Что там, в глубинах Вселенной? Во глубине вселенной Антивещество и чёрные дыры.

Вселенная

В безлунные ночи на небе хорошо видна туманная полоса Млечного Пути. Но это не скопление туманных масс, а множество звезд – наша звездная система Галактика. В Галактике по современным оценкам около 200 миллиардов звезд. Чтобы пересечь её из конца в конец световой луч при скорости 300 тысяч километров в секунду должен затратить около 100 тысяч лет1.

Однако, несмотря на столь грандиозные размеры, наша Галактика лишь один из множества подобных звездных островов Вселенной. У неё есть спутники. Самые крупные из них – Большое и Малое Магеллановы Облака. Вместе с нашей Галактикой они обращаются вокруг общего центра масс. Наша Галактика, Магеллановы Облака и еще несколько звездных систем, в том числе знаменитая туманность Андромеды, образуют так называемую Местную Группу Галактик.

Современным телескопам и радиотелескопам, а также другим средствам астрономических исследований доступна колоссальная область пространства. Её радиус 10-12 миллиардов световых лет. В этой области расположены миллиарды галактик. Это – Метагалактика.

^ В расширяющейся метагалактике

Одной из самых ошеломляющих астрономических теорий, появившейся на свет в текущем столетии, бесспорно, можно считать теорию «расширяющейся Вселенной» или, точнее говоря, расширяющейся Метагалактики.

Главная идея этой теории состоит в том, что Метагалактика возникла около 15-20 миллиардов2 лет назад в результате грандиозного космического взрыва компактного сгустка сверхплотной материи.

^ Несколько слов о том, как родилась эта теория

Одним из самых эффективных методов изучения Вселенной является построение различных теоретических моделей, т. е. упрощенных теоретических схем мироздания. Длительное время в космологии изучались так называемые однородные изотропные модели. Что это значит?

Вообразим, что мы разбили Вселенную на множество «элементарных» областей и что каждая из них содержит большое количество галактик. Тогда однородность и изотропия означают, что свойства и поведение Вселенной в каждую эпоху одинаковы во всех достаточно больших областях и по всем направлениям.

Первую модель однородной изотропной Вселенной предложил А. Эйнштейн. Она описывала так называемую стационарную Вселенную, т. е. такую Вселенную, которая с течением времени не меняется в общих чертах, но в которой вообще нет каких-либо движений достаточно крупного масштаба.

Однако в 1922 г. талантливый ленинградский ученый А. А. Фридман показал, что уравнения Эйнштейна допускают также множество нестационарных, а именно расширяющихся и сжимающихся, однородных изотропных моделей. Позднее выяснилось, что, и статическая модель Эйнштейна неизбежно переходит в нестационарную. Но это означало, что однородная изотропная Вселенная обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.

Еще до этого американский астроном Слайфер обнаружил красное смещение спектральных линий в спектрах галактик. Подобное явление, известное в физике под названием эффекта Доплера, наблюдается в тех случаях, когда расстояние между источником света и приемником увеличивается.

^ Вселенная в гамма-лучах

Как известно, на протяжении весьма длительного времени астрономия была чисто «оптической»1 наукой. Человек изучал на небе то, что он видел – сперва невооружённым глазом, а затем с помощью телескопов. С развитием радиотехники родилась радиоастрономия, значительно расширившая наши знания о Вселенной. Наконец, в последние годы в результате появления космических средств исследования возникла возможность изучения и других электромагнитных вестников Вселенной – инфракрасных, ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-излучений. Астрономия превратилась во всеволновую науку.

Одним из новых методов исследования космических объектов является рентгеновская астрономия. Несмотря на то, что этот метод сравнительно молод, в настоящее время Вселенную уже невозможно представить себе без тех данных, которые получены благодаря наблюдениям в рентгеновском диапазоне.

Пожалуй, ещё более многообещающим источником космической информации являются гамма-излучения. Дело в том, что энергия гамма-квантов может в сотни тысяч и миллионы раз превосходить энергию фотонов видимого света. Для таких гамма-квантов Вселенная фактически прозрачна. Они распространяются практически прямолинейно, приходят к нам от весьма удалённых объектов и могут сообщить чрезвычайно ценные сведения о многих физических процессах, протекающих в космосе.

Особенно важную информацию гамма-кванты способны принести о необычайных, экстремальных состояниях материи во Вселенной, а именно такие состояния интересуют современных астрофизиков в первую очередь. Так, например, гамма-излучение возникает при взаимодействии вещества и антивещества, а также там, где происходит рождение космических лучей – потоков частиц высоких энергий.

Главная трудность гамма-наблюдений Вселенной заключается в том, что хотя энергия космических гамма-квантов и очень велика, но число этих квантов в околоземном пространстве ничтожно мало. Современные гамма-телескопы даже от самых ярких гамма-источников регистрируют примерно один квант за несколько минут.

Значительные трудности возникают и вследствие того, что первичное космическое излучение приходится изучать на фоне многочисленных помех. Под действием заряжённых частиц космических лучей, приходящих на Землю, – протонов и электронов, начинают ярко «светиться» в гамма-диапазоне и земная атмосфера, и конструкции космического аппарата, на борту которого установлена регистрирующая аппаратура.

Как же выглядит Вселенная в гамма-лучах? Представьте себе на минуту, что ваши глаза чувствительны не к видимому свету, а к гамма-квантам. Какая картина предстала перед нами? Взглянув на небо, мы не увидели бы ни Солнца, ни привычных созвездий, а Млечный Путь выглядел бы узкой светящейся полосой. Кстати, подобное распределение галактического гамма-излучения подтвердило предположение, высказанное в своё время известным советским физиком академиком В. Л. Гинзбургом о том, что космические лучи имеют в основном галактическое, а не внегалактическое происхождение.

В настоящее время с помощью гамма-телескопов, установленных на космических аппаратах, зарегистрировано несколько десятков источников космического гамма-излучения. Пока ещё нельзя точно сказать, что они собой представляют, – звёзды ли это или другие компактные объекты, или, может быть, протяжённые образования. Есть основания предполагать, что гамма-излучение возникает при нестационарных, взрывных явлениях. К числу таких явлений относятся, например, вспышки сверхновых звёзд. Однако при обследовании 88 известных остатков сверхновых было обнаружено только два источника гамма-излучения.

^ Судьба одной гипотезы

У планеты Марс есть два маленьких спутника – Фобос и Деймос. Деймос обращается по орбите, удаленной от планеты примерно на 23 тыс. км, а Фобос движется на расстоянии всего около 9 тыс. км от Марса. Вспомним, что Луна удалена от нас на 385 тыс. км, т.е. находится в 40 с лишним раз дальше от Земли, чем Фобос от Марса.

Вся история изучения Фобоса и Деймоса полна удивительных событий и увлекательных загадок. Судите сами: первое напоминание о наличии у Марса двух небольших спутников появилось не в научных трудах, а на страницах знаменитых «Путешествий Гулливера», написанных Джонатаном Свифтом в начале 18 столетия.

По ходу событий Гулливер оказывается на летучем острове Лапуте. И местные астрономы рассказывают ему, что им удалось открыть два маленьких спутника, обращающихся вокруг Марса.

В действительности же марсианские луны были открыты А.Холлом лишь спустя полтора столетия после выхода романа в свет, во время великого противостояния Марса 1877 г. И открыты при исключительно благоприятных атмосферных условиях после упорных многодневных наблюдений, на пределе возможностей инструмента и человеческих глаз.

Сейчас можно только гадать, что побудило Свифта предсказать существование двух спутников Марса. Во всяком случае, не телескопические наблюдения. Скорее всего, Свифт предполагал, что число спутников у планет должно возрастать по мере удаления от Солнца. В то время было известно, что у Венеры спутников нет, вокруг Земли обращается один спутник – Луна, а вокруг Юпитера – четыре, они были открыты Галилеем в 1610 г. Получалось «очевидная» геометрическая прогрессия, в которую на свободное место, соответствующее Марсу, казалось, сама собой просилась двойка.

Впрочем, Свифт предсказал не только существование Фобоса и Деймоса, но и то, что радиус орбиты ближайшего спутника Марса равен трем поперечником планеты, а внешнего – пяти. Три поперечника – это около20 тысяч км. Примерно на таком расстоянии расположена орбита Деймоса. Правда, не внутреннего спутника, как утверждал Свифт, а внешнего – но все равно совпадение впечатляет. Разумеется, именно совпадение

В очередной раз очередной раз внимание к марсианским лунам было привлечено во второй половине текущего столетия. Сравнивая результаты наблюдений, проведенных в разные годы, астрономы пришли к выводу, что ближайший спутник Марса Фобос испытывает торможение, благодаря которому постепенно приближается к поверхности планеты. Явление выглядело загадочно. Во всяком случае, никакими эффектами небесной механики наблюдаемое торможение объяснить не удалось.

^ Черные дыры во вселенной

В последние годы большую популярность в астрофизике приобрела гипотеза так называемых черных дыр.

Двадцатый век принес с собой целый ряд удивительных открытий в физике и астрономии. Идет своеобразная цепная реакция: обнаруживаются диковинные явления, а их дальнейшее изучение и осмысление приводит к открытию явлений, еще более поразительных. Таков закономерный путь развития естествознания.

Один из самых диковинных, правда, пока еще «теоретических» космических объектов, который в последние годы привлекает особое внимание физиков и астрофизиков, – черные дыры. Одно название чего стоит: дыры во Вселенной да еще черные!

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, силы тяготения непосредственно связаны со свойствами пространства. Любое тело не просто существует в пространстве само по себе, но определяет его геометрию. Однажды какой-то предприимчивый репортер обратился к Эйнштейну с просьбой изложить суть его теории в одной фразе и так, чтобы это было понятно широкой публике. «Раньше полагали, – ответил на это Эйнштейн, – что если бы из Вселенной исчезла вся материя, то пространство и время сохранилось бы; теория относительности утверждает, что вместе с материей исчезли бы также пространство и время».

Любые массы искривляют окружающее пространство. В повседневной жизни мы этой искривленности практически не ощущаем, поскольку нам обычно приходится иметь дело со сравнительно небольшими массами. Однако в очень сильных полях тяготения этот эффект может приобретать существенное значение.

За последние годы во Вселенной обнаружен целый ряд явлений, которые свидетельствуют о возможности концентрации огромных масс в сравнительно небольших областях пространства.

Если некоторая масса вещества окажется в малом объеме, критическом для данной массы, то под действием собственного тяготения это вещество начинает сжиматься. Наступает своеобразная гравитационная катастрофа – гравитационный коллапс.

1 Эти данные получены

2 Это основная идея

1 Это известно далеко не всем

мужчины","Отец","Сын".Озаглавьте свое изложение.Подчеркните в своем изложении причастия
Я увидел, как из-за крайних дворов хутора вышел на дорогу мужчина. Он вел за руку маленького мальчика, судя по росту-лет пяти-шести, не больше. Они устало брели по направлению к переправе, но, поравнявшись с машиной, повернули ко мне. Высокий, сутуловатый мужчина, подойдя вплотную, сказал пригулшенным баском: -Здорово, браток!







-Беда мне с этим пассажиром!




А отец выглядел иначе: прожженный в нескольких местах ватник был небрежно и грубо заштопан, латка на выношенных защитных штанах не пришита как следует, а скорее наживлена широкими, мужскими стежками. На нем были почти новые солдатские ботинки, но плотные шерстяные носки изъедены молью.

Подчеркните в своем изложении причастия.

Я увидел, как из-за крайних дворов хутора вышел на дорогу мужчина. Он вел за руку маленького мальчика, судя по росту-лет пяти-шести, не больше. Они устало брели по направлению к переправе, но, поравнявшись с машиной, повернули ко мне. Высокий, сутуловатый мужчина, подойдя вплотную, сказал пригулшенным баском:

Здорово, браток!

Здравствуй.-Я пожал протянутую мне большую, черствую руку. Мужчина наклонился к мальчику, сказал:

Поздоровайся с дядей, сынок. Он, видать, такой же шофер, как и твой папанька.

Глядя мне прямо в глаза светлыми, как небушко, глазами, чуть-чуть улыбаясь, мальчик смело протянул мне розовую холодную ручонку. Я легонько потряс ее, спросил:

Что же это у тебя, старик, рука такая холодная? На дворе теплынь, а ты замерзаешь?

С трогательной детской доверчивостью мальчик прижался к моим коленям, удивленно приподнял белесые брови.

Какой же я старик, дядя? Я вовсе мальчик, и я вовсе не замерзаю, а руки холодные-снежки катал потому что.

Сняв со спины тощий вещевой мешок, устало присаживаясь рядом со мной, отец сказал:

Беда мне с этим пассажиром!

Он достал из кармана защитных летних штанов свернутый в трубку мальновый шелковый потертый кисет, развернул его, и я успел прочитать вышитую на уголке надпись: "Дорогому бойцу от ученицы 6-го класса Лебедянской средней школы".

Мы закурили крепчайшего самосада и долго молчали. Он положил на колени большие темные руки, сгорбился. Я сбоку взглянул на него, и мне стало что-то не по себе...

Видали вы когда-нибудь глаза, словно присыпанные пеплом, наполненные такой неизбывной смертной тоской, что в них трудно смотреть? Вот такие глаза были у моего случайного собеседника.

Украдкой рассматривая отца и сынишку, я с удивлением отметил про себя одно, странное, на мой взгляд, обстоятельство. Мальчик был одет просто, но добротно, и то, как сидела на нем подбитая легкой, поношенной цигейкой длиннополая курточка, и то, что крохотные сапожки были сшиты с расчетом надевать их на шерстяной носок, и очень искусный шов на разорванном когда-то рукаве курточки-все выдавало женскую заботу, умелые материнские руки.

А отец выглядел иначе: прожженный в нескольких местах ватник был небрежно и грубо заштопан, латка на выношенных защитных штанах не пришита как следует, а скорее наживлена широкими, мужскими стежками. На нем были почти новые солдатские ботинки, но плотные шерстяные носки изъедены молью.

Прослушав однажды лекцию о внеземных цивилизациях, я удивился, с какой легкостью академик Лев Зеленый путешествует по Вселенной. Создавалось впечатление, будто для него далекие и загадочные галактики - дом родной. А может быть, так и есть? Лев Матвеевич - не только директор легендарного Института космических исследований РАН, но теперь и вице-президент академии наук, где курирует космические исследования: от околоземных орбит до марсианских песков, от полярных сияний и до взрывов в глубинах галактик. Преувеличиваю? спрашиваю ученого. Безусловно, - улыбается он.
- Мечтали ли вы полететь в космос?
- Конечно. Причем с самого детства. Еще до полета Гагарина, с запуска первого спутника Земли.
- Но вам тогда не было и десяти лет?
- Тем не менее Мне казалось, что человек полетит лет через 20. У меня как раз будет хороший возраст, поэтому я начал готовиться к такому полету. Стал делать зарядку, обливаться холодной водой, закалять свой организм. Оказалось весьма полезным для здоровья. Но Гагарин полетел очень скоро. Я понял, что мой поезд уходит, посмотрел на себя в зеркало, увидел, что очки становятся все толще. Решил стать теоретиком. О теоретике космонавтики тогда тоже много писали. Это был Мстислав Всеволодович Келдыш. Он был одной из трех легендарных фигур космонавтики: Главный конструктор, Главный теоретик и Первый космонавт. И для меня жизненным образцом стал Келдыш.
- В этом мире многое символично: теперь работаете на площади имени академика Келдыша?
- Вы затронули больной вопрос. Я считаю, что роль Мстислава Всеволодовича сейчас недооценена. Недавно мы отмечали 100-летие со дня его рождения. Наша молодежь провела такой эксперимент: они останавливали людей на площади и спрашивали, в честь кого она получила свое название. Ни один из сотни не ответил. Мы обратились в правительство Москвы с просьбой поставить здесь памятник Келдышу. Но комиссия, которая этим занимается, сказала, что есть уже два памятника: один на Аллее Космонавтов, второй возле института, а больше одного памятника ставить не положено. Юбилей прошел, и теперь уже надо следующую попытку делать, наверное, к 150-летию. Но уже не нам
- А с самим Мстиславом Всеволодовичем встречались?
- Не довелось.
- Жаль Но вернемся в прошлое. Как вы могли понять значение запуска первого спутника, если были совсем юным?
- Понимание случившегося пришло не сразу. Впрочем, не только ко мне. В первые дни даже Н.С. Хрущев не полностью понимал величие события. Только когда на Западе поднялась буря откликов, началось политическое осмысление произошедшего. Второй спутник с Лайкой это уже планируемый успех. За очень короткое время Хрущев понял, насколько велико пропагандистское значение прорыва в космос.
- Итак, школа, а потом?
- Физтех.
- Космический факультет?
- Конечно. Поступить было трудно. Конкурс был громадный 15 человек на место. Многие мои товарищи дрогнули, не пошли, а я все-таки решился: школа 444, математическая, была очень хорошей. Кстати, мы до сих пор регулярно встречаемся с одноклассниками.
- Правда, что в Физтехе тяжело учиться?
- Первые два курса мне было легко, школьная математическая подготовка сказывалась. Я расслабился, а на третьем курсе пошла квантовая механика и пришлось изменить свои привычки начал заниматься много. В это время я познакомился с Владимиром Фортовым он учился на том же факультете, но старше. На пятом и шестом курсах мы уже активно занимались научной работой на базе Института космических исследований.
- То есть получается, что вся жизнь связана с ИКИ?
- Не совсем. Свою роль сыграли некоторые политические события. Вначале я был в Институте тепловых процессов, в центре им. М.В. Келдыша. Моя курсовая работа - ядерные космические двигатели. Бытовала парадигма, что до Марса на обычных двигателях не долететь.
- Все тот же Марс?
- Мне это нравилось Аэлита и прочее. Работа была увлекательная, физика очень интересная: ракетный двигатель, ядерный реактор. Но здесь вмешалась судьба. В 1968 г. - чехословацкая весна - началось закручивание гаек. Естественно, у студентов было брожение: разбрасывали листовки, образовывались разные организации. Я в этом не участвовал, но под общую гребенку попал. 14 апреля нас задержали на площади Маяковского. В день его смерти там проводили поэтический вечер, но всех разогнали. Нас арестовали. Однако инкриминировать нам было нечего, поэтому отпустили. Однако в Физтех пришло письмо о том, что у них учатся хулиганы и антисоветчики. Доказательств не было, но некоторые меры на всякий случай были приняты. Нас не отчислили, но от секретных работ отстранили. Я был направлен сюда в ИКИ, тогда институт только создавался. Честно говоря, я не хотел идти, ядерные двигатели казались более увлекательными, но меня выпихнули. Как позже оказалось - к счастью, поскольку здесь я начал заниматься очень интересными делами, а направление, связанное с ядерными двигателями, заглохло на 40 лет. И только сейчас оно возрождается.
- Вы занимались спутниками - образно говоря, околоземным пространством. Все, что тогда намечалось, реализовано. Что из этого наиболее интересно?
- К 50-летию со дня запуска первого спутника я подготовил доклад о том, как выход в космос изменил жизнь человечества. Можно рассказывать подробно о каждом направлении, их множество. Начну с научного. Мы живем на Земле, и нам повезло, что у нее мощная атмосфера и достаточно сильное магнитное поле. Мы существуем под двойным зонтиком, и именно благодаря этому Земля, по образному выражению К.Э. Циолковского, стала колыбелью человечества. Но для ученых это плохо: мы экранированы от космического и солнечного излучения, небо открыто для нас в двух очень узких диапазонах видимый свет и длинные радиоволны, где работает радиоастрономия. До 1957 г. мы смотрели во Вселенную только через эти два окошка. В астрономии, начиная с Галилея, сделано множество открытий, и это, бесспорно, великое достижение человечества. Но выход в космос показал, что мы знаем крайне мало, даже Солнце предстало другим. Оно казалось обычным огненным шаром с пятнами, но на самом деле это кипящий котел, откуда вырываются потоки плазмы, где вскипают протуберанцы и т.д. Мы знали, что есть магнитная оболочка у Земли, но как она взаимодействует с Солнцем, было непонятно.
Были выдающиеся предшественники: Александр Чижевский, недооцененный человек. О нем могу долго рассказывать. Он угадал, что между Солнцем и Землей есть еще один агент, некий посредник. Чижевского считали сумасшедшим - ведь он устанавливал связь солнечных пятен со вспышками популяций саранчи. Разве такое возможно? Оказалось, Чижевский прав. Одно из крупных открытий, сделанных после запуска спутника, - это солнечный ветер. Красивое название, которое подчеркивает, что мы живем в короне Солнца, в потоке вещества, которое идет от него. Это и есть тот агент, который переносит солнечное влияние на земную жизнь. Мы поняли, откуда берутся полярные сияния, магнитные бури. Теперь связь Земли и Солнца мы осмысляем по- другому, чем раньше. Я не говорю о таких открытиях, как черные дыры, другие удивительные явления во Вселенной. Вся рентгеновская астрономия, которой много занимаются в нашем институте, - это спутниковые вещи. С выходом в космос мы многое начинали видеть иначе. С помощью глобальных спутниковых наблюдений мы лучше понимаем климатические изменения, парниковый эффект и многое другое. Спутники тянут за собой цепочку практических применений телевидение, связь, системы спасения, навигации и т.д. За полвека жизнь людей сильно изменилась под влиянием космических достижений.
- От Вселенной до тефлоновых сковородок - везде космос оказывает свое влияние.
- Это так. За последние 50 лет мы узнали об окружающем мире больше, чем за всю предыдущую историю человечества.
- Мы говорим о спутниках, о технике. А пилотируемая космонавтика - какова ее роль? Может быть, летать теперь и не нужно? Такое впечатление, что особых открытий нет?
- Вопрос скользкий, но я попробую ответить корректно. Человеку, а не приборам, им созданным, свойственно все открывать самому, поэтому возник, например, тот же экстремальный туризм. Подъем на Эверест, спуск в Марианскую впадину, походы на Северный и Южный полюс и т.п. В какой-то степени полеты в космос еще один ареал для проверки человеком его возможностей. Я не исключал бы этот фактор. Если не летать в космос, то жизнь на Земле станет скучной. У многих фантастов есть размышления на эту тему. Человеку очень важно побывать там, где до него никто не был. Такая психология необычайно важна и для отдельного человека, и для человечества в целом.
- Неожиданный аспект!
- Но он реален. С точки зрения науки в пилотируемой космонавтике результаты скромнее. Международная космическая станция существует, она летает, там работают экипажи. МКС дала многое для медицины. Я говорю не об экстремальной медицине, а о практической, земной. Это различные средства, препараты, тренажеры. У нас в институте несколько лет назад состоялась большая выставка, посвященная пилотируемой космонавтике. Я сам очень удивился, увидев, как много из космической медицины перешло в земную.
- К сожалению, пока мало что используется.
- Внедрение наша общая проблема, не только в этой области. Инновации, полученные наукой, большей частью остаются в портфеле. Теперь о другой стороне работы на МКС. Там есть научные модули, где мы стараемся ставить эксперименты. Роль космонавтов в этом чрезвычайно важна. Я отношусь к подобным работам прагматически. Считаю, что в таких длительных экспедициях полезна отработка новых технологий, приборов, которые потом могут использоваться в автоматическом режиме. Например, на МКС летал прибор Русалка, предназначенный для исследования парниковых газов. Это очень тонкие специальные измерения. Во время пробного полета отрабатывалась методика наблюдений. Прибор мы планировали использовать в автоматическом режиме, но космонавты выявили отдельные погрешности, поэтому прибор нужно было доработать. Польза несомненная. И таких отработочных экспериментов много. В них роль человека важна, никакой робот его заменить не может.
Кроме того, микрогравитация, вакуум, излучения, которые есть на МКС, могут сыграть важную роль для науки, просто надо научиться их использовать. Вот, например, мы провели эксперимент вместе со швейцарцами. Были выставлены коллекторы, с помощью которых исследовались нейтральные частицы, способные проникать сквозь магнитное поле. Коллекторы экспонировались несколько месяцев, затем космонавты их сняли и привезли на Землю. Были получены интересные результаты. Хочу вспомнить и уникальные эксперименты, которые проводились вместе с немецкими учеными под руководством Владимира Фортова, - проект Плазменный кристалл. На МКС их начал Сергей Крикалев. Кроме того, на международной станции мы занимаемся изучением нейтронного поля. Ни преувеличивать, ни принижать работы на МКС не следует - они занимают свою нишу в космической науке.
- Вы не упомянули о птичках, которые вылетают с борта МКС.
- Об этом я часто говорил. Безусловно, при запусках малых спутников МКС необходима. Колибри и Чибис сначала были доставлены на МКС, летали там, а затем космонавты провели предполетную подготовку и отправили спутники в самостоятельный полет. Чибис, изучающий молнии, работает до сих пор. Использование структуры МКС удобный и эффективный способ запуска подобных систем, так что наши птички, надеюсь, и в будущем смогут начинать свои полеты со станции.
- Я ехал на нашу встречу и думал об МКС. Мне кажется, что у нее есть и глобальная задача. Первый этап проникновения в космос запуск спутника, потом полет Юрия Гагарина, следующий шаг высадка на Луне, а теперь следующий этап пилотируемый полет на Марс. Экспедиции на МКС это, на мой взгляд, подготовка к нему. Разве не так?
- Это один из очень многих элементов полета на Марс. Кроме медико- биологических проблем есть множество других, которые пока непонятно как преодолевать. Был проведен эксперимент Марс-500, где были изучены факторы одиночества, изолированности, психологической совместимости, что тоже представляет собой препятствие для полета. Наши приборы участвовали в этом эксперименте. Ими космонавты пользовались, когда вышли на поверхность. Была короткая имитация настоящего полета, посадки и возврата. Но, повторяю, это один из факторов. Есть еще невесомость. Мы научились летать долго, без видимых повреждений и последствий для здоровья человека. Это заслуга нашей космонавтики. Полтора-два года в космосе это уже долго, и этого достаточно для полета на Марс.
С радиацией сложнее. Для полета на Луну требуется шесть дней, и можно выбрать окно, когда Солнце спокойное, нет мощных вспышек. Но двухлетнего периода спокойного Солнца не будет, на нем что-то обязательно произойдет. Риск радиационного поражения или повреждения велик. Как защититься? С.П. Королев думал о полете на Марс, рассматривалось предложение о защите водой из нее получается хороший экран. Однако это можно использовать при полете туда, а обратно? К сожалению, такого рода проблемы пока не решены. В аппарате Фобос, который сейчас лежит где-то на дне Тихого океана, были радиационные приборы-дозиметры, которые должны были работать до Марса, покрутиться там полгода, а затем передать информацию о накопленной дозе. Кроме того, было несколько колоний микроорганизмов, которые должны были долететь до Марса и вернуться обратно, и мы смогли бы увидеть, как воздействует радиация на них. Эксперименты интересные, но пока они не получились, однако мы планируем продолжать такие радиационные биологические исследования в будущих проектах.
- Вопрос как к вице-президенту РАН, которому предстоит курировать в академии космическое направление: что с астероидной опасностью, о которой сегодня модно говорить? Что вы о ней думаете?
- К этой проблеме отношусь философски. Без падения астероидов жизни на Земле не было бы. Во-первых, кометы принесли на планету воду. Во-вторых, если бы по Земле не ударил астероид и динозавры не погибли бы, то человек мог бы и не появиться.
- Это 65 млн лет назад?
- Да. Та катастрофа фактически очистила место для нового биологического вида, к которому мы с вами принадлежим. Мы постоянно живем в астероидном страхе, а это неверно. Нет ни одного задокументированного факта гибели человека от метеорита, т.е. люди гибнут от всего, кроме астероидов. Их нужно изучать, но не защищаться, так как человечество пока не может этого сделать. Есть множество фантастических сценариев, прекрасных фильмов, где люди уничтожают все опасности, идущие из космоса, и спасают Землю. Но пока это возможно лишь в кино. Думаю, что это не самая большая опасность, которая грозит человечеству.
- Пожалуй. Есть опасности сугубо земные, которые постоянно нас преследуют. Но вернемся к космосу. Меня поражает ваша увлеченность глубинами Вселенной, процессами, которые там происходят. Я сужу по тем лекциям, которые вы читаете студентам.
- Раньше я в основном занимался Солнцем, магнитным полем Земли, однако в последнее десятилетие, когда я стал директором института, надо было посмотреть шире. Существует три загадки: как образовались Вселенная, Солнечная система и как возникла жизнь. Эти вопросы интересуют каждого человека. Есть ответ в религиозной плоскости, и какая-та правда в этом ответе заключена, однако наличествует и научная точка зрения. Многие ученые изучают первое мгновение образования Вселенной, но меня больше интересует, что произошло дальше. Поскольку я занимаюсь планетами, Марсом, Луной, то мне интересно, как они возникли. Имея данные только о Солнечной системе, мы этого не поймем. Открытие других планетных систем во Вселенной это заслуга нашего времени.
К сожалению, такие чрезвычайно тонкие измерения мы проводить не можем в этой области мы отстали от западных стран очень сильно; но это не мешает нам анализировать получаемые данные, а они крайне интересны. Раньше можно было наблюдать планеты размером с Юпитер, некоторые из них находились близко к своей звезде, и это говорило о том, что такие системы образовались как-то иначе, чем наша. Сегодня мы можем наблюдать планеты, соизмеримые с Землей и находящиеся на таком же расстоянии от своих звезд, удается также получить информацию об атмосферах этих планет, поэтому можно утверждать, что там не исключена жизнь, аналогичная нашей. Буквально не по дням, а по часам мы накапливаем информацию о сотнях таких планет. Изучая их, мы лучше понимаем, что происходило с Солнечной системой и какие условия на первом этапе ее возникновения помогли образоваться нашим планетам.
- Можно ли утверждать, что во второй половине ХХ в. и в наше время произошел взрыв открытий в астрофизике - и случилось это благодаря единению наземных и космических исследований?
- Безусловно. Многие проблемы можно решать с Земли, но астрономией лучше заниматься в космосе. Выводить на орбиты крупные инструменты тяжело, но это делать нужно. Стратегическое направление в пилотируемой космонавтике создание базы на Луне.
- Это фантастика!
- Почему же? Это уже реальность.
Интервью подготовлено для журнала "В мире науки"

ВСЕЛЕННАЯ И МЫ

Что там, в глубинах Вселенной?

Как возник мир? По каким законам развивается Вселенная? Сколько ей лет и какова продолжительность её будущего существования? Не одно столетие человечество занимают эти вопросы. Сегодня наука достигла таких высот, что, кажется, вот-вот даст на них ответы. Так ли это? Мы попросили прояснить ситуацию доктора физико-математических наук, профессора Научно-исследовательского ядерного университета «МИФИ» С.Г. РУБИНА.

– Сергей Георгиевич, как известно, самой распространённой теорией возникновения Вселенной считается теория Большого взрыва. Объясните, пожалуйста, в чём её суть. Многие, хотя и знают, что она существует, плохо представляют себе, что это такое.

– Знаете, современная наука, хотя и не решила окончательно вопрос о происхождении Вселенной, продвинулась так далеко, что человеческого воображения уже не хватает, чтобы представить суть некоторых научных открытий. То же и с теорией Большого взрыва. Поскольку наш мозг формировался миллионы лет в определённых условиях (малые скорости, слабая гравитация, макроскопические размеры), нам очень трудно принять, что пространство и время изначально возникли в микроскопической области, что Вселенная постоянно расширяется и так далее. Не могут себе этого зримо представить и учёные, но у них, помимо воображения, есть ещё один инструмент, которого лишены люди, не связанные с наукой, – это хорошо проверенные уравнения. Именно они доказывают, что до Большого взрыва существовало некое поле, обладавшее рядом физических свойств, в том числе и плотностью энергии. Согласно квантовой теории, флуктуации этого поля постоянно возникают как в прошлом, так и в настоящем. Так вот, лет тридцать-сорок назад выяснилось, что при некоторых видах флуктуаций поля возникает расширение пространства, причём в первый момент процесс расширения имел огромную скорость. В науке это называется инфляцией. Соответственно плотность энергии поля, внутри которого происходила инфляция, начала быстро уменьшаться, порождая энергичные частицы (именно из них потом и образовались все небесные тела). Это означало рост температуры во Вселенной, поскольку известно, температура системы пропорциональна характерной энергии его частиц. Вот этот процесс, который для нас, современных наблюдателей, кажется единым мгновением и называется Большим взрывом. И с этого момента пространство продолжало расширяться, замедляясь, температура постепенно понижалась, а примерно через 13,6–13,7 миллиарда лет появился на Земле человек.

– Но как возникло вот это первоначальное поле и в каких условиях оно существовало, если тогда не было ни пространства, ни времени – в нашем понимании?

– На этот вопрос у науки нет ответа. Возможно, поле существовало всегда, возможно, оно когда-то возникло по неведомым нам причинам… Единственное, что мы знаем точно, – оно существовало до возникновения Вселенной и существует до сих пор, продолжая постоянно флуктуировать. Также нет ответа на вопрос о том, в каких условиях оно существовало: мы не знаем уравнений, которые могут их описать, а значит, можно только гадать. А всё, что может существовать только на уровне догадок, наука в расчёт не принимает.

– А помимо математических расчётов есть какие-то аргументы, подтверждающие теорию Большого взрыва?

– Ну конечно! Любой уважающий себя физик всё время проверяет свои уравнения на практике. Например, в 1960‑х годах было открыто реликтовое излучение, которое доказало, что Вселенная раньше была очень горячей, а потом стала охлаждаться за счёт расширения. А вот ещё одно доказательство: звёзд старше тринадцати миллиардов лет не обнаружено. Более того, если бы Вселенная существовала вечно, звёзды не могли бы образовываться, по крайней мере, в том виде, в каком они существуют сейчас. Потому что любая звезда состоит в основном из водорода, который постепенно перерабатывается в гелий. То есть водорода уже давно не осталось бы. Ну и наконец, теорию подтверждают расчёты на мощных компьютерах, в коде которых воссоздаются условия Большого взрыва, и они, опираясь на эти данные, моделируют то же распределение галактик, какое существует на самом деле.

– Но ведь есть альтернативные теории? Например, теория пульсирующей Вселенной…

– Да, такая теория есть и её разрабатывают серьёзные учёные. Согласно ей, наша Вселенная существует вечно, то расширяясь в пространстве до своего максимума, то сжимаясь обратно и уничтожая всё существующее в ней. Но я этой теорией никогда не занимался и, честно говоря, считаю её не слишком перспективной. Что же до других альтернативных теорий, то вероятность их корректности мала.

– Интересно, что теории Большого взрыва доверяют не только светские учёные. К ней положительно относятся Католическая и Православная Церкви – по их мнению, она не опровергает возможности сотворения мира Богом.

– Я с большим уважением отношусь ко всем религиям и к верующим людям. Но для меня как для физика нет понятия веры, есть лишь понятие вероятности. И если мы хотим определить степень вероятности существования Бога, необходимо определиться с предметом разговора, ответить на вопрос – какими свойствами обладает сущность, которую мы называем Богом. Может ли Он нарушать законы природы? Продолжает ли Он за нами, грешными, наблюдать и карать за проступки? Если да, то зачем, каким образом? Конечно, вероятность того, что первопричина возникновения нашей Вселенной – Бог, остаётся, но, по моему мнению, она крайне мала. И чем бóльшим количеством свойств, подобных тем, что я только что назвал, мы Его наделяем, тем меньше шансов (на мой взгляд!), что Бог существует, то есть вероятность падает практически до нуля. Но, как известно, вера – явление самодостаточное, научного обоснования ей не требуется, так что верить в Бога или нет – личное дело каждого.

– Конечно, вы правы, вопрос веры каждый решает сам для себя. Но если принять атеистическую точку зрения, то получается, что возникновение Вселенной – чистая случайность?

– Совершенно верно.

– Но тогда почему в ней всё настолько упорядочено, гармонично? Ведь случайность ассоциируется скорее с хаосом.

– Замечательный вопрос. Над ним размышляют многие учёные. Действительно, такая случайность поначалу кажется невероятной. Однако все мы когда-нибудь видели, как из небольшой трещинки на заасфальтированной площади пробивается на свет одинокий цветочек. Спрашивается, как же семя, из которого он вырос, ухитрилось попасть именно в эту трещину? Но вопрос снимается, как только мы понимаем, что это было одно из тысячи семян, большинство которых погибло на асфальте.

Да и по поводу гармонии природы у меня большие сомнения. Практически каждый человек чем-нибудь да болен. Мир животных жесток – всё время идёт борьба за выживание. Идеальные природные условия для существования реализуются крайне редко и т. д.

– Не хотите ли вы сказать, что наша Вселенная образовалась в результате одной из тысяч случайных реакций, большинство из которых ни к чему не привели?

– Именно! Только не тысяч – многих миллиардов! Наша Вселенная – всего лишь одна из бесконечного числа Вселенных с самыми разными свойствами. Все они возникают в результате различных флуктуаций. В подавляющем большинстве Вселенных ничего зародиться не может, они пустые. А вот наше поле сфлуктуировало так, что возникли условия для зарождения жизни.

– В связи с этим хочется задать другой вопрос – вы в инопланетян верите?

– Повторюсь, слово «вера» – не из лексикона учёных. Только в нашей Галактике порядка 100 миллиардов звёзд. Вокруг большинства вращаются планеты. Очевидно, что на многих из них имеются условия, аналогичные Земным. Ну а одинаковые условия приводят к одинаковым результатам – разум на них должен зародиться. Так что уверен с высокой вероятностью, что наша планета далеко не единственная, на которой возникла жизнь, и в нашей Вселенной, помимо Земли, существует множество других цивилизаций.

– А почему же тогда до сих пор нет никаких реальных подтверждений этому?

– Это как раз очень тревожит современных учёных. Ведь многие из этих цивилизаций намного древнее нас, может быть, они уже погибли. А может быть, они о нас знают, но мы им просто не интересны. Ведь представьте только, насколько они более развиты, чем мы, если их цивилизация на несколько миллиардов лет древнее нашей? Не исключено даже, что эти цивилизации и выполняют для нас те самые функции Бога, о которых мы с вами говорили.

– То есть жизнь на Земле, возможно, инопланетного происхождения?

– Вполне возможно. Но проблемы существования Бога это всё равно не решает, ведь те цивилизации тоже как-то возникли.

– Надеюсь, что мы встретимся с инопланетными братьями раньше, чем придёт конец земной цивилизации… Кстати, раз уж конец света не случился 21 декабря, как нам предрекали, то будет ли он вообще?

– Ну, если говорить о конце света как о гибели Вселенной, то это произойдёт очень нескоро – через много миллиардов лет. И скорее всего причиной тому станет чрезмерное расширение и, как результат, – охлаждение, при котором ни движение небесных тел, ни тем более какая-либо жизнь станут невозможны.

– Я недавно прочла, что этот процесс объясняется действием некой тёмной энергии, которой противостоит тёмная материя. Не могли бы вы пояснить, что это за феномены такие?

– Тёмная материя была открыта несколько десятков лет назад в результате наблюдения за движением звёзд в галактике. Было обнаружено, что звёзды движутся так, будто помимо них самих существует нечто, создающее дополнительное гравитационное притяжение. И вот это самое нечто и получило название «тёмная материя», потому что никто не знал, что это такое. Сейчас предполагается, что тёмная материя – это некие частицы, которым присущи два особых свойства: они очень массивные и практически не взаимодействуют с окружающей средой, что делает их невидимыми.

Тем не менее они повсеместно присутствуют, поэтому учёные не теряют надежду их всё-таки найти. Кто первый найдёт – тот и нобелевский лауреат.

– А тёмная энергия?

– С ней сложнее. Тёмную энергию обнаружили в 1998 году, и оказалось, что именно она составляет около 70 процентов всей существующей плотности энергии. Если коротко, то тёмная энергия создаётся полем, которое очень равномерно распределено по всему пространству Вселенной, что само по себе весьма странно. Но ещё более странно, что в этом поле отсутствуют какие-либо колебания, только чистая энергия, пребывающая в стационарном состоянии. Почему – существует множество версий, но точного ответа пока никто не знает.

– Но тёмная энергия как-то воздействует на Вселенную?

– Говоря простым языком, она заставляет далёкие галактики разбегаться все дальше, причём с небольшим ускорением. Если бы тёмной энергии не было, то на каком-то этапе расширение Вселенной замедлилось бы до минимума. А так пространство расширяется всё с бóльшим ускорением, скопления галактик разлетаются всё дальше, температура во Вселенной понижается. В конце концов небесные тела остынут. Впрочем, как я уже говорил, до этого ещё миллиарды лет.

– Это обнадёживает! Но то Вселенная, а как насчёт нашего земного шарика? Ему-то сколько осталось?

– Да столько же, сколько будет светить наша звезда – Солнце. Ведь опасностей из космоса не так много. Исследования же Солнца свидетельствуют, что ещё примерно 5 миллиардов лет оно наверняка будет функционировать в том же режиме, что и сейчас. Не погаснет и не начнёт греть нас слишком сильно. Большой метеорит, конечно, может уничтожить жизнь на Земле, но учёные контролируют движение крупных небесных тел, и в случае возникновения опасности мы сможем её предотвратить уже в недалёком будущем. Так что главная опасность исходит от нас же самих. И день конца света в первую очередь зависит от того, насколько бережно мы будем относиться к миру, в котором оказались по счастливой случайности…

– От себя добавлю – случайность, которая, несмотря ни на что, так похожа на чудо…

Беседовала Марианна МАРГОВСКАЯ

От миниатюрных чёрных дыр до полного искажения материи и понятия пространство-время, от галактик, поглощающих друг друга, до материи, не имеющей массы, которую нельзя ни увидеть, ни вычислить, используя современные технологии и новейшие компьютеры, — таковы лишь некоторые космические секреты, неподдающиеся натиску человеческого разума, в необъятном космосе есть огромное количество необъяснимых загадок, напомним вам о некоторых из них.

КВАЗАРЫ

Яркие маяки светят и сигналят нам от самого далёкого края видимой части Вселенной, что настойчиво напоминает нашим учёным о космическом хаосе и младенческом возрасте нашей родной галактики. Эти сигнальные огни мы называем квазарами, в чью компетенцию входит способность излучать такое количество энергии, которое сопоставимо с сотнями галактик одновременно. Но главный вывод, сделанный мировым сообществом учёных, заключается в том, что квазары есть ни что иное, как чудовищные чёрные дыры в самом сердце бесконечно далёких галактик. Одного из этих космических монстров удалось запечатлеть на фотоплёнку ещё в 1979 году, его кодовое имя ЗС 273.

Квантовая физика объясняет нам, что, противореча собственному внешнему облику, пустые пространства являются целыми виртуальными заводами по производству субатомных частиц, которые беспрерывно там создаются и тут же уничтожаются. Быстрые частицы заполняют каждый кубический сантиметр Вселенной, принося с собой определённое количество энергии, которая, согласно закону относительности, создаёт там антигравитационные силы, пытающиеся разорвать космос на части, расширить его. Но, увы, никто не знает, что же заставляет увеличивать и ускорять такую экспансию Вселенной…

АНТИВЕЩЕСТВО И ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ

Теперь коснёмся другой загадки, называемой антиматерия (антивещество). Частицы и молекулы, составляющие обычную материю, из коей состоят все земные и космические вещества и тела, имеют противоположную версию самих себя. К примеру, электроны (основные структурные элементы всякого вещества) несут в себе отрицательный заряд. Но их эквивалент антивещества — позитрон — имеет положительный. Поэтому материя и антиматерия аннигилируют, когда сталкиваются в пространстве, а их массы конвертируются в чистую энергию, согласно уравнению Эйнштейна Е=mс2. Вот поэтому космические межпланетные корабли будущего уже сейчас проектируются с прицелом на энергию антивещества.

Изумление у нас вызывают и миниатюрные чёрные дыры. Если радикально новая теория силы тяготения «бесконечного мира» (braneworld) верна, тогда по всему пространству нашей галактики (а может, и Вселенной) разбросано невероятное количество миниатюрных чёрных дыр, размеры которых не превышают габаритов атомного ядра. Однако в отличие от своих «глобальных» собратьев эти миниатюрные чёрные дыры изначально являют собой остаток и отголосок теории «Большого взрыва». Миниатюрные чёрные дыры влияют на пространство-время совершенно иным образом, из-за их близкого «родства» с пятым измерением.

И если уж мы упомянули теорию «большого взрыва», то здесь будет уместно напомнить всем об истоках космического микроволнового излучения. Это излучение — последствие самого «Большого взрыва», который зародился во Вселенной. Впервые его обнаружили в 60-х годах прошлого века по радиошумам, исходившим, как тогда показалось, из всех точек Космоса. Учёные посчитали, что излучение космических микроволн — лучшее подтверждение теории «Большого взрыва», которая только может существовать. Последние измерения показали, что температура в районах микроволнового излучения равна -270° по Цельсию.

Темной загадкой представляется нам и тёмная материя, которой в космосе огромное количество. Но её пока нельзя ни видеть, ни вычислить всеми доступными нам способами, используя даже самое последнее оборудование. Кандидатами на составную часть тёмной материи являются нейтрино (стабильная незаряженная элементарная частица с нулевой массой). Именно они считаются составной частью чёрных дыр. Некоторые учёные задаются вопросом: чёрная материя вообще-то реальна? Они полагают, что разгадка этой задачи лежит в области иного рассмотрения и понимания теории гравитации.

ЗЕМНЫЕ СТРАСТИ КОСМОСА

Вплоть до 90-х годов прошлого столетия мы знали только о близких нам планетах нашей солнечной системы. Но прошло совсем немного времени, и астрономы идентифицировали уже более 190 планет, находящихся вне солнечной системы. Планеты сильно разнятся по своим размерам и физическим данным, от гигантских газовых шаров до самых минимальных, чью орбиту даже невозможно вычислить. Но поиски новой (или второй) Земли пока к положительным результатам не привели. Однако астрономы уверены, что новейшие технологии позволят учёным обнаружить миры, схожие с нашей земной жизнью.

Волны гравитации подобны складкам на тканом материале. Именно так они представляются специалистам согласно теории относительности Альберта Эйнштейна. Волны гравитации распространяются со скоростью света, но они очень слабы. Специалисты надеются вычислить их уже в момент их образования во время любого серьёзного космического события. К примеру, в момент их поглощения одной из чёрных дыр Вселенной.

Уже созданы установки, которые смогут запечатлеть такое событие.

Кстати, такие явления (поглощения иных планет чёрной дырой) называются сегодня красивым словосочетанием — галактический каннибализм.

Как и на Земле, в космосе происходит борьба за выживание. Одна галактика пожирает другую, продолжая развиваться и со временем эволюционировать. Ближайшая соседка Млечного Пути — Андромеда «обедает» в данное время со своими сателлитами. Более чем дюжина звёздных скоплений разбросаны в туманности Андромеды, они являются всего лишь останками её предыдущих питательных процессов.

Учёные попытались компьютерно обрисовать галактическое столкновение Андромеды с нашей галактикой, которую астрономы ожидают в ближайшие 3 млрд лет. Впечатляющая получилась картина!

Тайной покрыто и малоизвестное нам нейтрино — стабильная незаряженная элементарная частица с нулевой массой, которая может беспрепятственно преодолевать любые расстояния. Некоторые из них прошли сквозь ваше тело, пока вы читаете эту статью, между прочим. Эти частицы возникли в глобальных котельных сгорающих здоровых звёзд или при суперновых галактических взрывах, погибающих звёзд. Детекторы нейтрино сейчас устанавливаются в глубинах мирового океана, согласно новому проекту IceCube. Некоторые такие детекторы крепятся к днищам огромных ледяных айсбергов. А результаты данных работ скоро станут нам известны.

И это лишь некоторые загадки космоса, которые человеку предстоит раскрыть в будущем.