Физика теория большого взрыва: Классическая теория Большого взрыва поставлена под сомнение |

Содержание

кто переводил шутки физиков из знаменитого сериала

Авторизация
Регистрация

Сброс пароля

Подпишитесь на
«СР-КУРЬЕР»
Быстрая и маленькая, как атом, газета — доставляем свежие новости из «Росатома», России и мира прямиком в ваш почтовый ящик

Больше не показывать

Вы знаете больше и готовы рассказать?

У вас есть интересная история или вы знаете больше о теме, по которой мы уже выпустили материал. Поделитесь с СР любой идеей. Ждем ваших сообщений!

Прикрепить файл

Отправить

Поклонники сериала «Теория Большого взрыва» и желающие больше узнать о загадочных частицах нейтрино собрались 27 июня в московском кафе «Биг Бэнг», чтобы пообщаться с Марком Ширченко. Научный сотрудник лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований занимается физикой нейтрино и восемь лет переводил научные шутки для знаменитого сериала о жизни талантливых физиков. На «Бранче с ученым», который регулярно проводит Политехнический музей, было интересно. «СР» выбрала яркие цитаты.

О сериале и его героях

Образы Шелдона и Леонарда, конечно, сильно утрированы, но есть
похожие моменты. Физики часто зациклены на каких-то вещах и могут
высокомерно смотреть на тех, кто физику не понимает.

***

Я большой фанат сериала, как и почти все научники, кого
я знаю. Я смотрел этот прекрасный фильм, и меня дико бесили
первые три сезона, потому что реплики на тему физики там были переведены
из рук вон плохо. Первые три сезона потом переозвучили. Меня добила ошибка
в серии про викторину. Они там говорят: «Назовите самый светлый металл».
Я думаю — что за ерунда? А по-английски было
lightest, самый легкий металл. Я написал переводчикам и предложил
помощь.

***

Всю физику знать невозможно. Поэтому иногда приходилось даже
в «Википедию» залезать, научные статьи почитывать. До сериала мне
было совершенно плевать на суперструны, а после стало интересно,
я даже стал читать про них — правда, больше популярное.

***

Суперасимметрии, за которую Шелдон получил Нобелевку,
не существует. Физики очень любят стройные теории, которые все бы
разложили по полочкам, и суперсимметрия стала бы такой теорией.
Она пока не создана целиком, но физикам очень нравится и приближения
к ней есть. Шутка тут в том, что суперасимметрия все это сломает.
И это очень здорово.

***

Шелдон к последнему сезону стал более человечным. Вот стал ли я лучше как человек после работы над сериалом — вопрос точно не ко мне. Вопрос к коллегам, которых я периодически покидал, чтобы переводить новые серии. Но я точно стал более публичным, меня начали звать на вот такие мероприятия. А сейчас нейтрино стал горячей темой.

«БРАНЧ С УЧЕНЫМ»

Проект Политехнического музея в рамках программы «Политех в городе». Бранч проходит каждые две недели как неформальная встреча с учеными в московских барах и кафе. Вход на мероприятия бесплатный, а записи трансляций музей выкладывает на свой youtube-канал.

О загадках нейтрино

Была такая штука — бета-распад. Система достаточно простая,
как будто два бильярдных шара разлетелись. Очень легко посчитать, какое должно
быть конечное состояние у электрона. Каково же было удивление
физиков, когда они все это померили и поняли, что энергия электрона
не фиксированная. Она может быть почти пределом или почти нулем.
Спрашивается: куда делась энергия?

***

Это был рубеж века. Физики додумывались до страшного. Нильс Бор
вообще сказал, что закон сохранения энергии не выполняется. Вся физика
насмарку, а так ничего. Тогда предположили существование частиц, которые
уносят потерянную энергию, — нейтрино.

***

Проблема в том, что нейтрино слабо взаимодействуют. Чтобы их
поймать, нужны колоссальные источники. Одна из первых идей
была — устроить ядерный взрыв. Физики тогда масштабно мыслили.
Сегодня в качестве такого источника мы используем атомные станции.

***

Буквально лет
10–11 назад французские теоретики посчитали, сколько нейтрино должно вылетать
из реактора. Сравнили с тем, что ученые измеряют на практике,
и выяснили, что 10 % нейтрино просто исчезают. Может, плохо померили.
Может, посчитали неточно. Но теперь у нас на атомной станции
стоит большой прибор, который ездит на подъемнике от КамАЗа
и измеряет количество нейтрино. Наша задача — понять,
действительно ли количество нейтрино уменьшается.

О мышлении физиков

Если на лекции не зададут вопроса о практической пользе,
то лекция прошла зря. Представьте: занимается Кулон электричеством.
У него спрашивают: «Скажи, пожалуйста, что люди будут делать с твоим
электричеством?» Честный ответ Кулона: «Не знаю». Или берут
у старенького Резерфорда интервью в 1937 году. Его спрашивают:
«А когда у вашей радиации будет практическое применение?» Он сказал:
«Никогда». В 1937 году. За несколько лет до появления
первого ядерного реактора и ядерной бомбы. Мы занимаемся исследованиями,
и мы абсолютно уверены, что практическое применение будет. Но врать
и придумывать, каким оно будет, я думаю, мы не должны.

***

Когда мы в первый раз поехали в Швейцарию, у нас был
эксперимент с радиоактивным газом. И нужно было этот газ куда-то девать.
Швейцарцы заказали газовую ловушку, которая должна была приехать только через
два месяца. Что делать? Мы брали пакет из-под вина, присоединяли к газовой
мишени и стравливали туда газ. Через два часа радиоактивность у него
спадает.

***

Каждый человек, который приходит в науку, должен обязательно
работать с двумя типами экспериментов. В больших исследованиях,
в составе того, что называется «братской могилой», где
коллаборации — по 150–200 человек. Там можно остаться
незамеченным, но зато учишься тому, как работают в больших группах.
И в маленьких проектах из нескольких человек, когда ты сам
от истоков до публикации проводишь исследования.

***

Почему я физик? Очень простой ответ. Я больше ничего делать не умею.

КУЛЬТОВЫЕ ФРАЗЫ ИЗ СЕРИАЛА «ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА»

• «Это не квартира, это дикая воронка энтропии».

• «Когда мы убиваем в детях способность критически мыслить, говоря, что кролики появляются из шляп, мы создаем взрослых, которые верят в астрологию и гомеопатию».

• «Небольшое недопонимание? Это у Галилео и папы римского было небольшое недопонимание!»

• «Вот ты где, нейтрино, мой маленький субатомный чертенок!»

• «Посмотрите на постоянную Планка! Люди говорят, что она произвольная, но она не может быть менее произвольной, если бы она слегка изменилась — жизнь, которую мы знаем, не существовала бы… Бам!»

Есть интересная история?

Напишите нам

Какие из современных физических теорий могут соперничать с гипотезой Большого Взрыва / Наука / Независимая газета

Идея скрытой космической алгебры расширяет диапазон возможных объяснений существования мира. Иллюстрация Pixabay

«Законы физики, как мы понимаем их сегодня, допускают, что наша Вселенная образовалась из ничего – не было ни времени, ни пространства, ни частиц, ничего, о чем бы мы знали». Лоренс Краусс

Если никакая окончательная теория не сможет объяснить тайну бытия, то, как написал нобелевский лауреат, физик Стивен Вайнберг, хотя бы попытка познать Вселенную станет для нас «одной из очень немногих вещей, которые приподнимают человеческую жизнь над уровнем фарса и придают ей черты высокой трагедии». И все‑таки, откуда взялась Вселенная? Что было до Большого Взрыва? Было ли Ничто? Почему и куда оно исчезло? Идея, будто все это возникло из Ничего, противоречит логике и здравому смыслу.

Голый факт, висящий в воздухе

В философии существует два вида истины: логическая и эмпирическая. Эмпирическая истина определяется данными, полученными от органов чувств и в результате эксперимента. Именно такими истинами занимается наука. Логическая же истина, напротив, определяется только значениями слов и понятий, и закон, выражаемый такой истиной, например «среди людей есть как самый высокий, так и самый низкий человек», – является всего лишь лингвистическим законом.

Пытаясь ответить на вопрос, почему существует Вселенная, наука сталкивается с логической проблемой: если космос заключает в себе все, что физически существует, тогда научное объяснение должно включать какую‑то физическую причину, однако любая физическая причина по определению является частью той Вселенной, которую и требуется понять. Таким образом, любое научное объяснение существования Вселенной замыкается в порочный круг. Наука может проследить путь развития Вселенной вплоть до сингулярности Большого Взрыва и инфлюирующего вакуума – но в конце концов заходит в тупик. Она не в состоянии объяснить происхождение первоначального физического состояния из Ничего.

Когда ученый слышит подобную аргументацию, он обычно пожимает плечами и говорит, что Вселенная попросту существует, и баста. Представитель логического позитивизма Альфред Айер перефразировал вопрос, спрашивая, какое событие предшествовало всем событиям? И отвечал на него: «Ни одно конкретное событие не может предшествовать всем событиям, поскольку оно входит в класс всех событий и не может им предшествовать». Большинство современных философов и ученых, включая Стивена Хокинга, встают на сторону Альфреда Айера.

Вопрос о причине существования мира лежит за пределами возможностей науки, ведь научное объяснение может лишь обосновать какую‑то область пространства и времени на основе других областей и никогда не сможет охватить целиком всю реальность. Вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» скорее относится к логическим истинам, нежели к научным. Поэтому и само существование мира может быть лишь голым фактом, как бы висящим в воздухе.

Вселенная математиков

Если мы отставим в сторону гипотезу Бога, то какие варианты ответа на загадку существования мира нам остаются? Британский физик‑теоретик Стивен Хокинг разрабатывал теоретическую модель, согласно которой Вселенная, хоть и ограничена во времени, полностью содержится внутри себя самой, не имея ни начала, ни конца. Такой модели не нужен Творец – ни божественный, ни какой‑либо еще. Интуитивно мы не можем этого понять, ведь у всего, что существует, должна быть какая‑то причина и ничего не может быть причиной самому себе.

Означает ли это, что в попытках объяснения мы обречены выбирать между Богом и слепым случаем? Есть еще один подозреваемый – чистая математика. Не только космологи, но и математики размышляют о бесконечностях, кристаллических когомологиях и множествах Мандельброта, которые не существуют в нашем пространстве‑времени – то есть они нематериальны. Однако и к области сознания они тоже не относятся, ибо, ограниченный нейронной структурой мозга, ум математика никак не может вместить бесконечный ряд чисел или представить идеальные геометрические формы.

Так в каком смысле математические понятия существуют? Ответ зависит от того, что мы понимаем под словом «существование». Древнегреческий философ Платон (а с ним заодно и современный физик Роджер Пенроуз) ответил бы, что математические понятия существуют в реальности. Более того, он считал, что если математические объекты неизменны и не подвержены течению времени, то значит, более реальны, чем объекты, доступные нашему непосредственному восприятию. С точки зрения Платона, подобные математические формы и составляют истинную реальность, а все остальное – всего лишь отбрасываемая ею тень.

Разумеется, абстрактные идеи не могут использоваться в объяснении обычных причинно‑следственных связей: нельзя сказать, что число пи привело к Большому Взрыву. Однако в случае объяснения существования мира в целом стоит ли автоматически отвергать конечную причину, выраженную абстрактно и математически?

В современной науке есть одно недоказанное допущение, будто любое объяснение всегда должно включать физические объекты. Согласно этому допущению, для объяснения определенного факта (например, факта существования мира в целом) нужно прибегнуть к другим фактам физической реальности. Но что, если причину существования мира в целом следует искать в области таких не‑фактов и не‑объектов, как логические законы, математические понятия или принцип неопределенности из квантовой физики?

Идея скрытой космической алгебры расширяет диапазон возможных объяснений существования мира. Возможно, нам все‑таки не придется выбирать между Богом и Случаем. Возможно, существует некое нерелигиозное и даже ненаучное объяснение существования мира, и мы его можем обнаружить, используя не факты физической реальности, а исключительно ум.

Вселенная начинающего физика

Откуда все‑таки взялась наша Вселенная? Не указывает ли факт ее существования на действия некой высшей созидательной и интеллектуальной силы? Идея о сотворении космоса неким разумным существом может показаться примитивной, а то и просто идиотской. Теория американского физика русского происхождения Андрея Линде, которая соперничает с теорией Большого Взрыва, заявляет, что создать Вселенную не так уж трудно: это не потребует ни ресурсов космического масштаба, ни участия сверхъестественных сил. Возможно, что цивилизация, ушедшая в развитии дальше нашей, способна создать Вселенную в лаборатории (этого среди прочих боялись противники запуска Большого адронного коллайдера в Церне).

Андрей Линде утверждает, что достаточно всего 100-тысячной части грамма материи (100-миллионная доля килограмма), чтобы дать начало такой Вселенной, как наша. Этого хватит, чтобы создать маленький кусочек вакуума, который взорвется в миллиарды галактик, наблюдаемых сейчас. Именно так работает его модель: вся материя Вселенной возникает из отрицательной энергии гравитационного поля, а это поле разбрасывает ее дальше по пустому пространству, будто краску из пульверизатора. Такая теория способна объяснить, почему мир, в котором мы живем, так далек от совершенства. Нашу Вселенную сотворил не всесильный Бог, а начинающий физик!

Прежде чем углубиться в загадку существования, было бы справедливо отдать должное пустоте. Как писал немецкий философ Макс Шелер, «тот, кто не заглянул в бездну абсолютного Ничто, совершенно неспособен почувствовать невероятную радость осознавания, что существует Нечто, а не Ничто». А что, если Ничто тоже существует?

Мартин Хайдеггер переформулировал вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» в вопрос «Почему существует мир, а не единственно я?». Странно, что вроде бы вечный вопрос «Почему существует Нечто, а не Ничто?» долгое время на протяжении истории человечества никто не задавал в такой форме.

Альберт Эйнштейн был убежден, что Вселенная не только вечна, но и неизменна, и озадачен, когда, приложив общую теорию относительности к пространству‑времени как целому, обнаружил нечто совершенно противоположное: Вселенная должна или расширяться, или сжиматься. Наблюдения американского астронома Эдвина Хаббла подтвердили модель расширяющейся Вселенной и мысли Эйнштейна: оказалось, что все наблюдаемые галактики от нас удаляются.

Как теория, так и наблюдения приводили к одному и тому же выводу: когда‑то Вселенная внезапно появилась. В 1965 году два исследователя из «Белл телефон лабораторис» случайно обнаружили микроволновое излучение, которое оказалось отголоском Большого Взрыва. У Вселенной все‑таки было начало!

Был у Вселенной творец или не было, но сам факт, что она возникла в какой‑то момент в прошлом, выглядит насмешкой над идеей самодостаточного античного космоса: если нечто существует согласно собственной природе, то логично предположить, что оно вечно и неизменно. Но ко Вселенной это не относится: точно так же, как она внезапно появилась в результате Большого Взрыва, расширилась и развилась до нынешнего состояния, она может исчезнуть в неком отдаленном будущем в результате большого сжатия или тепловой смерти. Таким образом, с открытием Большого Взрыва стало труднее отмахнуться от вопроса «Почему существует Нечто, а не Ничто?».

Может быть, именно слово «ничто» как предельно абстрактное понятие делает этот вопрос современным…

Победа Нечто над Ничто

В ХХ веке в физике произошло сразу два революционных открытия. Теория относительности Эйнштейна показала, что у Вселенной было начало. Квантовая механика подвергла сомнению саму идею причины и следствия: события на атомном и субатомном уровнях происходят случайно, что нарушает классический принцип причинности и открывает принципиальную возможность возникновения Вселенной из чистой случайности.

Возможно, мир возник сам по себе из абсолютного Ничто, как в модели Андрея Линде. Все сущее может быть результатом случайной квантовой флуктуации пустоты – победа Нечто над Ничто вполне могла быть результатом слепого случая. Ведь возможно почти бесконечное множество способов существования Нечто (например, миры, где 500 измерений) и всего лишь один способ существования Ничто. Готфрид Лейбниц в свое время сделал в сторону Ничто реверанс, заметив, что Ничто проще и легче, чем Нечто. Если допустить, что все возможные миры получили равный шанс в космической лотерее, то с очень высокой вероятностью одно из многих случайных Нечто выиграет у одинокого и жестко определенного Ничто.

В классической физике, располагая полными данными о настоящем моменте, можно восстановить полную картину прошлого. Это соответствует нашему интуитивному убеждению в существовании определенного прошлого. Но квантовая физика утверждает, что при самом детальном наблюдении настоящего ненаблюдаемое прошлое неопределенно и представляет собой сумму предысторий.

В середине 1940‑х годов это коренное отличие квантовой механики от классической сформулировал Ричард Фейнман: в ньютоновской механике движущиеся предметы проходят через фильтр с двумя отверстиями строго определенным путем. Но если на фильтр направить пучок частиц (или даже одну частицу), они пройдут через эти отверстия всеми мыслимыми путями, и прямым, и через Альфу Центавра, и через соседний гастроном, пройдут в одно отверстие, выйдут через другое и снова войдут.

Вместо классического детерминизма квантовая физика имеет дело со случайностью и вероятностью. Но эта фундаментальная случайность, так беспокоившая Эйнштейна, все же поддается математическому описанию. Фейнман ввел понятие «суммы предысторий» – это все возможные пути частиц, по итогам которых мы наблюдаем результаты эксперимента. Мы не можем достоверно предсказать не только будущее, но также и прошлое – как именно частица попала в конечную точку, но мы можем рассматривать совокупность всех возможных путей. В итоге основным методом квантовой физики стала «сумма альтернативных историй», то есть учет всех путей с расчетом вероятности каждого.

А поскольку ненаблюдаемое прошлое неопределенно, а наблюдение меняет поведение системы, то выводимое из наблюдений прошлое еще и изменено по сравнению с ненаблюдаемым: наблюдая за системой, мы меняем не только ее настоящее, но и прошлое.

В каком экстремуме квантовые законы и, как следствие, исчезновение измерения времени могут проявиться на уровне Вселенной? Очевидно, когда Вселенная сравнима размерами с атомным ядром. Именно это подразумевает теория Большого Взрыва: все начинается с сингулярности – точки, в которой температура, плотность и искривление Вселенной были бесконечны. В самом начале космической истории весь мир находится в состоянии бесконечного сжатия и стянут в точку – в сингулярность. Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что форма пространства‑времени определяется распределением энергии и материи. И когда энергия и материя бесконечно сжаты, то пространство‑время тоже сжато – оно просто исчезает.

Здесь теория Эйнштейна прерывается и не может предсказать начало Вселенной и начало времени. В точке сингулярности действуют законы квантовой механики: частицы движутся всеми возможными путями, и Вселенная может иметь бесконечное множество предысторий.

Общая теория относительности объединяется с квантовой теорией: искривление времени‑пространства настолько велико, что все четыре измерения ведут себя одинаково. Иными словами, времени как особого параметра нет. А если времени нет, то нет и возможности говорить о начале Вселенной во времени, что устраняет проблему творения из Ничего.

Квантовый мыльный пузырь

Идея, что мир содержит в себе ключ к собственному существованию, а стало быть, существует по необходимости, а не в силу случайности, созвучна размышлениям метафизически настроенных физиков, таких как британский физик Роджер Пенроуз. Он считает, что без человеческого разума мир не мог бы быть причиной самого себя. Хотя на первый взгляд мы являемся лишь ничтожно малой частью космоса, именно наше сознание превращает мир как целое в реальность.

Существует даже точка зрения на появление человека, согласно которой эволюция сознательной жизни на нашей планете обусловлена подходящими мутациями. Предположительно это были квантовые события, поэтому они могли бы существовать только в виде линейной суперпозиции до тех пор, пока не довели эволюцию до мыслящих существ, самое существование которых зависит от всех «правильных» мутаций, имевших место в действительности. Именно наше присутствие, согласно этой идее, вызывает к существованию наше прошлое. Концепция называется теорией «партисипаторной» Вселенной, выдвинута она физиком Джоном Уилером в 1938 году.

В этой гипотезе, более общая версия которой называется «частным антропным принципом», реальность образована самоподдерживающейся петлей причинности: мир создает нас, а мы, в свою очередь, создаем мир.

Удивление, вызываемое в нас фактом существования Вселенной, может превратиться в восхищение, когда мы начнем понимать, что причиной ее существования являемся мы сами. Наше легкое беспокойство о хрупкости всего существующего и главенстве небытия может уступить место уверенности в том, что мир окажется гармоничным, ясным и интеллектуально надежным.

Или же, напротив, нас охватит космический ужас, когда мы осознаем, что все окружающее нас – всего лишь квантовый мыльный пузырь, появившийся в результате случайности и могущий в любой момент лопнуть, без всякого предупреждения. И тогда наше нынешнее ощущение потенциального могущества человеческой мысли может уступить место смиренному принятию пределов разума или восхищению его прыжкам и полетам – или и тому и другому одновременно.

что было до Большого взрыва?

За последние годы и десятилетия ученым удалось значительно продвинуться в понимании устройства мироздания и заглянуть в самое начало формирования Вселенной. Только если раньше точкой отсчета называли момент Горячего Большого взрыва, то сегодня все чаще говорят о стадии Инфляции, которая предшествовала ему. О том, как зарождалась наша Вселенная, мы поговорили со специалистом по квантовой гравитации и космологии — Андреем Барвинским.

Андрей Олегович Барвинский — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории теории фундаментальных взаимодействий ФИАН, специалист по квантовой гравитации и космологии

Как-то раз в беседе с одним из физиков я услышала интересный тезис: «Большой взрыв — это не начало Вселенной, а конец Инфляции». Что же это за загадочная Инфляция, которая сегодня претендует на звание полноценной теории, объясняющей то, что происходило до Горячего Большого взрыва?

В 80-х годах прошлого века сменилась парадигма в представлении о том, какова была история очень ранней Вселенной. До этого считалось, что начало Вселенной происходило от так называемого Большого взрыва: состояние, которое характеризовалось бесконечными значениями очень многих параметров, таких как температура, давление, плотность энергии и т.д. Это была стандартная модель развития Вселенной, внутренне противоречивая модель. Из-за этих противоречий в начале 80-х годов было высказано предположение, что на самом деле история Вселенной началась не с Большого взрыва, а с предыдущей эпохи, которая получила впоследствии название Инфляция. То есть представления изменились на кардинально противоположные. В Теории Инфляции начальное состояние Вселенной на самом деле описывается вакуумом (то есть состоянием как гравитационного поля, так и других материальных полей, заполняющих Вселенную) с нулевой энергией, с нулевой температурой: самое низшее состояние вещества и материи во Вселенной, если отсчитывать по масштабу энергии.

«Вакуум — это состояние поля или состояние вещества. Такое состояние не является мертвым, отсутствием чего бы то ни было. Согласно квантовой теории поля, там всегда существуют так называемые нулевые вакуумные флуктуации (прим.: флуктуации — колебания, случайные отклонения от среднего). И вот было высказано предположение, что на самом деле формирование эволюции Вселенной начиналось из вакуумного состояния»

Развитие и динамика упомянутых флуктуаций в конечном итоге привели к формированию крупномасштабной структуры Вселенной. То есть Инфляционная стадия, которая начинается из такого квантового состояния материи и гравитационного поля, приводит к формированию всей наблюдаемой крупномасштабной структуры Вселенной. Пионерский вклад в развитие подобных идей внесли Алексей Старобинский (сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау), Вячеслав Муханов (в прошлом сотрудник Института ядерных исследований, а ныне профессор Университета Людвига-Максимилина в Мюнхене) и ныне ушедший Геннадий Чибисов (в прошлом сотрудник Теоретического отдела ФИАН), а также Андрей Линде (в прошлом также сотрудник Теоретического отдела ФИАН, а ныне профессор Стэнфордского университета).

Инфляция подразумевает экстремально быстрое расширение Вселенной, которое и зажгло тот самый «космический огонь», породив Большой взрыв. А что послужило начальным условием?

В настоящее время существует несколько моделей, описывающих начальные условия появления Инфляции. Стадия происхождения Инфляции является еще более гипотетической, чем сама Инфляционная модель, в отличие от Большого взрыва, который сегодня — уже неоспоримый факт.

«Предполагается, что вакуум (как состояние) не появился откуда-то, а был задан в качестве начального условия. Другой вопрос, а как обосновать появление таких изначальных условий? Существуют три фундаментальных модели: волновая функция Хартла – Хокинга, модель туннелирующей волновой функции Вселенной (эту идею придумал Александр Виленкин, будучи сторожем Харьковского зоопарка, сейчас он профессор Университета Тафта в Бостоне) и замена чистого квантового состояния Вселенной на ее матрицу плотности (понятие матрицы плотности было введено на заре существования квантовой механики Львом Ландау)»

Именно последнюю идею я считаю наиболее продуктивной. В чем ее суть? Может существовать особый класс квантовых состояний физических систем, который описывается матрицей плотности. Исходя из этого, можно сформулировать начальное состояние Вселенной в виде матрицы плотности, это предложение не требует никаких дополнительных ограничительных принципов: то есть здесь, в отличие от, скажем, идеи Хартла – Хокинга, не требуется выбирать какое-то конкретное вакуумное состояние. Здесь начальным состоянием Вселенной было что-то вроде «белого шума», когда с равной вероятностью вносили вклады все возможные состояния физической системы, это гипотеза о равнораспределении, когда система находилась одновременно в самых разных состояниях, а не только в вакуумном. В ходе динамической эволюции этой системы могут выделяться какие-то отдельные состояния, из которых в итоге можем появиться и мы с вами.

Схема расширения Вселенной. © NASA.

Пространство-время появилось вместе с Большим взрывом или раньше?

Здесь можно вспомнить о концепции, которая на самом деле существовала и у древних теологов, таких, например, как Блаженный Августин, который предположил, что наша Вселенная родилась не во времени, а появилась одновременно с возникновением понятия времени. Идея туннелирования Вселенной из классически запрещенного состояния, о чем я упоминал выше, в каком-то смысле говорит о том, что само понятие времени является частью проблемы начальных условий. Понятие пространства-времени безусловно применимо и к Инфляционной стадии, предшествующей Большому взрыву, иначе мы бы не смогли описать эту стадию. То есть понятие пространства-времени возникает вместе с появлением Вселенной как таковой. Синонимом как туннелирующей волновой функции, так и волновой функции Хартла – Хокинга, является происхождение Вселенной из точки (которая геометрически описывается вполне определенным образом), она является началом отсчета времени, которое сначала являлось мнимым (или Евклидовым), но в какой-то момент стало вещественным.

Теорию Инфляции можно как-то подтвердить?

Даже сегодня она уже подтверждается экспериментально с большой степенью точности, но там есть один качественный скачок, который ждет современную прецезионную космологию. Чтобы добиться окончательного подтверждения Инфляции, нужно уметь разделить в инфляционных спектрах вклады двух сущностей: скалярные возмущения и гравитационный вклад.

Карта микроволнового реликтового излучения по данным спутника WMAP. Цветом показано отличие от средней температуры. Изображение с сайта space.mit.edu

То есть гравитация снова становится камнем преткновения?

Я бы так не сказал. Просто дело в том, что амплитуда гравитационного сигнала намного меньше, чем вклад амплитуды скалярного возмущения, связанного с неоднородностями плотности энергии начальной Вселенной. В будущем ученым предстоит измерить вклад гравитационного сигнала в реликтовое излучение, фотоны которого несут на себе отпечаток Инфляции: первичные неоднородности на стадии инфляции, которые породил вакуум, мы можем видеть в том самом реликтовом излучении, открытом в 1965-м году.

Что вас, как ученого, больше всего удивляет в поведении, свойствах Вселенной?

То, что Инфляция и космологическое расширение, позволяют объединить явления, которые принадлежат к совершенно различным масштабам энергий. То есть можно установить связь между микроструктурой материи (например, размером меньше, чем ядро атома) и явлениями крупномасштабной структуры Вселенной (одна десятая доля всего размера наблюдаемой части Вселенной). Или, например, установить связь между массой Хиггсовского бозона, с одной стороны, и амплитудой и спектром реликтового излучения.

«Инфляция – это такой колоссальный микроскоп, который позволяет смотреть как внутрь микроструктуры вещества, так и на макроструктуру Вселенной, и устанавливать между ними связь»

Представьте, что вам удалось встретиться со Вселенной с глазу на глаз и задать ей только один вопрос. О чем бы вы спросили?

Я бы спросил, верна ли идея матрицы плотности Вселенной.

И, если она верна, то была бы решена загадка начальных условий появления Вселенной?

В существенной степени да! Эта концепция, альтернативная как волновой функции Хартла-Хокинга, так и туннелирующей волновой функции, мне очень нравится. Она позволяет в духе философской бритвы Оккама отказаться от лишних посылок в системе первопринципов теории и, основываясь на принципе универсального равнораспределения, прийти к интересным физическим выводам. В частности, эта концепция на новом уровне, как отрицание отрицания, возрождает идею Большого Взрыва, предшествовавшего Инфляции, но (в отличие от старого его понимания) характеризующегося конечными значениями физических параметров (таких как температура, плотность энергии и т.д.) и поэтому рационально объяснимыми в рамках математики. Как говорил создатель квантовой теории Поль Дирак: «Физический закон должен быть математически прекрасен».

Беседовала Янина Хужина

Что такое Теория большого взрыва?

Карта фонового излучения, оставшегося после Большого взрыва, сделанная в 2013 году космическим кораблем ЕКА «Планк», запечатлела самый старый свет во Вселенной. Эта информация помогает астрономам определить возраст Вселенной.
(Изображение предоставлено ESA и Planck Collaboration.)

Что такое Большой взрыв?

Теория Большого Взрыва — ведущее объяснение того, как возникла Вселенная. Проще говоря, в нем говорится, что вселенная, какой мы ее знаем, началась с бесконечно горячей и плотной единственной точки, которая раздувалась и растягивалась — сначала с невообразимой скоростью, а затем с более измеримой скоростью — в течение следующих 13,8 миллиардов лет до все еще расширяющегося космоса. что мы знаем сегодня.

Существующие технологии еще не позволяют астрономам в буквальном смысле заглянуть в историю рождения Вселенной, многое из того, что мы знаем о Большом Взрыве, основано на математических формулах и моделях. Однако астрономы могут увидеть «эхо» расширения через явление, известное как космический микроволновый фон.

В то время как большинство астрономического сообщества принимает теорию, есть некоторые теоретики, у которых есть альтернативные объяснения помимо Большого Взрыва — такие как вечная инфляция или колеблющаяся Вселенная. -32 секунды, согласно исследованию 9 физика Алана Гута.0021 Теория 1980 года , которая навсегда изменила наши представления о Большом Взрыве.

Когда космическая инфляция подошла к внезапному и все еще загадочному концу, закрепились более классические описания Большого Взрыва. Поток материи и излучения, известный как «повторный нагрев», начал заселять нашу вселенную теми веществами, которые мы знаем сегодня: частицами, атомами, веществами, которые станут звездами и галактиками, и так далее.

Изображения Хаббла показывают далекую галактику GN-z11, какой она была вскоре после Большого взрыва (Изображение предоставлено НАСА)

Все это произошло всего за первую секунду после зарождения Вселенной, когда температура всего вокруг была еще безумно высокой, около 10 миллиардов градусов по Фаренгейту (5,5 миллиарда по Цельсию), по данным НАСА . Космос теперь содержал огромное количество фундаментальных частиц, таких как нейтроны, электроны и протоны — сырье, которое станет строительным материалом для всего, что существует сегодня.

Этот ранний «суп» было невозможно увидеть, потому что он не мог удерживать видимый свет. «Свободные электроны заставили бы свет (фотоны) рассеиваться так же, как солнечный свет рассеивается каплями воды в облаках», — заявило НАСА. Однако со временем эти свободные электроны встретились с ядрами и создали нейтральные атомы или атомы с равными положительными и отрицательными электрическими зарядами.

Это позволило свету наконец пролиться через 380 000 лет после Большого Взрыва.

Этот свет, который иногда называют «послесвечением» Большого взрыва, более правильно называют космическим микроволновым фоном (CMB). Впервые он был предсказан Ральфом Альфером и другими учеными в 1948 году, но обнаружен лишь случайно почти 20 лет спустя.

Связанный: Изображения: Взгляд назад на Большой взрыв и раннюю Вселенную

Это случайное открытие произошло, когда Арно Пензиас и Роберт Уилсон, оба из Bell Telephone Laboratories в Нью-Джерси, строили радиоприемник в 1919 году. По данным НАСА, температура достигла 65°С и поднялась выше ожидаемой (откроется в новой вкладке). Сначала они подумали, что аномалия возникла из-за того, что голуби пытались устроиться внутри антенны и их экскременты, но они убрали беспорядок и убили голубей , и аномалия не исчезла.

Одновременно команда Принстонского университета под руководством Роберта Дике пыталась найти доказательства реликтового излучения и поняла, что Пензиас и Уилсон наткнулись на них своими странными наблюдениями. Обе группы опубликовали статьи в Astrophysical Journal в 1919 г.65.

Реконструкция младенчества Вселенной

Поскольку мы не можем увидеть ее напрямую, ученые пытались выяснить, как «увидеть» Большой взрыв с помощью других мер. В одном случае космологи нажимают кнопку перемотки назад (открывается в новой вкладке), чтобы добраться до первого момента после Большого взрыва, моделируя 4000 версий текущей Вселенной на огромном суперкомпьютере.

«Мы пытаемся сделать что-то вроде угадывания детской фотографии нашей Вселенной по последнему снимку», — написал руководитель исследования Масато Ширасаки, космолог из Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), в электронном письме Live Science.

С тем, что известно о Вселенной сегодня, исследователи в этом исследовании 2021 года сравнили свое понимание того, как гравитационные силы взаимодействовали в изначальной Вселенной, с тысячами вселенных, смоделированных на компьютере. Если бы они могли предсказать начальные условия своих виртуальных вселенных, они надеялись, что смогут точно предсказать, как могла выглядеть наша собственная вселенная в самом начале.

Другие исследователи избрали другие пути для изучения происхождения нашей вселенной.

В исследовании 2020 года исследователи сделали это, исследуя раскол между материей и антиматерией. В исследовании, еще не прошедшем экспертную оценку, они предположили, что дисбаланс количества материи и антиматерии во Вселенной связан с огромным количеством темной материи во Вселенной, неизвестной субстанции, которая оказывает влияние на гравитацию, но не взаимодействует с ней. со светом. Они предположили, что в критические моменты сразу после Большого взрыва Вселенная, возможно, была вынуждена производить больше материи, чем антиматерии, что затем могло привести к образованию темной материи .

Подробнее: Что было до Большого Взрыва?

Возраст Вселенной

Художественное представление космического корабля «Планк» Европейского космического агентства. Основная цель Планка — изучение космического микроволнового фона — реликтового излучения, оставшегося после Большого взрыва. (Изображение предоставлено ESA/C. Carreau)

Реликтовое излучение в настоящее время наблюдается многими исследователями и во время многих миссий космических аппаратов. Одной из самых известных космических миссий для этого был спутник NASA Cosmic Background Explorer (COBE), который нанес на карту небо в 1990-е.

Несколько других миссий последовали по стопам COBE, например, эксперимент BOOMERanG (наблюдения на воздушном шаре миллиметрового внегалактического излучения и геофизики), зонд NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) и спутник Planck Европейского космического агентства.

Наблюдения Планка, впервые опубликованные в 2013 году, составили беспрецедентно подробную карту реликтового излучения и показали, что Вселенная старше, чем считалось ранее: 13,82 миллиарда лет, а не 13,7 миллиарда лет. Миссия исследовательской обсерватории продолжается, и периодически выпускаются новые карты реликтового излучения.

Связанный: Сколько лет Вселенной?

Однако карты порождают новые загадки, например, почему Южное полушарие кажется немного более красным (теплее), чем Северное полушарие. Теория Большого Взрыва говорит, что реликтовое излучение будет в основном одинаковым, куда бы вы ни посмотрели.

Изучение реликтового излучения также дает астрономам ключ к пониманию состава Вселенной. Исследователи считают, что большая часть космоса состоит из материи и энергии, которые невозможно «ощутить» с помощью наших обычных инструментов, что привело к названиям «темная материя» и «темная энергия» ». Считается, что только 5% Вселенной состоит из материи, такой как планеты, звезды и галактики.

Наблюдение за гравитационными волнами

Пока астрономы изучают происхождение Вселенной с помощью творческих измерений и математических симуляций, они также ищут доказательства ее быстрого расширения. Они сделали это, изучая гравитационные волны , крошечные возмущения в пространстве-времени, которые распространяются наружу из-за больших возмущений, таких как, например, столкновение двух черных дыр или рождение Вселенной.

Согласно ведущим теориям, в первую секунду после рождения Вселенной наш космос раздувался быстрее скорости света . (Кстати, это не нарушает ограничения скорости, установленного Альбертом Эйнштейном. Однажды он сказал, что скорость света — это самое быстрое, что может двигаться во Вселенной, но это утверждение не относилось к раздуванию самой Вселенной.)

Когда Вселенная расширилась, она создала реликтовое излучение и аналогичный «фоновый шум», состоящий из гравитационных волн, которые, как и реликтовое излучение, были чем-то вроде статики, обнаруживаемой со всех частей неба. Эти гравитационные волны, по данным Научного сотрудничества LIGO , создали теоретическую едва обнаруживаемую поляризацию, один тип которой называется «B-моды».

В 2014 году астрономы заявили, что нашли доказательства существования B-модов с помощью антарктического телескопа под названием «Фоновое изображение космической внегалактической поляризации» или BICEP2.

«Мы абсолютно уверены, что сигнал, который мы видим, реален и находится в небе», — сказал Space.com в марте 2014 года ведущий исследователь Джон Ковач из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.

Но к июню та же команда заявила, что их результаты могли быть изменены из-за того, что галактическая пыль мешала их полю зрения. Эта гипотеза была подтверждена новыми результатами со спутника Planck.

К январю 2015 года исследователи из обеих групп, работавшие вместе, «подтвердили, что сигнал Бицепса был в основном, если не полностью, звездной пылью», сообщает New York Times .

На этом рисунке показана временная шкала Вселенной, основанная на теории Большого взрыва и моделях инфляции. (Изображение предоставлено NASA/WMAP)

Однако с тех пор существование гравитационных волн было не только подтверждено, но и неоднократно наблюдалось.

Эти волны, которые не являются B-модами от рождения Вселенной, а скорее являются результатом более поздних столкновений черных дыр, неоднократно обнаруживались Лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (открывается в новой вкладке) (LIGO), при этом первое в истории обнаружение гравитационных волн произошло в 2016 году. По мере того, как LIGO становится более чувствительным, ожидается, что обнаружение гравитационных волн, связанных с черными дырами, будет довольно частым событием.

Расширение против взрыва

Хотя Большой Взрыв часто называют «взрывом», это неверное представление. При взрыве осколки выбрасываются из центральной точки в уже существовавшее пространство. Если бы вы были в центральной точке, вы бы увидели, что все фрагменты удаляются от вас примерно с одинаковой скоростью.

Но Большой Взрыв был не таким. Это было расширение самого пространства — концепция, вытекающая из уравнений общей теории относительности Эйнштейна, но не имеющая аналога в классической физике повседневной жизни. Это означает, что все расстояния во Вселенной растягиваются с одинаковой скоростью. Любые две галактики, разделенные расстоянием X, удаляются друг от друга с одинаковой скоростью, в то время как галактика на расстоянии 2X удаляется с удвоенной скоростью.

Вселенная продолжает расширяться

Вселенная не только расширяется, но и расширяется быстрее. Это означает, что со временем никто не сможет обнаружить другие галактики с Земли или из любой другой точки обзора в нашей галактике.

«Мы увидим отдаленные галактики, удаляющиеся от нас, но их скорость со временем увеличивается», — сказал астроном Гарвардского университета Ави Леб в статье Space.com за март 2014 года.

Вся Вселенная расширяется, а не взрывается вдали от центральной точки (Изображение предоставлено Getty)

«Итак, если вы подождете достаточно долго, в конце концов, далекая галактика достигнет скорости света. Это означает, что даже свет не сможет преодолеть разрыв, который открывается между этой галактикой и нами. чтобы инопланетяне в этой галактике могли общаться с нами, посылать любые сигналы, которые дойдут до нас, как только их галактика будет двигаться относительно нас со скоростью, превышающей скорость света».

Связанный: Теория большого взрыва: 5 странных фактов о том, как увидеть рождение Вселенной

Похожие истории:

Некоторые физики также предполагают, что вселенная, с которой мы сталкиваемся, является лишь одной из многих. В модели «мультивселенной» разные вселенные будут сосуществовать друг с другом, как пузыри, лежащие рядом. Теория предполагает, что в тот первый большой толчок инфляции разные части пространства-времени росли с разной скоростью . Это могло бы разделить разные участки — разные вселенные — с потенциально разными законами физики.

«Трудно построить модели инфляции, которые не ведут к мультивселенной», — сказал Алан Гут, физик-теоретик из Массачусетского технологического института, во время пресс-конференции в марте 2014 года, посвященной открытию гравитационных волн. (Гут не связан с этим исследованием.)

«В этом нет ничего невозможного, поэтому я думаю, что исследования, безусловно, необходимо провести. Но большинство моделей инфляции ведут к мультивселенной, и доказательства инфляции будут подталкивать нас к принятию [идеи о] Мультивселенная серьезно».

Хотя мы можем понять, как появилась Вселенная, которую мы видим, возможно, что Большой Взрыв не был первым периодом инфляции, который пережила Вселенная. Некоторые ученые считают, что мы живем в космосе, который проходит через регулярные циклы инфляции и дефляции, и что мы просто живем в одной из этих фаз.

JWST и Большой взрыв

Художественное представление космического телескопа Джеймса Уэбба в его рабочей конфигурации (Изображение предоставлено ESA (C. Carreau)) далекое прошлое. С помощью Хаббла НАСА показало нам галактики такими, какими они были много миллиардов лет назад, а преемник Хаббла, космический телескоп Джеймса Уэбба, может заглянуть еще глубже в прошлое.

НАСА надеется, что оно увидит все, начиная с момента образования первых галактик, почти 13,6 миллиарда лет назад. И в отличие от Хаббла, который видит в основном в видимом диапазоне волн, JWST — это инфракрасный телескоп — большое преимущество при наблюдении за очень далекими галактиками. Расширение Вселенной означает, что испускаемые ею волны растягиваются, поэтому свет, излучаемый в видимом диапазоне длин волн, на самом деле достигает нас в инфракрасном диапазоне.

Теория большого взрыва: имя, ставшее нарицательным

Слева направо: персонажи Ховард, Леонард, Пенни, Шелдон и Радж из шоу CBS «Теория большого взрыва». (Изображение предоставлено CBS)

Название «Теория большого взрыва» было популярным способом говорить об этой концепции среди астрофизиков на протяжении десятилетий, но оно стало мейнстримом в 2007 году, когда на канале CBS состоялась премьера комедийного телешоу с таким же названием.

Сериал «Теория большого взрыва», состоявший из 279 серий за 12 сезонов, рассказывал о жизни группы ученых, в которую входили физики, астрофизики и аэрокосмические инженеры. Шоу исследует занудную дружбу, романы и ссоры группы. Премьера первого сезона состоялась 24 сентября 2007 года, а официально шоу завершилось 16 мая 2019 года..

Хотя само шоу не слишком углублялось в реальную науку, организаторы шоу наняли астрофизика из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Дэвида Зальцберга в качестве научного консультанта на весь период показа шоу, согласно журналу Science . Научных консультантов часто нанимают для научно-фантастических и связанных с наукой шоу и фильмов, чтобы помочь сохранить реалистичность определенных аспектов.

Благодаря Зальцбергу словарный запас персонажей включал множество научных терминов, а доски на заднем плане лабораторий, офисов и квартир на протяжении всего шоу были заполнены различными уравнениями и информацией.

В ходе шоу, сказал Зальцберг, эти доски стали желанным пространством, поскольку исследователи прислали ему новые работы, которые, как они надеялись, могут быть там представлены. В одном из эпизодов, вспоминал Зальцберг, новое свидетельство существования гравитационных волн было нацарапано на доске, которая якобы принадлежала знаменитому физику Стивену Хокингу, который также одобрил текст.

Ветеран-астронавт НАСА Майк Массимино (справа) позирует фотографу с актером «Теории большого взрыва» Саймоном Хелбергом и еще одним актером во время перерыва на съемках финального сезона сериала «Теория большого взрыва» на канале CBS. (Изображение предоставлено Майком Массимино (через Твиттер как @Astro_Mike))

Шоу позволяло себе некоторые вольности , так как оно было вымышленным. По словам физика Fermilab Дона Линкольна, это включало в себя создание некоторых новых научных концепций и беллетризацию политики Нобелевских премий и научных кругов.

Связанный: Как «Теория большого взрыва» отправила Говарда Воловица в космос

Примечательно, что несколько персонажей сериала путешествуют. В одном из эпизодов главные герои Леонард, Шелдон, Радж и Ховард отправляются в исследовательскую экспедицию в Арктику — многие физические эксперименты лучше всего проводить в экстремальных условиях на полюсах или вблизи них. Другой поместил аэрокосмического инженера Ховарда на российский космический корабль «Союз» (открывается в новой вкладке), а позже — на модель Международной космической станции (открывается в новой вкладке) вместе с реальным астронавтом Майком Массимино (открывается в новой вкладке).

Дополнительные ресурсы

Узнайте больше о реликтовом излучении на веб-странице НАСА (открывается в новой вкладке) о проверке теории Большого взрыва. НАСА также показало, как мог бы выглядеть Большой Взрыв в этой анимации (откроется в новой вкладке). Вот 5 кратких фактов о Большом взрыве из журнала How It Works.

Эта статья была обновлена 17 мая 2021 г. сотрудником Space.com Вики Штайн. Эта статья была снова обновлена в 2021 году старшим автором Space.com Челси Год.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Эндрю Мэй имеет докторскую степень. Он получил степень бакалавра астрофизики в Манчестерском университете, Великобритания. В течение 30 лет он работал в академическом, государственном и частном секторах, прежде чем стать научным писателем, где он писал для Fortean Times, How It Works, All About Space, BBC Science Focus и других. Он также написал ряд книг, в том числе «Космическое воздействие» и «Астробиология: поиск жизни в другом месте во Вселенной», изданные издательством Icon Books.

Что такое Теория большого взрыва?

Что такое Большой взрыв?

Существующие технологии еще не позволяют астрономам в буквальном смысле заглянуть в историю рождения Вселенной, многое из того, что мы знаем о Большом Взрыве, основано на математических формулах и моделях. -32 секунды, согласно исследованию 9 физика Алана Гута.0021 Теория 1980 года , которая навсегда изменила наши представления о Большом Взрыве.

Это позволило свету наконец пролиться через 380 000 лет после Большого Взрыва.

Связанный: Изображения: Взгляд назад на Большой взрыв и раннюю Вселенную

Реконструкция младенчества Вселенной

Другие исследователи избрали другие пути для изучения происхождения нашей вселенной.

Подробнее: Что было до Большого Взрыва?

Возраст Вселенной

Связанный: Сколько лет Вселенной?

Наблюдение за гравитационными волнами

Расширение против взрыва

Вселенная продолжает расширяться

Вся Вселенная расширяется, а не взрывается вдали от центральной точки (Изображение предоставлено Getty)

Связанный: Теория большого взрыва: 5 странных фактов о том, как увидеть рождение Вселенной

Похожие истории:

JWST и Большой взрыв

Теория большого взрыва: имя, ставшее нарицательным

Связанный: Как «Теория большого взрыва» отправила Говарда Воловица в космос

Дополнительные ресурсы

Мозг телесериала «Теория большого взрыва»

Для тех, кто живет, дышит и смеется над физикой, одно шоу объединяет их всех: Теория большого взрыва . Сейчас, в пятом сезоне на канале CBS, шоу рассказывает о группе гиков, в том числе об инженере НАСА, астрофизике и двух физиках элементарных частиц.

В каждой серии есть хотя бы одна шутка о физике элементарных частиц. О сверхсветовых нейтрино: «Является ли это наблюдение еще одним швейцарским экспортом, в котором больше дыр, чем в их сыре?» О Соле Перлмуттере, сжимающем Нобелевскую премию: «В чем дело, Сол? Ты боишься, что кто-то собирается ее украсть, как ты украл космологическую постоянную Эйнштейна?»

Чтобы сделать эти шутки своевременными и точными, в то же время усыпав декорации подлинными научными сюжетами и плакатами, сценаристы шоу полагаются на одного физика, Дэвида Зальцберга. Начиная с первого эпизода доза реализма Зальцберга снова сделала науку шиком, и ему даже приписывают увеличение количества поступающих на программы по физике. Симметрия Писатель Брэд Хукер попросил физика БАК, бывшего исследователя Теватрона и профессора Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе объяснить, как он балансирует на грани между наукой и ситкомом.

Выбирая науку

Брэд: Сколько ваших предложений вошло в шоу?

Дэвид: В общем, когда они что-то просят, они этим пользуются. Но никогда не было ничего смешного или двигающего историю вперед. Это та часть, которую вам не нужно понимать. В начале мне объяснили, что можно смотреть повтор Я люблю Люси и не понимать испанский, но понимать, что Рикки Рикардо злится. Это весь уровень понимания науки, необходимый для шоу.

B: Эти ссылки актуальны. Астрофизик Сол Перлмуттер из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли был упомянут в шоу всего через несколько недель после получения Нобелевской премии за открытие ускоряющегося расширения Вселенной.

Д: Справа. И вы можете задаться вопросом, почему они выбрали Сола Перлмуттера, а не двух других победителей. Просто им больше нравилось, как звучит его имя. Такие вещи имеют значение. Сценаристы думают о сценарии с точки зрения музыки и ритма строк. Обычно я даю им несколько вариантов, потому что не знаю, хотят ли они что-то короткое или длинное, или что-то со странными звуками. Они действительно думают о таких вещах.

B: Писатели когда-нибудь просили вас объяснить науку, и это полностью выходит за рамки их голов?

D: Мы отвечаем по электронной почте, так что я действительно не знаю. Но я не думаю, что это выходит за рамки их голов, потому что вы можете википедировать что угодно.

Одна вещь была для меня немного сложной: они попросили имитацию приближения Борна-Оппенгеймера, что сложнее, чем кажется. Но по большей части это просто вопрос сужения списка до нескольких вариантов. Есть так много способов пройти через это, и я сознательно выбрал то, что актуально.

Во-первых, эти ребята живут в нашей вселенной — они говорят о том, о чем говорим мы, физики. Кроме того, не так много научной журналистики. Его сильно урезали. Будем надеяться, что при получении слов, будь то «темная материя» или «топологические изоляторы», какая-то часть аудитории найдет их в Google.

B: Вы работаете с другими научными консультантами? Я знаю, что один персонаж — нейробиолог.

Д: К счастью, актриса, сыгравшая ее, Майим Бялик, тоже нейробиолог. Она имеет докторскую степень в области неврологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Так что это сработало очень хорошо, потому что я не знаю всей физики, не говоря уже обо всей науке. Что я могу сделать с физикой, так это сказать: «Ну, на самом деле мы так не разговариваем, хотя технически это правильно». И я не могу сделать это для биологии, а она может.

Наука против комедии

B: Как ваши коллеги отреагировали на шоу?

D: Знаете, очень часто на большинство записей я привожу коллегу-физика. И они всегда поражаются тому, насколько это сложная постановка. Во время записи шоу вокруг бегает пара сотен человек. Они впечатлены так же, как я был впечатлен. Чтобы всего два человека стояли вместе и разговаривали друг с другом на экране, на самом деле требуются усилия 10 отделов: освещение, звук, костюмы, сценарий, актерское мастерство. Все должно идти правильно, и это происходит одновременно. И это работает в режиме реального времени перед живой аудиторией. Представьте, если бы нам пришлось брать наши (научные) данные, когда за нами наблюдает живая аудитория.

Случайные люди будут встречаться со мной и говорить: «Знаешь, я очень ценю, что наука верна». И правда в том, что я просто живу в страхе совершить ошибку, потому что знаю, что получу сотню электронных писем, если что-то пойдет не так.

Но есть некоторые вольности. То, как они живут своей жизнью, отличается от того, как мы живем, потому что это не документальный фильм. Если бы вы действительно хотели показать работу физика, вы могли бы показать его сидящим в течение восьми часов перед компьютером, но это было бы не очень хорошим развлечением.

B: Вы очень много смотрите шоу?

Д: На самом деле, конечно. Я максимум записываюсь, так что я вижу, как это делается. Но совсем другое дело смотреть на готовый продукт. Во-первых, они записывают перед живой аудиторией и вносят изменения в зависимости от того, получится комедия или нет — смеются ли люди. Поэтому мне нравится видеть, с какой стрижкой они пошли. Это довольно интересная вещь. Комедия — это эмпирическая наука. У вас может быть много теорий о том, смешно это или нет, но, в конце концов, либо публика смеется, либо нет. Таким образом, вы можете проверить свою теорию очень быстро — быстрее, чем теоретики.

B: Ты напишешь шутку для моей статьи?

D: Я как бы разочаровался в шутках. Я понял, что они профессионалы. Это немного похоже на случай, когда появляется дилетант и пытается придумать новые физические теории. Это не идет хорошо. Комедия старше физики. Есть много знаний о том, что работает, а что нет.

Найди науку

B: Я заметил, что в одном из эпизодов на доске в квартире Шелдона был показан график данных из бывшего эксперимента Фермилаб, над которым ты работал, CDF. В реальной жизни график породил противоречивые дебаты о том, свидетельствует ли статистическая выпуклость о возможной новой частице.

D: Я открою это сейчас. Угол камеры никогда не захватывал всю доску. Итак, люди узнали две выпуклости, но не поняли, что Шелдон или Леонард написали над двумя вершинами. Таким образом, первый удар помечен как «WZ», а второй был помечен как «ошибка измерения». Итак, теперь мы знаем их мнение, которое не совпадает с моим мнением! Так что вы можете отправлять им письма, а не мне. И я думаю, это удивительно, как они никогда не делали этого выстрела. Знаете, иногда актеры стоят перед доской, и это очень раздражает!

B: Какие-нибудь другие тонкие кивки на заднем плане?

D: На доске есть кое-что со сверхсветовыми нейтрино, но на самом деле это поднялось до уровня сценария. Один из продюсеров, узнавший об этой новости, написал мне по электронной почте и сказал: «Вау, это потрясающе!» И я ответил: «Подождите. Здесь есть проблемы». И поэтому они написали замечательную строчку: «Является ли это наблюдение еще одним швейцарским экспортом, в котором больше дыр, чем в их сыре?»

Однажды сценаристы приехали и совершили экскурсию по Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, и они увидели нашу удаленную комнату наблюдения в обсерватории Кека, где вы можете управлять телескопом на Мауна-Кеа на Гавайях из Лос-Анджелеса. Это действительно приятно — мы были очень горды. Аспиранты говорили с ними около 10 минут обо всем, что вы могли бы сделать.

Из этого они вынесли следующее: «Ну, это просто конференц-зал с компьютером внутри». Так что они подумали, что это действительно смешно, и я должен признать, что это довольно смешно. Так что на самом деле была сцена, которая происходила в комнате с компьютером, где Радж наблюдает в телескоп, но на самом деле он просто в комнате.

Я думаю (научный автор и блогер) Дженнифер Уэллетт описала все это как смотрение на себя в кривое зеркало. Были времена, когда я говорил: «Я никогда не понимал, что это смешно». Но это.

«Это определенно информационная работа. Это другой вид. Вы обращаетесь к людям, которые, возможно, никогда не включат NOVA ».

Влияние на науку

B: Чувствуете ли вы, что в сериале присутствуют вредные стереотипы?

D: Каждый персонаж на самом деле очень отличается, как только вы узнаете шоу. Если вы услышите однострочное описание шоу — там четыре гика и симпатичная соседка, которая переезжает в соседний дом — это не похоже на то, что кто-то захочет смотреть. Но на самом деле один из соавторов, продюсеров и главных сценаристов шоу Билл Прэди сказал, что он знал из своей жизни, что так называемая гиковская культура невероятно разнообразна. Нет двух одинаковых людей. Он не видел, чтобы это было представлено в кино и на телевидении. Для людей, которые знают шоу, они знают, что эти четыре человека очень индивидуальны. Это шоу об этих людях, а не обо всех людях.

B: Это хороший инструмент для распространения информации?

D: У меня нет возможности измерить его влияние. Я просто знаю, что я получил электронные письма, и они положительные. Я получил электронные письма от школьников, которые задавали мне вопросы о вещах в шоу.

Это точно информационная работа. Это другой вид. Вы обращаетесь к людям, которые никогда не загорятся (научно-документальный сериал) NOVA . Вы также достигаете большего числа из них. Книги Брайана Грина, NOVA документальных фильмов по физике и так далее, это более глубокие исследования. Это противоположно углублению. Это может быть не что иное, как упомянутое слово, и все — вы больше никогда о нем не услышите. Где, я думаю, это помогает, так это в главных героях. Если людям они не нравятся, они не будут смотреть шоу.