Ковид убил замечательного человека – Валерия РУБАКОВА. Правда, не стало его раньше, 19 октября, но весть до меня дошла только сегодня. И оно понятно, ведь Валерий Анатольевич – не актёр, ни шоумен, ни блоггер и даже не спортсмен. Он всего лишь обычный академик, заместитель академика-секретаря и руководитель секции ядерной физики Отделения физических наук РАН, короче – не тот человек, о смерти которого будут писать в газетах или сообщать по телевидению.
Мне повезло сделать с ним несколько хороших материалов. Это не самое последнее, но самое, на мой взгляд, интересное.
В тёмном омуте Вселенной
Одна из самых увлекательных тем в сегодняшней космологии – вопрос о тёмной материи и тёмной энергии. О том, что знает об этой загадочной сущности современная наука, нам рассказал один из ведущих российских специалистов в этой области академик РАН Валерий РУБАКОВ.
– Валерий Анатольевич, вы занимаетесь вакуумом, сиречь пустотой. Что важного и полезного можно найти в «дырке от бублика»?
– Называть вакуум пустотой неправильно, это достаточно сложная сущность. Устройство вакуума определяет то, как вообще устроена наша Вселенная. Какие есть элементарные частицы, какие у них электрические заряды, какие массы, какие силы работают в природе, как они взаимодействуют. Сейчас становится всё более ясно, что различных вакуумов, в теории, может быть очень много.
– То есть вакуум вакууму рознь?
– В теории – да. Потому, что вакуум – не пустота, а самое низкое по энергии состояние материи. Энергетически самое выгодное. Ещё достаточно недавно мы думали, что такое состояние в природе одно-единственное. Действительно, если у вас есть одна универсальная «теория всего на свете», то можно было бы предположить, что это состояние должно быть единственным. Но оказалось, что в одной и той же теории вакуумов много. Мы живём в одном из них.
– Физики рассказывали мне страшилку про «идеальный вакуум». Что где-то что-то может «столкнуть» наш вакуум на более низкий, а значит, на более энергетически выгодный уровень, и это запустит цепную реакцию перехода, подобную эффекту домино. В этом случае Вселенная полностью изменится. Поменяются все законы, силы, частицы и так далее. Поменяется материя. Это будет новый мир, в котором мы, скорее всего, существовать не сможем. Для человечества наступит моментальный конец света.
– Такое не исключено. С другой стороны, раз мы в нашем вакууме прожили 14 млрд лет, значит, его состояние достаточно стабильно. Несомненно, ещё столько же проживем. Но возможно, действительно существует и более низкое по энергии состояние – настоящий вакуум и когда-нибудь мы перейдём в более низкое состояние. Такое представление пока ничему не противоречит, хотя предпосылок к тому, что так будет, тоже нет. Сегодня этот вопрос открыт.
– Но то, что за 14 млрд лет не смогла сделать природа, может совершить сам человек. У нас есть мегаустановки наподобие Большого адронного коллайдера, на которых достигаются колоссальные энергии и вершатся великие открытия. Что если одна из таких установок случайно «пробьёт» наш вакуум и заставит его «приспуститься»?
– Можно не беспокоиться, такого не произойдёт. Это мы знаем экспериментально. Земля, планеты, звёзды постоянно «обстреливаются» частицами, летящими из космоса с околосветовыми скоростями. Энергии здесь в тысячи и миллионы раз выше, чем на БАК. Посчитано, что столкновений, подобных тем, что сейчас происходят в коллайдере, за время жизни Вселенной произошло в 50 млн раз больше, чем всех столкновений, которые вообще произойдут на БАК.
– То есть 50 млн таких коллайдеров в нашем мире уже отработали и ничего страшного не произошло. Следовательно, ничего не произойдёт и на этом: всё, что могло случиться, уже случилось?
– Ничего не случилось. Переходов между разными вакуумами не зафиксировано. Переход из вакуума в вакуум – это взрывной процесс, распространяющийся от эпицентра со скоростью света, сопровождающийся гигантским выделением энергии. Такого в нашей Вселенной не было, мы это хорошо знаем. Поэтому не надо бояться страшилок.
Тьма в конце тоннеля
– В начале века в космологии произошла настоящая революция. Мы узнали, что наши материя и энергия – это лишь малая часть Вселенной. Что есть ещё таинственные тёмная материя и тёмная энергия.
– Это история началась задолго до начала века. Ещё в 1930-х годах американский астроном Фриц Цвикки заметил, что галактики в скоплениях движутся так, будто масса внутри скоплений гораздо больше, чем то, что мы видим в телескопы.
– Разве можно определить массу галактики?
– Массу светящегося вещества можно посчитать по числу звёзд. А полную массу определить по скоростям их вращения. К концу 1980-х стало ясно, что нам сильно не хватает массы вещества и в скоплениях, и в самих галактиках. К началу 1990-х стало очевидно, что это вещество есть, но это не такая материя, какая нас окружает. Она умеет притягивать гравитационно, как обычное вещество, но прочие взаимодействия – электромагнитное, например – с нашим обычным веществом у неё очень слабые. Когда её существование доказали, особого ажиотажа это не вызвало.
– А тёмная энергия?
– Это дело другое. У физиков были подозрения, что с балансом энергий в нашей Вселенной что-то не так. Был примерно известен темп расширения Вселенной, а он прямо связан с тем, сколько есть энергии и какова её плотность во Вселенной. Было видно, что темп этот для известных нам видов материи великоват. Значит, полной энергии в среднем во Вселенной должно было быть больше, чем можно было посчитать. К исходу прошлого века было установлено, что наша Вселенная не просто расширяется, но расширяется с ускорением, всё быстрее и быстрее. За это открытие в 2011 году была вручена Нобелевская премия. Ускоренное расширение подтверждало наличие тёмной энергии, которая Вселенную «расталкивает». Что это такое, вопрос на данный момент открытый.
– Может быть, это как раз и есть та самая энергия вакуума, о которой вы говорили?
– Возможно, а может, что-то совсем другое. Сегодня она выглядит очень похоже на энергию вакуума. Если так, то это довольно скучно. Тогда это просто ещё одно число, константа, которая характеризует нашу физику. Было бы гораздо интереснее, если бы это была новая сущность – какое-то новое поле, которое как-то себя ведёт, эволюционирует, живёт своей жизнью.
– И как нам в этом разобраться?
– Есть предложения, как можно заметно более точно измерить темп расширения Вселенной, а стало быть, и понять, как ведёт себя тёмная энергия. Есть яркие светящиеся объекты во Вселенной, которые можно считать стандартными «свечами». Это некоторые особые типы сверхновых звёзд. Мы знаем их абсолютную яркость, знаем, сколько такая «свеча» выделяет энергии. Где бы она ни находилась, она всегда светит одинаково, но в зависимости от расстояния мы её видим более или менее яркой. При этом мы знаем, с какой скоростью «свеча» относительно нас движется, как быстро она от нас удаляется.
Зная одновременно и расстояние, на котором находится этот объект, и его скорость относительно нас, мы можем измерять темп расширения Вселенной в разные времена – ранние, поздние и так далее. Ранее мы наблюдали за этими «свечами» с земли, через толстый слой атмосферы. Сегодня можно сделать более точные измерения. Прогресс идёт, и то, что делается на телескопах на Земле, уже можно осуществлять и на спутниках в космосе. А там совершенно другие точности. Есть проекты создания специально для этой цели особого космического телескопа.
– Мы сможем когда-то «поймать» тёмную энергию и тёмную материю?
– С тёмной материей проще. Это просто необычные и пока нам незнакомые частицы, нейтральные по отношению к электромагнитным взаимодействиям и поэтому не излучающие и не поглощающие свет. Именно поэтому состоящая из них материя тёмная, то есть невидимая для нас. Можно надеяться, что они будут рождаться на ускорителях. Это должен быть целый набор новых частиц, который, надо надеяться, можно будет изучать на ускорителях. Летающие вокруг нас частицы тёмной материи можно пытаться регистрировать, и люди это стараются сделать. Можно фиксировать их столкновение с атомным ядром. В этом случае ядро отлетает.
– «Здравствуйте, мы встретились».
– Именно. Такой поиск сейчас идёт. Это тончайшие исследования, поскольку энергии при таких столкновениях выделяется мало. У нас же буквально море процессов подобного типа. Космические лучи, которые постоянно обстреливают нашу материю, постоянная радиоактивность. Когда у вас что-то подобное происходит, ядро отскакивает, выделяется энергия, таких процессов даже в этой комнате огромное количество. В таких условиях «поймать» именно тёмную частицу нереально, нужно уходить глубоко под землю, где нет космических лучей, использовать сверхчистые материалы, очень тонкие детекторы, которые умеют измерять крайне слабые выделения энергии. Это кропотливая работа.
– Тем не менее у нас есть вероятность, что тёмную материю мы таки поймаем?
– Все этого ждут. Проходят всё более масштабные эксперименты, но пока этим частицам удаётся ускользать. Хотя, возможно, мы просто не туда смотрим. Может быть, они обладают совсем другими свойствами.
Тёмные силы нас злобно гнетут
– Поймав тёмную материю, мы поймаем и тёмную энергию?
– Нет, несмотря на схожие названия, это совершенно разные вещи. Тёмная материя – это пока неизвестные нам частицы. Они собираются в сгустки, они есть в галактиках, в скоплениях галактик, они очень важны для формирования галактик и их скоплений. Процесс формирования галактик так и происходил: сначала скучивалась тёмная материя, а потом она притягивала к себе обычное вещество. В гравитационном плане тёмная материя на обычное вещество очень похожа.
– А тёмная энергия?
– Ни в какие сгустки не собирается, в галактиках её столько же, сколько и везде во Вселенной: она разлита по ней равномерно. Тёмная материя гравитационно притягивает, она обладает гравитацией, а тёмной энергии, можно сказать, присуща антигравитация. Она, наоборот, заставляет Вселенную расширяться со всё растущей скоростью.
– Если ей свойственна антигравитация, неплохо было бы научиться её использовать. Создать такой «антигравитатор» на «тёмноэнергогенераторе», с помощью которого можно было бы запросто летать по Вселенной куда угодно...
– Пока такой возможности не видно. Для этого надо научиться аккумулировать тёмную энергию, манипулировать ею, генерировать. Пока непонятно даже, возможно ли это в принципе. Сегодня кажется, что это безнадёжно. Но «никогда не говори никогда». Люди так думали про многие вещи. Когда Генрих Герц обнаружил радиоволны, он был уверен, что это игрушка, которая никогда не будет использоваться. А сегодня без них жизнь представить сложно.
– Но если не использовать, то хотя бы просто понять сущность тёмной энергии, разобраться в её свойствах мы сможем?
– Я думаю, на это потребуется от одного до двух десятилетий. Если это энергия вакуума, то плотность энергии должна быть постоянной величиной. По другим моделям, которые пытаются объяснить тёмную энергию какими-то новыми полями, за последние 7 млрд лет плотность этих полей и их энергии должны были измениться. Какие-то модели дают 10%, какие-то – 20%, какие-то – 7%, 5%. Когда ответ будет известен с процентной точностью, станет понятно, какая из моделей ближе к истине. Безусловно, появятся новые вопросы, но уже станет более или менее ясно, что это – новое поле или энергия вакуума. Я думаю, что через 20 лет тёмная энергия немного посветлеет. Однако давать прогнозы – всегда трудное дело.
– Условно говоря, через 50 млрд лет, когда обычное вещество будет совсем разрежено, во Вселенной останется в основном тёмная энергия. Что случится к тому времени с нашим миром? Со звёздами, планетами? Я читал, что материя, когда везде будет властвовать и доминировать тёмная энергия, тоже может не выдержать и «разорваться» на элементарные частицы...
– Сценарий так называемого Большого разрыва обсуждается, но он маловероятен. Отдалённое будущее нашего мира зависит от свойств тёмной энергии. Сейчас Вселенная состоит из неё почти на 70%, а когда-нибудь будет и на все 99%. Тогда всё будет определяться поведением этой энергии. Если её плотность упадет до нуля, Вселенная начнёт сжиматься. Произойдёт обратный процесс коллапса, вещество сильно разогреется и станет очень плотным. Если плотность тёмной энергии будет постоянна, как плотность энергии вакуума, то Вселенная будет бесконечно расширяться с постоянным темпом. Постепенно все галактики разлетятся, звёзды потухнут, произойдёт так называемая холодная смерть. Если плотность тёмной энергии растёт, тогда возможно ускоренное расширение. В конечном итоге может действительно произойти Большой разрыв, когда молекулы разорвутся на атомы, атомы – на элементарные частицы и так далее. Электроны улетят от ядер, протоны – от нейтронов.
– По всем сценариям нас ждёт гибель...
– Но это будет не скоро. У нас есть ещё миллиарды лет для того, чтобы придумать, как продлить своё существование.
– Может, нам удастся создать новую Вселенную?
– Или научиться влиять на законы природы. Через 20 млрд лет, возможно, человечество к этому придёт. Если доживёт, конечно.
К СВЕДЕНИЮ
РУБАКОВ Валерий Анатольевич
Родился 16 февраля 1955 года в Москве
Российский физик-теоретик, академик РАН (1997).
Окончил физический факультет МГУ (1978).
C 1981-го – в Институте ядерных исследований РАН (главный научный сотрудник отдела теоретической физики). Заместитель директора ИЯИ РАН (1987– 1994). Заведующий кафедрой физики частиц и космологии физического факультета МГУ.
В сентябре 2022 года переболел COVID-19. Скончался от его осложнений 19 октября 2022 года.
Беседовал Валерий ЧУМАКОВ
© "Союзное государство", № 10, 2016
Дочитали до конца? Было интересно? Поддержите канал, подпишитесь и поставьте лайк!