Вселенная не закончит расширяться никогда: астрономы – о науке и парадоксах неба

29 апреля отмечается Международный день астрономии. Корреспондент m24.ru пообщался с российскими астрономами, докторами физико-математических наук – профессором кафедры астрофизики и звездной астрономии физфака МГУ имени Ломоносова Анатолием Засовым и главным научным сотрудником отдела изучения Галактики и переменных звезд Государственного астрономического института имени Штернберга Юрием Ефремовым, которые рассказали о состоянии современной астрономии и загадках Вселенной.

О том, почему изучение звездного неба необходимо для человечества, что ждет Вселенную в будущем, насколько оправдана теория Большого взрыва, возможна ли жизнь на других планетах и наступит ли конец света с астрономической точки зрения, читайте в этом материале.

Фото: ТАСС/Сергей Метелица

Просто теория или спасение человечества: зачем нужна астрономия

Кому-то может показаться, что звезды – это слишком далеко, а астрономия может принести пользу лишь в теоретическом плане. Некоторые даже относят астрономию к чему-то мифическому, путая ее с астрологией, которая уже давно признана лженаукой. Ученые развеяли этот миф, объяснив m24.ru, почему астрономия действительно нужна человечеству и как эта наука находит применение в реальной жизни.

– Какие главные задачи ставит перед собой астрономия сегодня?

Профессор Юрий Ефремов: Вопрос трудный, поскольку в наибольших масштабах проблемы астрономии плавно переходят в важнейшие задачи физики и науки в целом. Величайшее достижение астрофизики – наблюдение гравитационных волн, возникших при слиянии двух черных дыр в феврале 2016 года. Это произошло почти сразу после запуска усовершенствованного лазерного интерферометра (измерительного прибора, в основе работы которого лежит явление интерференции (наложение волн, при котором происходит их взаимное усиление в одних точках пространства и ослабление – в других) – m24.ru) в США. Это явление Альберт Эйнштейн предсказал еще более ста лет назад! Такая победа важна в том числе для астрономии, несмотря на то, что в существовании черных дыр, по сути являющихся итоговым состоянием жизненного цикла массивных звезд, уже никто не сомневается.

Фото: ТАСС/NASA/Zuma

Профессор Анатолий Засов: Фундаментальных вопросов довольно много. В первую очередь, это формирование звезд и планетных систем, образование и эволюция галактик, а также активные процессы, происходящие на звездах: в частности, механизмы звездных и солнечных вспышек или процессы, приводящие к взрыву звезд.

Не менее актуальная задача – проблема темной материи, которая существует, но никто пока не знает, из чего она состоит. И, конечно, физические процессы, связанные с гигантским выделением энергии сверхновыми звездами, источниками гамма-всплесков, активными ядрами галактик и другими аспектами. Информации из наблюдений сейчас получено много, но чем больше мы углубляемся в ту или иную проблему, тем больше вопросов возникает. Перечисленными вопросами, как и другими, здесь не упомянутыми, сейчас активно занимаются, чтобы добиться большей ясности в понимании того, как устроен мир.

"Это наш город": курсы астрономии для взрослых пройдут в планетарии

– Как происходящие в космосе процессы влияют на жителей Земли?

Анатолий Засов: Смотря о каких процессах мы говорим. Например, вспышки на Солнце влияют на земную атмосферу и опосредованно – на живые организмы. Существует научное направление, которое так и называется – "Солнечно-земные связи". В подмосковном Троицке есть центр космической погоды, где делают конкретные прогнозы относительно ожидаемых вспышек на Солнце и их последствий. Сильные вспышки могут навредить не только людям на Земле, но и космическим аппаратам, как и самим космонавтам, которые не защищены земной атмосферой во время пребывания в космосе.

Юрий Ефремов: Если говорить о воздействии небесных тел на Землю, то прежде всего оно идет от самого Солнца. Мощная вспышка на его поверхности приводит к возмущению магнитного поля Земли, что сказывается на радиосвязи и системах навигации. Подобная вспышка – мощнейшая за всю историю наблюдений геомагнитная буря – была замечена еще в XIX веке английским астрономом Ричардом Кэррингтоном.

– Влияют ли другие галактики на развитие нашей, и как это проявляется?

Юрий Ефремов: Нет, другие галактики слишком далеки. На Млечный путь не могут повлиять и вспышки сверхновых звезд, находящихся в других галактиках. Однако такие вспышки в нашей Галактике, происходящие вблизи Солнечной системы, могут оказать губительное воздействие на земную жизнь. Пока таких вспышек зафиксировано не было, однако кандидаты в близкие сверхновые звезды, способные вспыхнуть в конце своей эволюции, все-таки существуют.

Как рождаются и умирают звезды

– Какое практическое применение находит астрономия в реальной жизни?

Анатолий Засов: Человек должен понимать природу тех объектов и явлений, которые его окружают. Исторически же астрономия сыграла колоссальную роль в развитии цивилизации, в частности в разработке методов навигации по звездам и в формировании систем счета времени, календарных систем. Сегодня астрономия также задействована в работе систем навигации, которая уже работает с помощью навигационных спутников. Кроме того, астрономические данные помогают в предупреждении астероидной опасности.

Предотвратить столкновение астероидов с Землей пока вряд ли представляется возможным, но отследить потенциально опасные объекты, предвидеть развитие событий и предпринять какие-либо меры мы можем. Вполне вероятно, что через десятилетия мы научимся отводить такие опасные объекты от Земли – это тоже одна из прикладных задач, решаемых с использованием астрономии.

– Стоит ли готовиться к возможным столкновениям астероидов с Землей уже сейчас?

Анатолий Засов: Локально-опасные столкновения происходят примерно раз в сто-двести лет, так что их вероятность достаточно мала. Гораздо большей опасности люди подвергают себя, когда ходят по улицам с оживленным автомобильным движением. Глобальные катастрофы происходят раз в десятки миллионов лет. По крайней мере, в ближайшее время глобальных катастроф не предвидится.

Разгадки вселенной: теория большого взрыва и вероятность конца света

Фото: AP/Paul White

Чем больше ученые занимаются исследованием космоса, тем больше новых вопросов возникает в науке. Считается, что Вселенная возникла около 14 миллиардов лет назад и с тех пор продолжает непрерывно расширяться. Вместе с тем специалисты утверждают, что рано или поздно в мире наступит глобальная темнота, поскольку существующие сейчас звезды в конечном итоге окончат свой жизненный путь, при этом новые – не возникнут. Подробности о том, насколько оправдана теория Большого взрыва и возможен ли конец света с астрономической точки зрения, m24.ru рассказал профессор Анатолий Засов.

– Насколько оправдана теория Большого взрыва?

– То, что Вселенная расширяется, можно считать доказанным фактом. Расширение Вселенной было предсказано еще до своего открытия. Оно следует из простых принципов: если материя и сила притяжения (зависящая от массы, но не зависящая от других свойств вещества) между всеми ее элементами существует, то можно показать, что безграничная статичная Вселенная неустойчива – она должна либо расширяться, либо сжиматься. Расширение пространства – это область исследований, которая очень быстро развивается. За последние пару десятков лет было получено несколько дополнительных убедительных научных аргументов в пользу расширения, помимо тех данных, на основании которых это расширение было открыто.

– До каких пределов Вселенная продолжит расширяться?

– Еще давно были предложены различные научные модели, позволяющие предсказать, каким в принципе может быть характер расширения Вселенной: либо расширение сменится сжатием, либо оно будет вечным. При этом у Вселенной нет и не будет границ. Анализируя новые данные наблюдений, полученных с помощью крупных телескопов, ученые сошлись во мнении, что расширение Вселенной не закончится никогда. Средняя плотность Вселенной будет падать, стремясь к нулю, и рано или поздно она фактически исчезнет. Однако очень вероятно, что где-нибудь рождаются и другие вселенные, причем они не обязательно должны быть копией нашей – параллельная вселенная может обладать совершенно другими размерностями пространства и времени! Существует даже специальный термин – multiverse (с английского – мультивселенная – m24.ru), обозначающий эту множественность миров.

"Москва гид": Базовый курс о космосе

– На какой стадии расширение Вселенной находится сейчас?

– На стадии ускорения этого процесса. Темпы расширения Вселенной медленно, но верно ускоряются. Есть разные варианты развития характера расширения в очень далеком будущем, через десятки миллиардов лет – пока нельзя сделать какие-то определенные выводы на столь далекий период. Однако сам факт расширения и постепенного уменьшения плотности Вселенной говорит о том, что в окружающем мире происходят необратимые изменения, и рано или поздно существующие сейчас звезды окончат свой жизненный путь, при этом новые не возникнут – наступит темнота.

– То есть Вселенная будет расширяться бесконечно, при этом рано или поздно может наступить глобальная темнота? Как такое возможно?

– Если Вселенная будет бесконечно расширяться и уменьшать свою плотность, со временем новым звездам будет просто не из чего образовываться. Рано или поздно все звезды пройдут свой жизненный цикл и затухнут. Старение звездных систем наблюдается уже сейчас. Эти необратимые изменения заметны, если сравнить по звездному составу очень далекие от нас галактики с теми, что расположены относительно близко. Мир эволюционирует так, что постепенно уменьшается число молодых звезд, галактики стареют. Хотя пока не умерла ни одна галактика – их возраст еще не столь велик. Поэтому говорить о том, что свечение звезд практически исчезнет, можно только в контексте гигантских промежутков времени, исчисляемых сотнями миллиардов лет.

– Значит ли это, что конец света неизбежен?

– В каком-то смысле – да, только это произойдет через огромный промежуток времени, и не мгновенно. Это будет очень медленное затухание всех природных процессов. При этом сама материя все равно никуда не денется – она останется, просто ее средняя плотность и температура будет стремиться к нулю.

– Влияет ли расширение Вселенной на нашу Солнечную систему?

– Солнечная система, как и вся наша Галактика, не принимает участия в расширении Вселенной. Расширение – это увеличение расстояния между телами, которые гравитационно не связаны друг с другом. Каждая галактика живет своей жизнью и не реагирует на расширение пространства.

Черные дыры, рождение новых звезд и жизнь на других планетах

Фото: YAY/ТАСС

Во Вселенной кроется множество загадок, включая природу черных дыр, возникновение новых небесных объектов и вероятность наличия жизни на других планетах. Подробнее расскажут сами астрономы:

– Действительно ли существуют другие планеты, на которых возможна жизнь?

Юрий Ефремов: Одной из важнейших задач астрономии остаются поиски жизни на планетах, обращающихся вокруг других звезд, – к настоящему моменту найдено около четырех тысяч планет, расположенных вне Солнечной системы. Относительно недавно на одной из них обнаружили условия, подходящие для жизни земного типа – речь идет о планете возле ближайшей к Солнечной системе звезды Проксима Центавра. При этом никаких признаков жизни на ней пока еще не обнаружили. Эта загадка остается с нами по сей день.

Анатолий Засов: Сегодня известно всего несколько планет, которые, исходя из их параметров и получаемой от ближайшей звезды энергии, позволяют допустить, что они похожи на Землю и на их поверхности есть жидкая вода. Считается, что это обязательное условие для появления на планете жизни, хотя гарантий для ее возникновения вода не дает.

– Как обнаруживают возникновение новых звезд?

Анатолий Засов: Не новых, а молодых. Новыми звездами называют те, которые могут появиться на небе за несколько дней, а потом погаснуть. Если речь идет о молодых звездах, то они обладают определенными характеристиками. Только среди них встречаются звезды, значительно более массивные, чем наше Солнце. Они всегда наблюдаются в тех областях, где происходит процесс звездообразования. Звезды не возникают поодиночке – они рождаются группами, и места их рождения всегда связаны с холодной газовой материей. Наиболее массивные звезды заставляют окружающий их газ светиться. Ученые видят области, где концентрируется светящийся газ, и понимают, что здесь происходит формирование звезд.

Астрономы обнаружили уменьшенную версию Солнечной системы

– Почему изучение сверхновых звезд так важно для науки?

Анатолий Засов: Сверхновые звезды играют колоссально важную роль в природе. Это поставщики тяжелых элементов, таких как железо, отвечающее в том числе за красный цвет человеческой крови. Изучение этих звездных взрывов важно для исследования эволюции окружающего мира. Однако здесь важно понимать, что специальной цели узнать, как поведение звезд может сказаться на людях, в процессе исследования астрономических объектов не ставится. Мы просто изучаем, что происходит в окружающем нас мире. При этом в будущем может оказаться, что эти знания смогут предупредить человечество от возможной опасности. В целом же астрономические исследования проводятся независимо от возможности практического применения полученных результатов.

– Что скрывают черные дыры и что бы произошло с человеком, если бы он попал туда – чисто теоретически?

Анатолий Засов: Черные дыры ничего не скрывают. Они не имеют ни цвета, ни запаха, ни поверхности, и отличаются друг от друга только массой и моментом вращения. Они не выпускают свет, потому и не видны. Если бы человек приблизился к черной дыре звездной массы, его бы просто разорвало на части. Сегодня уже есть надежная информация, подтверждающая наличие очень массивных черных дыр в ядрах галактик. Черные дыры могут образовываться и при сжатии массивных звезд, вернее их центральных ядер.

Существование черных дыр доказано, я бы сказал, на 99 процентов. Однако один процент неопределенности пока остается, поскольку существуют некоторые модификации теории гравитации, допускающие сильное сжатие вещества без некоторых так называемых странностей теории относительности Эйнштейна, к которым в том числе относят изменение свойств пространства и времени. Например, считается, что у черной дыры нет поверхности, в то время как некоторые теории существование этой поверхности допускают. Поэтому стопроцентного понимания того, что собой представляет данная область пространства-времени, нет. Вместе с тем маловероятно, что мы ошибаемся в общем представлении о том, что такое черная дыра.

Достижения и боль современной науки

Кадр из сериала "Теория Большого взрыва"

Наука не стоит на месте, в том числе и астрономия. Однако свои сложности в развитии отечественной науки тоже имеются. Подробностями об эволюции астрономии, предназначении коллайдеров и возможностях современных телескопов с m24.ru поделились ученые.

– Как эволюционировала астрономия за последние несколько десятков лет?

Анатолий Засов: Очень сильно. В первую очередь, усовершенствовалась методика наблюдений и обработки, появились новые телескопы, о которых раньше не могли и мечтать, космические станции и обсерватории, которых раньше не было. Появились регулярно осматривающие небо телескопы-роботы, такие как российские телескопы системы МАСТЕР (Мобильная астрономическая система телескопов-роботов, созданная учеными Московского университета – m24.ru). Я уже не говорю о компьютерах, способных моделировать сложнейшие небесные явления, не прибегая к языку формул. Ученые добились больших успехов во всех направлениях – начиная от исследования тел Солнечной системы и заканчивая далекими галактиками.

Работа коллайдеров

Фото: ТАСС/Павел Комаров

– Каких научных результатов помог достичь запуск Большого адронного коллайдера?

– Запуск БАК помог прежде всего проверить, правильно ли мы понимаем физику элементарных частиц, и открыть новые, в том числе заранее предсказанные частицы. С помощью коллайдера была обнаружена такая частица как бозон Хиггса, играющая очень важную роль в физике элементарных частиц. Но некоторые предсказанные ранее частицы, как оказалось, не существуют.

– Для чего предназначен расположенный в подмосковной Дубне российский коллайдер NICA?

– Это международный проект, перед которым стоят уже немного другие задачи. Одна из его целей – добраться до особого состояния вещества, известного пока только теоретически. Речь идет о кварк-глюонной плазме, не наблюдаемой в обычных условиях и состоящей из частиц, которые еще в начале Большого взрыва образовали протоны и нейтроны. Предполагается, что именно из этого состояния плазмы началось развитие нашей Вселенной. Коллайдер в Дубне будет разгонять до околосветовых скоростей и сталкивать между собой атомы тяжелых элементов. Оригинальность конструкции и постановки задач позволит этому ускорителю занять свою нишу в исследовании микромира.

– Как вы оцениваете будущее отечественной астрономии в контексте мировой науки?

Юрий Ефремов: Я считаю, что, к сожалению, будущее астрономии в России плачевно, как и всей фундаментальной науки. Многие представители оборонной отрасли уверены, что отечественная наука сделала свое дело, дав нашей стране ядерные бомбы и ракеты. Но это мнение ошибочно.

Астрономия на Западе развивается очень быстро, однако в России эта сфера пока находится в квазистабильном состоянии – мы отстали от зарубежных коллег примерно на 20-30 лет. Эйнштейн в свое время отметил, что "интеллектуальные орудия, без которых не было бы возможно развитие современной техники, пришли в основном от наблюдений звезд". Нам грозит превращение в страну третьего мира, если в нашей стране сохранится нынешнее отношение к науке, ученым и, в частности, к астрономии.

– Как сегодня работают с астрономическими данными? Насколько далеко технологии зашли в этом направлении?

Юрий Ефремов: Массивы астрономических данных огромны, и без современной компьютерной техники их нельзя было бы ни получить, ни сохранить, ни осознать. Сейчас в мире работают около 30 телескопов, превосходящих по размеру зеркал наш БТА (Большой телескоп азимутальный) –
крупнейший в Евразии оптический телескоп, диаметр главного монолитного зеркала которого составляет 6 метров. Этот отечественный телескоп около 20 лет оставался крупнейшим в мире. Однако современные технологии сильно шагнули вперед.

Фото: ТАСС/Станислав Красильников

– Насколько далеко можно заглянуть в космос с помощью телескопов?

Анатолий Засов: Современные телескопы не рассчитаны на то, чтобы в них просто смотрели, – изображение фиксируется полупроводниковыми детекторами, похожими на те, что работают в цифровых фотоаппаратах. Самые далекие объекты, которые можно отыскать на небе с помощью телескопа и получить их спектры, удалены от нас настолько, что свету потребовалось более 13 миллиардов лет при скорости 300 тысяч километров в секунду, чтобы дойти до нас.

– Нужно ли изучать астрономию в школе?

Анатолий Засов: Астрономия в школе, безусловно, нужна. Я работаю со студентами и вижу, насколько сильно упал уровень школьной подготовки по астрономии, как и по другим дисциплинам. К сожалению, только очень небольшой процент выпускников школ имеют правильное представление об окружающем астрономическом мире. Надо помнить, что наша страна открыла человечеству дорогу в космос, – и это выигрышный момент для изучения данной науки. Другое дело, что астрономия – достаточно сложный предмет для школьных учителей и лишь немногие педагоги могут сделать его информативным, глубоко научным и увлекательным. Поэтому я считаю, что полноценное введение этого предмета должно начинаться с педагогического образования в вузах и подготовки нового поколения учителей астрономии и физики.

Маргарита Маслова