей и меньшей области, то он будет пытаться оттуда убежать. Поэтому всегда есть минимальные возмущения везде. Выровнять все абсолютно нельзя. Поэтому, когда Вселенная была абсолютно маленькой, были такие возмущения, которые обусловлены как раз тем, что квантовая механика там была важна.

Наш вклад – мы работали с Геннадием Чибисовым – состоял в том, что мы подумали, а почему бы все эти минимальные возмущения не использовать для того, чтобы потом образовать все эти галактики, используя гравитационную нестабильность и тем самым объяснить структуру Вселенной.

Проверили, нашли модель, в которой все это работало, посчитали, получился конкретный результат для того, что называется спектром. Тогда мы думали, что в ближайшие тысячу лет, наверное, никто это не померяет, то есть не докажет экспериментально. Невозможно было представить, что экспериментальная техника разовьется до такой степени, и такой будет колоссальный прогресс за последние 25 лет. Получилось, что теорию нашу доказали не за тысячу лет, а гораздо быстрее.

Би-би-си: А Стивен Хокинг в то же время выработал эту теорию?

В.М.: Да, Хокинг тоже приблизительно в то же время, но чуть попозже, через год, независимо от нас пришел к такому же выводу. Он был первый среди тех людей, которые были после нас.

Би-би-си: А он о вашем открытии не знал?

Правообладатель иллюстрации Getty
Image caption Британский астрофизик Стивен Хокинг пришел к тем же выводам, что и Муханов

В.М.: Ну я этого не знаю. И потом кроме всего прочего, это же не открытие. Ну, опубликовали, одной статьей больше, одной статьей меньше. В теории знаете сколько статей публикуют – колоссальное количество. Вот, скажем, Яков Борисович Зельдович, он сразу оценил, что это вещь важная. Но, с другой стороны, как я вам сказал, одно дело – посчитать, другое дело – экспериментально проверить. Знаете, тогда все это было как сказки братьев Гримм.

Би-би-си: Вячеслав Федорович, а как потом ваша жизнь сложилась? Когда вы уехали за рубеж?

В.М.: Уехал я в 1991 году и 6 лет работал в Швейцарии, в Цюрихе, а потом в 1998 году переехал в Германию, и с тех пор здесь, в Мюнхене.

Би-би-си: Ну теперь отношение к космологии совершенно иное, я так понимаю.

В.М.: Оно очень сильно изменилось после того как начались эксперименты с реликтовым излучением, когда начали измерять флуктуации температуры на небе. Теперь, если брать фундаментальную физику, космология стала, пожалуй, одной из основных экспериментальных дисциплин.

В дополнение к этим экспериментам с реликтовым излучением была построена куча телескопов после 90-х годов, и сейчас там непрерывно идет одно открытие за другим. В теории элементарных частиц в последние годы одним из самых важных открытий было открытие бозона Хиггса на самом мощном ускорителе в ЦЕРНе. Но пока непонятно, что в этой области науки будет происходить дальше. Ускорители стоят очень дорого, ну и естественно, не вполне понятно, что они привнесут нового.

Правообладатель иллюстрации CERN HO
Image caption Нобелевку по физике 2013 года присудили британскому ученому Питеру Хиггсу и бельгийцу Франсуа Энглеру за теоретическое обоснование существования бозона - частицы, благодаря которой остальные элементарные частицы обретают массу.

С другой стороны, как говорил Яков Борисович Зельдович, Вселенная – это бесплатный ускоритель для бедных людей. Что он имел в виду? То, что сразу же после рождения Вселенной энергии были колоссальными, но, с другой стороны, непосредственно все это увидеть нельзя. Тем не менее что-то все же можно проверить.

Би-би-си: Над чем сейчас работаете, Вячеслав Федорович? Что вас сейчас интересует?

Темная энергия

В.М.: Ну, например, открыли, что Вселенная в настоящее время расширяется с ускорением, есть некая компонента во Вселенной, которую называют темной энергией, и эта темная энергия как бы антигравитирует. Поэтому галактики начинают убегать друг от друга все быстрее и быстрее.

Абсолютно непонятно, каково фундаментальное происхождение этой темной энергии. И мы пытаемся понять и объяснить с точки зрения фундаментальной физики, почему же эта темная энергия начала доминировать и составляет большую часть всей материи во Вселенной – около 75% - именно в настоящий момент времени.

Мы вполне могли обойтись и без нее. Совсем другое дело в прошлом, когда эта антигравитируюшая темная энергия нужна была для того, чтобы заставить вселенную расширяться и произвести кучу материи фактически из ничего. Как раз на той ранней стадии когда эта ранняя темная энергия доминировала, квантовые флуктуации и усиливаются. А почему сегодня такая стадия – совершенно непонятно.

До сих пор единственный полусерьезный ответ, который пришел бы мне в голову, это то, что господь Бог решил нам дать какое-то указание на то, что в прошлом была точно такая же стадия, но в прошлом она была жутко полезная, потому что без нее было бы невозможно создать Вселенную. А с помощью этой темной материи создавать Вселенную можно из ничего.

Би-би-си: Вячеслав Федорович, получается, что вы, как палеонтолог космический, заглянули в самое начало зарождения Вселенной. А вы можете заглянуть вперед и сказать, чем все это закончится?

В.М.: Ну скорее всего, ничем хорошим не закончится, но точно предсказать, что будет в будущем, сейчас невозможно. Все это зависит от тех моделей, которые используются для описания этой темной энергии. А уверенности, что та или другая модель правильная, нет.

В принципе, в зависимости от того, что ответственно за темную энергию, от этого зависит и будущее Вселенной. Почему? Потому что если эта темная энергия не будет распадаться, то через какое-то время – миллиарды миллиардов лет – ни одной галактики не будет видно на небе. Они все убегут за горизонт видимости, то есть, небо обеднеет в этом смысле. Но и звезды к тому времени тоже погаснут. И ничего вообще, наверное, не будет.

Би-би-си: Такой прогноз, конечно, не радует.

В.М.: С другой стороны, создать новую Вселенную очень просто, поэтому, что за проблемы. Одна исчезнет, другие появятся.

Би-би-си: На таком глобальном фоне еще один вопрос: что вы думаете о нынешней ситуации в российской науке?

Отношение к науке

В.М.: Я бы не назвал положение в российской науке суперрадужным. Мрачных прогнозов удалось бы избежать, если бы правительство хотя бы чуть-чуть больше внимания уделяло науке или больше понимало, насколько важна наука вообще.

У меня такое впечатление, что люди, которые принимают решения, имеют очень отдаленное представление о том, что такое наука. Вот все говорят о новых технологиях, но они должны понимать, что новые технологии не появляются из ничего. Для того чтобы были новые технологии, надо поддерживать людей, которые этим занимаются. Нужно создать привлекательные условия, чтобы наиболее талантливая молодежь шла в науку, а не в бизнес, чтобы были минимальные условия, при которых они смогут заниматься тем, чем они хотят, если у них есть способности.

Если аспирант получает копейки, на которые он не сможет существовать, а в другой сфере он заработает тысячи, то у него времени не остается на то, чтобы думать. Я бы не сказал, что в Советском Союзе были шикарные условия, но тогда у всех были одинаковые условия, а у науки был престиж.

Би-би-си: И на Запад не было возможности уехать...

М.В.: Запад тогда просто не существовал, он был за горизонтом черной дыры для большинства людей.

Когда я работал в СССР, для меня Запад звучал абстрактно, как нечто несуществующее. Но я был вполне удовлетворен тем, что находился в одном из лучших институтов в Москве, общался с наиболее выдающимися физиками, которые там были. Кроме Гинзбурга, я постоянно общался с Зельдовичем, с Сахаровым пересекался, с Марковым.

Потом не забывайте, что такие люди как, например, Зельдович, перед тем, как заняться космологией, сделали то, что по довольно странным абсурдным причинам всеми считается очень полезным. Я имею в виду бомбу. Зельдович, Сахаров и Гинзбург - одни из тех, кому Советский Союз был обязан существованием атомной и водородной бомбы. Поэтому Зельдович заработал безусловное право работать над тем, над чем хотел.

Они оказывали молодым коллегам огромную поддержку. И это помогало нам работать совершенно спокойно. Как говорил мне Виталий Лазаревич Гинзбург все время, когда он меня встречал: "Занимайтесь, Слава, тем, чем хотите. Моя главная задача – не мешать вам думать и работать".

Отношение к науке я перенял большей частью у Гинзбурга, а вот с конструктивной стороны, когда надо было обсуждать конкретные вещи, Зельдович был необыкновенно полезен, тем более, что он был настоящий физик, у которого чувство физики буквально на кончиках пальцев было. Он мог без расчетов сразу ответ сказать.

Ну а я могу сказать, что, по крайней мере, своей работой я удовлетворен, я делаю то, что хочу и то, что мне интересно.

Новости по теме