Кип Торн: «Узнать, как всё началось»

Эксклюзивное интервью с лауреатом Нобелевской премии о гравитационных волнах, времени, смысле жизни и сериалах
О времени на раздумья
О судьбе учёного
О главных загадках
О будущем
О человеке
Об искусстве
Альфия Максутова    
Илья Фомин    

В Москву на фестиваль NAUKA 0+ приезжает Кип Торн. После смерти Стивена Хокинга он, пожалуй, самый известный из действующих физиков. Кстати, с Хокингом они были большими друзьями, много спорили и даже заключили пари о свойствах чёрных дыр (кажется, Торн выиграл и получил от Хокинга годовую подписку на мужской журнал). В прошлом году Кип Торн вместе с коллегами стал лауреатом Нобелевской премии по физике за экспериментальное обнаружение гравитационных волн, которое произошло в 2015-м (такой короткий интервал между открытием и наградой — большая редкость). Накануне приезда учёного в Москву «Кот Шрёдингера» взял у него интервью.

Между Кипом Торном и Галилео Галилеем почти полтысячелетия. Всё это время человечество изучало Вселенную, используя оптические телескопы, придуманные Галилеем. Телескопы становились сложнее, работали уже не только в видимом свете, но и в радиодиапазоне волн, их стали размещать в космосе... Но принцип действия оставался неизменным: они использовали электромагнитное излучение.

ФЕСТИВАЛЬ NAUKA0+
Лекция Кипа Торна в Москве 12 октября в 15:00 в актовом зале Главного здания МГУ на Воробьёвых горах.
Кип Торн на вручении Нобелевской премии

14 сентября 2015 года Кип Торн и его коллеги открыли новую астрономию. Они доказали, что Вселенную можно изучать с помощью другого типа волн — гравитационных. Это волны ещё от Большого взрыва, и они несут информацию о том, как всё началось. Из-за поиска ответа на этот вопрос Галилей в 1633 году имел неприятности со Святой инквизицией. Кипу Торну в 2017-м дали за это Нобелевскую премию.

Кип Торн
американский астрофизик, один из создателей гравитационной обсерватории LIGO. В 2017 году Торн получил Нобелевскую премию за обнаружение гравитационных волн. Кроме того, он автор нескольких научных теорий, на которых основаны многие современные научно-фантастические фильмы и книги. В частности, он был главным научным консультантом фильма «Интерстеллар».

О времени на раздумья

[Кот Шрёдингера] Если бы вы жили в Средние века, кем бы вы были: рыцарем, пиратом или алхимиком?

[Кип Торн] Я был бы отшельником (смеётся). Было бы достаточно времени на раздумья.

[КШ] Что вообще для вас время? Не с физической точки зрения, а для вас — ощущаете ли вы его?

[КТ] Ещё как! Я думаю, каждый из нас ощущает время многими способами. Время для меня очень ценно, поскольку есть много всего, что я бы хотел сделать. И не успеваю — оно летит так быстро! Течение времени я определённо чувствую...

[КШ] Но, наверное, есть моменты, когда оно останавливается?

[КТ] Да. Каждый раз, когда я неожиданно что-то понимаю, осознаю и ухватываю эту мысль, я чувствую чрезвычайное волнение — и время замирает. А в те периоды, когда я бьюсь, чтобы что-то понять, время, наоборот, летит очень быстро. Я работаю над какими- то уравнениями, напряжённо размышляю, я настолько сконцентрирован, что не замечаю, как проходит день.

[КШ] Так как к вам приходят идеи? Это медленный и постепенный процесс или неожиданные озарения?

[КТ] И то и другое. Я бьюсь над решением проблемы долгое время: многие дни, иногда годы. Но решение, идея почти всегда приходят неожиданно. Обычно это происходит ночью, когда я лежу в кровати и не думаю специально о проблеме. Но у моего подсознания есть все кусочки пазла, и они как-то складываются. Самые яркие озарения происходили именно так. В моём случае подсознание играет важную роль на последнем этапе.

[КШ] В свободное время смотрите сериалы?

[КТ] Регулярно ничего не смотрю, но есть несколько вещей, которые я включаю время от времени для расслабления. Это «Мир Дикого запада», созданный моими близкими друзьями Джонатаном Ноланом и Лизой Джой, и «Теория Большого взрыва» — опять-таки моих друзей Чака Лорри и Билла Прейди. Я ведь живу одной ногой в Голливуде, а другой в мире науки — у меня много знакомых в творческой среде. Но вообще мне интереснее развивать собственные проекты, чем смотреть на творчество других.

О судьбе учёного

[КШ] Какое научное достижение заставит вас подумать: «Я сделал всё, что хотел, теперь я могу отдохнуть»?

Кип Торн и Барри Бэриш

[КТ] В моём случае команда LIGO — проекта, который я помог создать, — уже достигла такой цели. Существуют всего два вида волн, которые могут путешествовать через Вселенную и нести информацию о других её частях. Это электромагнитные и гравитационные волны.
Галилей стал родоначальником электромагнитной астрономии, когда построил свой маленький телескоп, направил его в небо и открыл четыре крупнейшие луны Юпитера. С LIGO у нас была цель сделать то же самое с гравитационными волнами — создать гравитационную астрономию. Я шёл к этому 50 лет. Принимал участие в разработке оборудования, технологий, детекторов для обнаружения гравитационных волн. И сейчас, когда мы достигли своей цели, астрофизики изучают столкновение чёрных дыр и звёзд, успешно работают с другими типами детекторов — некоторые из них будут наблюдать гравитационные волны, пришедшие к нам с момента зарождения Вселенной.
Я рад передать эстафету молодым. Теперь всё в их руках: они располагают замечательными приборами, которые помогут ответить на вопрос, как зародилась Вселенная.

[КШ] Это вас воодушевляет?

[КТ] Мне приятно думать, что люди вашего возраста [тридцатилетние] будут развивать то, основу чего заложили я и мои коллеги. Вообще, мне всегда нравилось быть наставником молодых учёных. Было интересно наблюдать, как быстро они проходят путь от поверхностного понимания науки к глубоким знаниям о той сфере, где могут совершить великие открытия. Удовольствие от обучения следующего поколения исследователей — одна из самых захватывающих частей моей научной карьеры.

[КШ] Самый важный вопрос, который вы задали себе в течение жизни, — какой он?

[КТ] Я не уверен, что самое важное — это вопрос. Важнее было вырабатывать собственное видение, куда я и область науки, в которой я работаю, должны двигаться. В 1972 году это вылилось в понимание того, что делать с гравитационными волнами и что мы можем открыть, исследуя их. В итоге мы на десятилетия вперёд определили направление, в котором будет развиваться гравитационно-волновая астрономия.

LIGO — (лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория) — проект, у истоков которого стоял Кип Торн и другие учёные, в том числе физики из МГУ. Обсерваторию создавали с целью обнаружить гравитационные волны, существование которых было предсказано Общей теорией относительности Эйнштейна, но не было экспериментально доказано. 14 сентября 2015 года детекторы LIGO засекли гравитационные волны от столкновения чёрных дыр в 1,3 млрд световых лет от Земли.

О главных загадках

[КШ] Какая неразрешённая научная загадка волнует вас больше всего?

[КТ] Загадка рождения Вселенной. Как это произошло? Как появились пространство и время? Как образовалась материя? Что предшествовало Вселенной? Физики давно уже задаются этими вопросами, но совсем скоро у нас будут инструменты, чтобы найти на них ответы. Вероятно, они появятся в течение следующих 20–30 лет.

[КШ] Какие это инструменты?

[КТ] Во-первых, изучение гравитационных волн — примерно то, что делает LIGO, но с гораздо большей длиной волны. Эти гравитационные волны — единственный вид излучения, который родился при Большом взрыве и смог двигаться через густую горячую материю ранней Вселенной без потерь. Они несут информацию о рождении мира. В течение следующих десятилетий эти волны будут наблюдать с помощью трёх разных видов телескопов. Это проект eLISA — Evolved Laser Interferometer Space Antenna (улучшенная космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра), космическая миссия Big Bang Observer и телескопы, измеряющие поляризацию космического микроволнового излучения, которую производят изначальные гравитационные волны.

[КШ] А во-вторых?

[КТ] Второй необходимый шаг — понять законы квантовой гравитации, которые контролировали процесс рождения Вселенной. Над ними бьются теоретики. Вероятнее всего, это будет некий вариант теории струн или М-теории.

[КШ] К чему это приведёт?

[КТ] Я думаю, что развитие этой теории и данные наблюдений за гравитационными волнами помогут понять законы квантовой гравитации и расскажут о Большом взрыве. Понадобится несколько десятилетий тяжёлой работы как над регистрацией волн, так и в теоретической области. Именно за это, на мой взгляд, будут давать Нобелевские премии в следующие 30–40 лет. Но в конце концов мы узнаем, как всё началось.

eLISA — планируемый к запуску в 2034 году проект Европейского космического агентства. Три аппарата поднимутся в космос и выстроятся правильным треугольником с длиной стороны в миллион километров. Они будут связаны между собой лазерами. Каждый раз, когда через получившийся треугольник будут проходить гравитационные волны низких частот, пространство будет немного искажаться, а расстояние между аппаратами — немного изменяться, о чём сообщат приборы. Таким образом планируют засечь ранее недоступные для гравитационно-волновых обсерваторий волны со сверхнизкими частотами.
Big Bang Observer — продолжение проекта eLISA. В космос запустят ещё девять спутников, которые образуют три дополнительных треугольника и расширят сканируемую площадь. Увеличив мощность лазеров, через которые проходят волны, учёные хотят добиться максимально возможной чувствительности детекторов. В итоге космический аппарат сможет зафиксировать древнейшие гравитационные волны, образовавшиеся в момент Большого взрыва.
М-теория объединяет разные варианты теорий струн и позволяет перекинуть мост между Общей теорией относительности и квантовой механикой, которые изначально противоречат друг другу. Суть М-теории в том, что элементарные частицы не сосредоточены в одной точке, но являются по-разному вибрирующими мембранами, которые находятся в 11-мерном пространстве. Отдельные струнные теории противоречат друг другу, при этом каждая из них перестаёт работать при определённых условиях. М-теория предполагает, что каждая теория верна при условии, что струны существуют в 11-мерном пространстве. Пока М-теорию нельзя подтвердить экспериментально.

О будущем

[КШ] Есть несколько тем из области научной фантастики, которые обычно обсуждают с именитыми физиками. Если точнее, три: телепортация, путешествия во времени и преодоление скорости света. Что из этого списка достижимо?

[КТ] Ну, телепортация квантовой информации уже возможна. И я верю, что когда-нибудь мы сможем телепортировать всю информацию о человеке и воссоздать его в другом месте. Это достижимо. Но я не уверен, что получится телепортировать самого человека, а не информацию о нём с последующей реконструкцией.

[КШ] А путешествия во времени?

[КТ] Вы и я постоянно путешествуем в будущее в обыденной жизни. Физики могут запускать в будущее фундаментальные частицы с куда большей скоростью, близкой к световой. А путешествия в прошлое, возможно, противоречат законам природы. Но мы не узнаем этого, пока не поймём законы квантовой гравитации. К этому выводу мы пришли после долгих дебатов, написав и прочитав множество научных работ. Мы со Стивеном Хокингом и другими учёными занимались этой проблемой в 1990-е годы.

[КШ] Что вы думаете о полётах со скоростью света и выше?

[КТ] Ну, если мы говорим о движении двух объектов относительно друг друга быстрее скорости света, когда объекты находятся рядом, то это невозможно, я в этом уверен. Но если между вами и мной существует значительное искривление пространства-времени, тогда мы сможем двигаться значительно быстрее скорости света относительно друг друга. Части Вселенной по отношению друг к другу движутся быстрее скорости света, поскольку между ними существует множество искривлений пространства-времени.

[КШ] Если отвлечься от фундаментальной науки, какие технологии, на ваш взгляд, больше всего повлияют на нашу жизнь в следующие несколько десятилетий?

[КТ] Это будут две вещи: искусственный интеллект — он уже достаточно заметно влияет на нашу жизнь — и использование квантовой информации в технологиях. Например, в квантовых компьютерах или в квантовом шифровании данных.

Квантовой телепортацией называют передачу квантового состояния одной частицы другой, когда они находятся на значительном расстоянии друг от друга и никак не связаны. В процессе квантовой телепортации невозможно передать энергию или вещество, речь идёт только о частицах света — фотонах. Для этого учёные сначала создают пару так называемых запутанных частиц: одна из них меняет своё состояние в зависимости от состояния другой. Затем пару разбивают: «зависимую» частицу отделяют от другой с помощью лазера и перемещают на огромное расстояние. Далее учёные изменяют состояние первой частицы — и состояние второй меняется так же, она полностью дублирует первую. Поэтому можно сказать, что первая частица заменила вторую, то есть телепортировалась.
Искривление пространства-времени — это когда объекты, которые обладают большой гравитацией (планеты, звёзды, чёрные дыры), искажают пространство. Чем больше масса объекта, а значит, и его гравитация, тем сильнее искажается пространство вокруг него. Наглядно это можно представить в виде шара, который положили на натянутую простыню: чем тяжелее шар, тем больше провисает ткань. Например, периметр окружности, по которой летают искусственные спутники Земли, примерно на 3 см меньше, чем должен быть согласно формуле L = 2 πr.

О человеке

[КШ] Насколько человек — физический объект и насколько нечто большее?

[КТ] Я не религиозен и не думаю, что есть что-то вроде души, на существовании которой настаивает множество религий. Люди — физические объекты. Но эти объекты могут думать и творить! Мы развили в себе способность познавать Вселенную, создавать инструменты для её познания, манипулировать Вселенной — и можем улучшить жизнь всего человечества. Я не верю в душу, но это действительно удивительно, что, эволюционировав из атомов и молекул, мы стали настолько сложными созданиями. Созданиями, одарёнными невероятной способностью понимать Вселенную.

Кип Торн в Калифорнийском технологическом институте

[КШ] Что отличает обычного человека от великого учёного?

[КТ] Количество специализированного обучения. А интерес к миру и желание выяснить, как вещи работают, — это всё абсолютно одинаково. Мы рождаемся любопытными, и многие с возрастом не утрачивают это качество. Другое дело, что обычно любознательность бывает направлена на всё подряд. А учёный фокусируется на узкой теме и в совершенстве овладевает инструментами, позволяющими получать однозначные ответы на его вопросы. Кроме того, у учёного есть моральное обязательство делиться своими открытиями с остальным человечеством.

Об искусстве


Кип Торн с Кристофером Ноланом

[КШ] Представьте, что вы на пляже в Майами. Вы лежите на песке, закрываете глаза. О чём вы думаете?

[КТ] Сейчас я, наверное, буду думать о проектах, в которых сочетаются наука и искусство, я в них полностью погружён. Работаю над новым фильмом в Голливуде, пишу книгу совместно с художницей Лией Хэллоран, работаю над мультимедийными концертами с композитором и музыкантом Хансом Циммером.

[КШ] «Интерстеллар» — фильм, созданный с вашим участием, — был очень популярен. В основе нового фильма тоже научные теории?

[КТ] Да. Когда я работаю над фильмом, я делаю это не так, как другие учёные. Вместе с коллегами мы создаём настоящий сценарный план, где описаны идеи, сюжет и в нашем случае наука, переплетённая с историей. Это больше похоже на научный документ, чем на классический голливудский сценарий. Над новым фильмом мы работали с Линдой Обст, научным редактором газеты New York Times, и Стивеном Хокингом. Мы успели закончить до смерти Стивена, сейчас сценарий почти готов. Студия, в которую мы обратились для съёмок, ведёт переговоры с возможным режиссёром. Фильм должен выйти года через три, и я думаю, он воодушевит многих молодых людей.

[КШ] Чем вас так привлекает кинематограф?

[КТ] Во-первых, через научно-фантастические фильмы легко вдохновлять людей, влиять на их умы. «Интерстеллар» посмотрели сто миллионов человек, а мне как профессору физики другим способом доступа к такой аудитории не получить. А во-вторых, это очень весело, в киноиндустрии работают замечательные люди. Очень креативные, яркие, отличные собеседники. Работа с теми, кто не имеет отношения к науке, приносит много удовольствия.

[КШ] Почему?

[КТ] Они интересные люди. Предлагают прекрасные идеи, задают вопросы и заставляют взглянуть на вещи с совершенно другой стороны. А на пересечении разных точек зрения рождаются удивительные проекты. Благодаря этому я могу творить в областях, о которых раньше и не подумал бы.

[КШ] Кроме кино есть области творчества, в которых вы себя пробуете?

[КТ] Сейчас почти все своё время и энергию я посвящаю книге. У меня есть подруга, Лия Хэллоран, одна их лучших молодых художниц США. Её отец физик, поэтому она росла среди разговоров о науке. И сейчас мы делаем книгу на основе её картин и моих стихотворений — про источники гравитационных волн, рождение Вселенной, чёрные дыры, которые разрывают звёзды на части. Про вещи, которые появились в первые моменты существования Вселенной…

[КШ] Вы пишете про это стихи?!

[КТ] Пытаюсь. Давайте просто будем считать, что я пытаюсь. Это необычная книга — в Америке такие называют книгами для журнального столика. Люди покупают их, кладут на стол и время от времени листают: смотрят иллюстрации, пробегают глазами текст. Между тем картины и стихи в нашей книге передают глубокие идеи об устройстве мироздания, описывают явления и понятия, которые сейчас на переднем крае науки.

[КШ] И давно вы занимаетесь поэзией?

[КТ] Это мой первый опыт! С книгой получилось интересно. Изначально мы хотели опубликовать статью — с изображениями и текстом. Но материала было много, и мы решили издать небольшую книгу. Я очень усердно работал над текстом. Мне хотелось сделать его как можно более красивым, чтобы слова складывались в речь, текущую эстетически приятно. Иными словами, я хотел задать ритм, как в поэзии. Верстальщик скомпоновал мою прозу, разделив на строфы, будто это стихи. Я посмотрел и подумал: «А почему бы не сделать это настоящей поэзией?»

«Интерстеллар» — фильм режиссёра Кристофера Нолана (2014). Группа исследователей путешествует через пространственно-временной туннель в другую галактику. Цель учёных — найти способ переселить человечество на другую планету, поскольку условия жизни на Земле близки к катастрофическим. В основе фильма — работы Кипа Торна перемещении в другие галактики через чёрные дыры.


P.S. Всех интересующихся темой Megascience и наукой в целом, портал oLogy приглашает 13-14 октября на площадку Фестиваля NAUKA 0+ "Золотые мозги" в главном здании Российской академии наук на Ленинском проспекте 32А. В программе выставка научных комиксов, дискуссии, встречи с авторами научно-популярных книг, научные настолки и многое-многое другое. Подробности - на страничках мероприятия в Facebook и VK.

Источники

Спецномер научно-популярного журнала «Кот Шрёдингера», октябрь 2018

Иллюстрации

pinterest.es, flickr, iStock, NewsLocker

20.09.2020 | news | Просмотры: 1603