Що відбувалося до Великого вибуху та що буде після того, як наш Всесвіт згине? Чому має значення темна матерія та яку роль відігрівають плоскі стіни у структурі всього існуючого? Про це розповідаю український астрофізик Максим Чіж, який працює в обсерваторіях Львівського і Болонського університетів та займається космологією.
Розкажіть про себе, будь ласка. Тобто як ви опинилися в астрофізиці? Як Ви працюєте в болонській і львівській обсерваторії?
Я з дитинства цікавився фізикою. В мене батько фізик-інженер. Спочатку я вчився у Львівському фізико-математичному ліцеї, а після нього поступив в Київський національний університет ім. Т. Шевченка на фізичний факультет та закінчив його у 2012 році. Потім ще рік навчався на магістерському курсі у паризькому університеті «Université Paris-Sud» також відомому як «Париж-11».
А яка там була спеціалізація?
Фізика. Мультиспеціалізація: фізика ядра, фізика частинок, астрофізика і космологія. Робота магістерська, яка була в Києві, присвячена більше теоретичній фізиці, фізиці частинок. В Парижі я перейшов на астрофізику.
А як ви попали в цей навчальний заклад?
Кожного року уряд Франції надає кілька десятків стипендій на різні професії, напрями для студентів з України. Не так складно пройти конкурс, тому що не дуже поспішають їхати до Франції.
А як би ви оцінили рівень французьких студентів порівняно з нашими?
Він високий. Я може не скромно скажу, але я все-таки навчався серед найкращих наших студентів і перейшовши до французької магістратури не почував себе особливо вирізненим. Це була одна із найсильніших груп магістерських у цій області Франції і я був цілком на їх рівні.
Що ви робили після закінчення навчання у Франції?
З 2013 року був в аспірантурі у львівському університеті. Там є кафедра астрофізики, є обсерваторія. В аспірантурі я був формально на кафедрі, але працював в обсерваторії. Керівником і моїм науковим керівником був директор обсерваторії професор Богдан Новосядлий. Через 4 роки я захистив свою дисертацію.
Про що вона?
Вона стосується космології й зокрема темної енергії — гіпотетичного компонента нашого Всесвіту, який призводить до його пришвидшеного розширення. Я її більше в теоретичному аспекті вивчав, але у фізиці є завжди відсилання до спостережень і експериментів.
А як ви потрапили в Болонський університет?
Після закінчення аспірантури, я продовжував працювати в університеті у львівській обсерваторії, але не на 100%. Потім я почав займатися програмуванням і всякими навколо цього пов’язаними речима, інженерними задачами. Зокрема пов’язаними з комп’ютерним зором, машинним навчанням і всякими такими штуками, де можуть стати в пригоді знання з математики, а не тільки програмування. Останні роки я вже весь свій час присвячував цій роботі.
Але почалася війна. Багато чого змінилося в принципі. В наших європейських колег прокинулася совість і вони вирішили допомагати всім, чим можуть. Вони запропонували багато можливостей для виїзду науковців в Європу та Америку для різних рівнів: і студентам, і аспірантам, і науковцям. Було відкрито багато стипендій і тимчасових, і довготривалих. Думаю, багато хто цим скористався, більше жіноча частина, бо з якогось моменту чоловікам виїхати стало складніше.
А які умови були? Що вони запропонували?
Наприклад, спеціальні стипендії для українських студентів, аспірантів були відкриті в багатьох топових інститутах і університетах європейських, німецьких, нідерландських, американських.
Не знаєте розмір стипендій?
Що стосується аспірантських стипендій, то це такі, за які можна жити цілком і працювати як на звичайній роботі та не перейматися через гроші. Це допомогає цілком вписатися в західній світ. Студентські зазвичай трохи менші, але там надають гуртожитки й різну підтримку, починаючи з допомогою в переїзді.
Наразі ви працюєте в Болонському університеті?
Серед варіантів підтримки деякі університети та інститути пропонували віддалену роботу для українських вчених через те, що тут багато що колапсувало і фінансування науки значною мірою зупинилося. То ж з метою збереження можливості працювати вченим в Україні й допомогти їм вижити, європейці відкривали позиції віддаленої роботи. І я цим скористався. До мене звернувся вчений з Болонського університету Франко Вацца. Він сказав, що його університет зробив бюрократичне чудо: він знайшов можливість віддаленої роботи для українського вченого. Там була одна чи дві позиції. Він мені написав, бо ця позиція була ненадовго і треба було когось швидко знайти. Я заповнив всі документи й з середини червня я — працівник університету, фізико-математичного факультету. Тут є різні наукові групи і можливість працювати людям з будь-якої країни, з якої запрошують, особливо з ЄС. Все так організовано, що вчений, який виграв гранд на фінансування свого проєкту досить вільний у розпорядженні цими коштами та може наймати аспірантів, вчених поки триває цей проєкт, поки на це виділяються гроші. Так мене й взяли.
Що ви зараз робите в цьому університеті? Як у вас проходить робочий день?
Робочий день повністю вільний. Немає ніяких обмежень. Ми підтримуємо контакт (зідзвонюємося та списуємося) раз в день або кілька днів. В наукових групах бувають щотижневі наукові семінари. В групу, яку очолює Франко, входить приблизно 20 людей: його аспіранти та гостюючі вчені. Більшість з них присутні в Болоньї, але не всі. Вони збираються щотижня на семінарі, де всі діляться своїми актуальними здобутками. А працюю я безпосередньо саме з ним. Ми використовуємо скайп, Slack або пошту.
Чим займаєтесь?
Після захисту дисертації я продовжую займатися космологією, але трошки розширив свій кругозір. Якщо я раніше займався тільки темною енергією, то зараз досліджую дані, які стосуються великомасштабного розподілу Всесвіту в цілому. Всі знають, що є сонячна система, є галактика, яка складається з сотень мільярдів зірок. Таких як Сонце і менших, і більших. А галактики утворюють ще більші структури, скупчення галактик, утворюють різні так звані філаменти (нитки), двомірні структури, стінки — найбільші космічні структури, що спостерігаються у Всесвіті. Крім того, там ще є інші компоненти, з чого складається всесвіт. Наприклад, галактики самі по собі знаходяться в центрі гало темної матерії.
Де?
Крім відомої матерії є ще темна. Темна матерія це матерія, яка гравітує, як і частинки з яких ми складаємось. Але вона прозора для світла, отже невидима, і сама світла не випромінює. І не тільки світло, вона взагалі немає ніякої взаємодії з іншою матерією. Її видно тільки по гравітації, по тому, як вона впливає на світну матерію. Вчені вже не сумніваються в її присутності десь з 70-х років минулого століття, однак вона залишається мало вивченою через цю її особливість, що вона ні з чим не взаємодіє.
Можливо Ви бачили новину, що є спляча темна діра?
Чорні діри це окремий клас об’єктів, теж доволі цікава частина всесвіту, які в загальному балансі складають невеликий відсоток. Я закінчу про те, чим займаюсь. Наука про великомасштабний розподіл, матерію у всесвіті та про історію у всесвіті на таких великих відрізках часу вона і називається космологією. Її завдання — пояснити все, що ми спостерігаємо на таких великих масштабах: структуру розподілу матерії, його поведінку, розширення всесвіту, яке виявили 20 років тому, і яке є прискореним.
Чим ви зараз займаєтеся: астрофізикою чи космологією? Чи поєднуєте?
Термін «астрофізика» зазвичай охоплювати все-все. Астрофізика та астрономія це синоніми, деколи під астрономією мають на увазі саме спостереження, а астрофізику розуміють як астрофізику зірок: фізику зірок, будову зірок, їх еволюцію. Якщо спробувати класифікувати взагалі, чим астрономія й астрофізика займаються послідовно, то легше це зробити по віддаленості від Землі. Є фізика ближнього космосу, є астродинаміка супутників, є фізика сонячної системи, є планетологія, фізика самих зірок, їхня еволюція, народження, смерть. І далі йдуть більші структури. Є міжзоряне середовище, в якому також відбувається багато подій, процесів; є галактика — карликові галактики, галактики-супутники, гігантські галактики, наприклад, як наша галактика «Чумацький шлях», галактика Андромеди. Цим займається галактична фізика. А космологія — це коли ви дивитеся на ще більші структури, які утворюються з самих галактик. В мене є статті, присвячені космології та великомасштабному розподілу, але є також одна стаття, присвячена фізиці сонця. Є кілька статей, присвячених чорним дірам, зокрема їхній взаємодії з темною енергією й про інших компактні об’єкти типу нейтронних зірок та білих карликів.
Які було зроблено значні відкриття за останні 20-30 років в космології, які б вплинули на наше усвідомлення Всесвіту?
Найбільше відкриття сталося в кінці XX століття — відкриття прискореного розширення всесвіту. Вчені виявили, що всесвіт прискорено розширюється за допомогою так званих стандартних свічок. Це події, які мають стандартну світимість — тобто об’єкти завжди виділяють приблизно однакову кількість світла і, знаючи, скільки точно світла було виділено, по цьому можна визначити точну відстань до них. Тобто, якщо ти знаєш повну кількість світла, ти знаєш його червоне зміщення, яке відбувається через те, що ці джерела від тебе віддаляються, ти можеш визначити, скажімо історію цього розширення — як воно в часі змінювалося. І найважливіше — визначили, що зараз воно прискорюється. Це по суті й було відкриття темної енергії, після того про неї заговорили. Тому що це гіпотетична форма енергії, яка призводить до такого прискореного розширення. Хоча існують і альтернативні пояснення чому таке розширення відбувається.
А які альтернативні, якщо коротко?
Є їх навіть кілька класів. Є пояснення через модифікацію теорії гравітації — загальної теорії відносності Ейнштейна. Ці модифікації можна продумати таким чином, що на великих масштабах гравітація змінюється антигравітацією.
А що це означає?
Кожна фізична теорія має свої рамки застосування. І загальна теорія відносності Ейнштейна досить точно поки що підтверджується в усіх спостереженнях, але все одно є певний ліміт точності наскільки ми в ній впевнені. Ну й існують способи, які можуть змінити рівняння, додати якісь доданки, наприклад лямбда-член. Це таки додаток в рівнянні Ейнштейна, які сам Ейнштейн ввів, коли ще не було відомо про прискорене розширення Всесвіту, це ще було на початку 20 століття. Він її ввів з міркувань естетичності.
А що таке лямбда?
Це просто змінна, яка входить в рівняння.
Умовно це невідомий Х? Якійсь невідомий фактор, який може щось змінити?
Саме так. Але різниця із темною енергією полягає в тому, що цей фактор приписується до властивостей простору часу, а не до властивостей якогось нового компоненту матерії. Тобто сам простір має таку властивість, що роздувається наче тісто на дріжджах.
Тобто всесвіт — це простір, який з часом роздувається?
Так. Зараз вчені не можуть виділити, яка з цих гіпотез правильна. Вживають термін і «темна енергія», і лямбда-член, коли кажуть про це розширення. Ну і є ще альтернативні теорії.
А якщо дивитися на науку не тільки з теоретичного боку, але й з практичного? Якось космологія впливає на наше повсякденне життя?
Астрономія взагалі починалася як практична наука, тому що вона допомагала в мореходстві, мореплаванні, у визначенні точних дат. Астрономія починалася як практична дисципліна і пройшла багато етапів, тому, звичайно, зараз є галузі, які потрібні у вивченні ближнього космосу. А взагалі, чим далі від нас об’єкт вивчення, тим менше практичної користі ми можемо отримати. Космологія найдальший фронтир. Крім того, що ми дізнаємося історію нашого всесвіту і, відповідно, також його майбутнє. Це майбутнє вимірюється мільярдами років. Це навіть довше, ніж прогнозують часу на життя нашого Сонця, яке теж колись погасне. Це такі масштаби, якими поки людська цивілізація не оперує. Можливо ми колись дійдемо до такого етапу розвитку, коли людство цікавитиме доля галактик як і доля цілого Всесвіту.
Тобто космологія розробляє такі знання, які знадобляться через 200-300 років?
Або через 2000 років. Квазари — це такі об’єкти, які цікаві й для космології в тому числі. Їх відкрили як квазізіркові об’єкти. Це ядра далеких галактик, в яких всередині знаходяться чорні діри. Вони поглинають величезну кількість газу і дуже сильно, і яскраво випромінюють. Ці яскраві об’єкти ми сприймаємо як квазари. Їх мільйони.
Тобто мертвих галактик мільйони?
Вони не мертві. Ми їх бачимо в минулому, тому що світло поширюється зі скінченною швидкістю. Цікаво те, що в сучасності галактики не є такі яскраві, немає такого сильного випромінювання в тих галактиках, які знаходяться поблизу нас, ближче до сьогодення. Квазари це найстарші об’єкти в галактиках. Яка в них суть, користь? Вони є джерелами дуже яскравого світла, радіовипромінювання, деколи світла, які легко використовувати для навігації, тому що вони ж практично нерухомими на небесній сфері. Тобто вони знаходяться настільки далеко, що якщо вони навіть і мають власний рух, то він непомітний з Землі. Вони наче прикріплені до небесної сфери. І відповідно деякі космічні апарати, створені людиною, на них опираються як на опорні нерухомі пункти, по яких вони калібруються і визначають положення, орієнтацію. Космологія також цікавиться квазарами, їх природою, їхнім розподілом, бо вони також багато чого кажуть про еволюцію всесвіту, зокрема еволюцію галактик.
Вони також допомагають при навігації?
Так. Вони все одно допомогали, навіть якби ми не вивчали їхню природу.
Про телескоп Джеймс Вебб: які завдання перед ним ставлять? Навіщо він потрібен?
Він був запущений як телескоп нового покоління, після телескопу Хаббла Це найпотужніша космічна обсерваторія сьогодні. По якості оптики та по чутливості техніки ще сильніший за Хаббл, якій був націлений на інший діапазон хвиль, довжину хвиль. Тобто Хаббл спостерігав за видимим світлом, також з учасниками інфрачервоного діапазону. Основна його ціль була — вивчати всесвіт у видимому світлі, тобто в тих довжинах хвиль, які ми бачимо, — так він робив фотографії. Телескоп Джеймса Вебба налаштований більше на інфрачервоний діапазон. Діапазон цих хвиль з космосу на Землю майже не пробивається, тому що поглинається земною атмосферою. Тому, щоб побачити всесвіт в цих хвилях, власне і потрібно виходити в космос. Телескоп Джеймса Вебба не тільки вивели на орбіту, але його ще відправили в точку Лагранжа, якомога далі від Землі для того, щоб теплова сигнатура нашої планети не заважала йому.
Пояснить про інфрачервоний діапазон.
В цьому світлі багато чого цікавого можна спостерігати. Можна побачити те, що робилося дуже давно у всесвіті, тому що все світло, яке було випромінене у всесвіті давно, далеко від сьогоднішнього дня, зазнає червоного зміщення власне за рахунок цього розширення. Чим далі джерело світла, тим відповідно воно давніше і відповідно сильніше його світло зміщується в інфрачервону область. Якщо якась галактика світила у видимому світлі, але робила це мільярди років тому, то до нас воно може прийти як інфрачервоне. Тоді Джеймс Вебб буде бачити це зміщення. Крім того, в інфрачервоному діапазоні багато об’єктів можна спостерігати й в нашій галактиці, а не десь далеко. Наприклад, тьмяні зорі, червоні та коричневі карлики. Або ті ж самі екзопланети, які самі не світять, але відбивають світло своїх світил. Або, в основному, їх спостерігають через транзитний спосіб, тобто вони проходять по диску світила і залишають відбиток в інфрачервоному спектрі. Знаючи такий спектр поглинання планети, точніше її атмосфери, можна багато сказати про цю планету.
Наприклад?
Наприклад, чи входить вода, метан, або інші хімічні сполуки. Чи можливе там життя?
Якщо узагальнити, то Джеймс Вебб потрібен для пошуку можливості життя на інших планетах?
Так, це одне з основних його завдань. Тобто пошук таких елементів, які ми будемо вважати або результатом життєдіяльності, наприклад, метан, або, навпаки, є необхідними для існування (вода, органічні сполуки).
Які є теорії виникнення всесвіту, окрім вибуху?
Теорія великого вибуху сформувалася остаточно десь всередині 20 століття. Було одне спостереження, яке зробило цю теорію переможницею. Це було спостереження мікрохвильового фону всесвіту. Фонове опромінювання мікрохвильового, як його ще називають. Воно просто було передбачене Георгієм Гумовим, нашим земляком з Одеси. Він передбачив це в 1950-х роках, а відкрили його в 1960-х.
Теорія великого вибуху це умовна назва. Найправильніше було б назвати теорію гарячого тісного всесвіту в минулому. Ця теорія про те, що в минулому всесвіт був набагато тіснішим, гарячішим. Саме через те, що він розширюється, він зараз такий холодний і пустий. Наявність цього випромінювання означало те, що колись всесвіт був таким густим і гарячим, що в ньому не міг зберігатися навіть водень. Тобто була настільки густа плазма, що водень був розділений на протони та електрони. І от в той момент, коли всесвіт охолов настільки, щоб електрони приєдналися до протонів і утворили водень — перший хімічний елемент, то саме цей перехідний момент, який породив оце світло, яке ми зараз називаємо мікрохвильовим фоном. При чому коли це світло народилося, воно було високоенергетичним.
Що це означає?
Це були такі довжини хвиль, які були далеко в ультрафіолетовому діапазоні, чи навіть в гамма-діапазоні — недоступні для нашого зору. Але коштом розширення всесвіту довжина хвилі цього світла стала навпаки дуже довгою і воно перетворилося на інфрачервоне, тобто воно перемістилося в ту частину, де ми її не бачимо, бо хвилі дуже довгі. Хоча при народженні вони були надто короткі. Теорія великого вибуху передбачала, що таке випромінювання повинно бути присутнім. Тому, коли вчені в Америці його знайшли, до речі випадково, тому що його очікували на інших довжинах хвилі, тоді стало зрозуміло, що дійсно всесвіт був гарячий і тісний настільки, що колись він був плазмою. Яка потім рекомбінувала — електрони та протони які були вільними об’єднались і стали воднем.
А що було до великого вибуху і що буде після?
Якщо більш детально заглибитись, то насправді ніякого вибуху не було, було розширення з якогось початкового стану, в якому матерія була дуже щільною і дуже гарячою. Щодо питання, що було до вибуху, то це питання про те, звідки взагалі ця матерія взялася, як утворилася і чому вона утворилася саме в такому стані — в цілому відповіді на це питання немає. З кількох причин. По-перше, ніяких сигналів звідти майже неможливо знайти. Оце мікрохвильове випромінювання одне з найдальших речей, які ми можемо бачити.
Є ще кілька маркерів з епох, які були до цієї рекомбінації. Колись у всесвіті проходили термоядерні реакції, коли було настільки тісно, що утворювались важчі ядра з протонів. І оцей залишок можна прослідкувати у спостереженнях, що ще раз підтверджує теорію великого вибуху — або гарячого тісного Всесвіту в минулому. Зокрема в такому первинному ядерному синтезі народився майже весь гелій, який є у всесвіті. Адже всесвіт зараз складається приблизно на ¾ з водню і невеликої кількості важчих елементів, які народжуються вже в зірках. Але ці елементи тільки почали народжуватися. Маркерів, спостережень чогось, що сталося перед цим первинним синтезом немає. Відповідно не можливо спостереженням заглянути ще далі в минуле Всесвіту. Є гіпотеза, що ми ще можемо знайти реліктовий нітринний фон, а також первинні гравітаційні хвилі. Хоча це дуже важко, ніхто не знає, як їх знайти.
А що означають первинні гравітаційні хвилі?
Це хвилі, які утворилися при створенні всесвіту. Величезна густина матерії породжувала такі ж величезні збурення самої тканини простору часу, які теж поширювались, розширювалися разом із Всесвітом. Вони й сьогодні присутні у Всесвіті тільки тепер значно менш помітні, бо втратили свою енергію з розширенням Всесвіту.
Теорія великого вибуху не дає відповідь звідки взявся всесвіт. Існують інші теорії. Зокрема теорія космічної інфляції, яка ще далі відсуває поняття звідки все взялося, ще більше назад в часі. Вона пояснює, що всі частинки, всі матерії, які ми знаємо, з’явилися з якогось первинного поля. Це більш гіпотези, ніж теорії. Ну, є ще екзотичні теорії про те, що великому вибуху передував інший всесвіт, який стиснувся і потім народився наш. Є теорія що наш всесвіт був народжений з пустоти, з вакууму. З точки зору енергетичного балансу це можливо. Тому що народжена енергія компенсується негативною гравітаційною енергією. Будь-яка енергія створює гравітацію.
А що скажете про майбутнє всесвіту?
Якщо космологія вирішить своє основне завдання і дізнається з чого складається Всесвіт і в яких пропорціях в ньому світла, темна матерія і темна енергія, то це дозволить нам дізнатися не тільки про те, яким він був в минулому, але й передбачити, яким він буде в майбутньому після мільярдів років такого розширення. Є декілька сценаріїв. Найбільш ймовірний на сьогодні це нескінчене розширення за нескінченний проміжок часу. Тобто є прискорене розширення і воно таким і залишатиметься. В цілому всесвіт розширюється і далі буде розширюватися і все закінчиться тим, що галактики стануть ізольованими одна від одної, але будуть триматися купою, кожна сама по собі. Зараз ми можемо спостерігати мільярди галактик, але через десяток мільярдів років вони будуть втікати за горизонт спостереження коштом розширення всесвіту. Це основний сценарій.
Є ще теорія великого розриву. Таке розширення буде так швидко наростати, що розірве не тільки позагалактичні структури, але й самі галактики, а потім і сонячні системи, а потім і зірки і планети. Це можливо при наявності фантомної темної енергії — певного типу цієї загадкової субстанції. Таке станеться за скінченний час, але все одно цей час дуже великий. Є також третій альтернативний сценарій великого хрусту. В ньому розширення замінюється на схлопування в якийсь момент. Який з цих сценаріїв реалізується залежить від наповнення всесвіту, від властивостей темної енергії та Всесвіту.
Скажіть щодо мультивсесвіту, який зараз популярний у кінокоміксах. Він можливий?
Теорії мультивсесвіту походять з мікросвіту з інтерпретацією квантової механіки. В космології мультивсесвіт існує трохи в іншому сенсі, тому що при народженні всесвіту могло народитися багато всесвітів з різними фізичними законами. Але це теорія, яка навряд чи знайде якесь підтвердження, бо добратися до іншого всесвіту не дозволяють закони фізики нашого всесвіту.
Розкажіть про темну матерію. Чим відрізняється темна енергія від темної матерії?
Концепція темної матерії є простішою, ніж темної енергії. Уявіть, що ви тримаєте кульку на нитці. Якщо захочете, ви можете цю кульку розкрутити й вона буде обертатися. При цьому зрозуміло, що коли раптово обрізали нитку, то кулька полетить куди завгодно, не буде ні за що триматися. Тому що є відцентрове прискорення і є сила натягу, яка його компенсує. Потрібна сила, яка б тримала цю кульку по центру. Насправді всесвіт — багато таких кульок, які обертаються навколо спільного центру тяжіння зі своїми центрами тяжіння. Зокрема такою є наша галактика. Це багато зірок, які крутяться навколо центра і ця нитка, яка їх тримає, є гравітація. Але є проблема, яка полягає в тому, що вчені подивилися на швидкість, з якою ці зірки обертаються навколо центру галактик і помітили, що ці швидкості надто великі як для гравітації, яку створюють самі зірки і сама галактика.
Це означає, що існує щось, що тримає їх сильніше, ніж гравітує видима матерія. Звідти з’явилася проблема темної матерії. Треба було придумати якусь субстанцію, яка невидима, але з усім тим створює цю силу тяжіння достатньо, щоб зірки могли крутитися настільки швидко, наскільки вони крутяться зараз, як видно зі спостережень. Це стало зрозуміло десь в 70-х роках минулого століття.
А перед цим вчені помітили такий самий ефект на масштабі скупчення галактик: вони обертаються навколо якихось спільних центрів тяжіння, але надто швидко як для тієї маси, яка тримає їх до купи. То є гравітуючої маси повинно бути більше, ніж світлої матерії — матерії, яка світиться. Це повинно бути щось таке важке, що створює таку гравітацію, щоб всі ці тіла трималися спільних центрів тяжіння. І, відповідно, це назвали темною матерією і вияснили, що по масі її повинно бути в три-чотири рази більше, ніж матерії видимої.
У вчених майже немає сумнівів, що ця матерія присутня і що вона впливає на динаміку Всесвіту. І не полишають надій знайти її не тільки на масштабах галактики, але й тут на Землі — можливо частинки цієї темної матерії можуть попасти на детектори частинок. Тому вчені закопуються глибоко під землю, щоб нічого не заважало, ніякі інші частинки, ніяке інше опромінення і встановлюють там різні детектори частинок, і за ними уважно спостерігають чи не з’явиться щось, що можна інтерпретувати як частинки темної матерії. Але поки жоден з таких експериментів не підтвердив напевно, що такі частинки є. Темна енергія це щось значно загадковіше.
Як космологія зможе вплинути практично на освоєння космосу?
Я ще згадаю про такий практичний аспект космології. Ця наука певним чином пов’язана з фізикою частинок, тому що минуле космосу сильно залежить від того, з чого складається матерія, як вона взаємодіє на дуже високих енергіях. Як показала космологія, в нашому всесвіті присутні приховані компоненти, які не випромінюють світла і які можна побачити за допомогою космології у великих масштабах. Вони напевно мають якісь маніфестації (демонстрації) на рівні елементарних частинок. Я вже казав, що вчені намагаються їх знайти, але поки без успіху.
Ну, а щодо фундаментальної науки на масштабах більших, ніж оперує зараз людство, то люди зараз опановують тільки орбіту Землі. Є місії до Місяця, до Марсу. Але треба розуміти, що вихід за межі своєї сонячної системи трапиться ще не скоро. Для цього потрібні такі технології, як ядерні космічні двигуни. Зараз тільки створюються якісь концепти таких установок. Прогнозувати, коли ми колонізуємо нашу галактику — невдячна справа.
Якщо ж все-таки вдасться сконструювати такі двигуни, як космологія допоможе?
Цивілізація та інше життя залежить від космології, тому що об’єктивні закони встановлюють обмеження на те, як далеко і як швидко ви можете розповсюдити свою цивілізацію і своє життя. В цілому це підкаже наші межі, що ми встигнемо зробити до того, як всесвіт зануриться в тьму, холод, або, навпаки, схлопнеться.
Давайте поговорімо про плоскі стіни. Що це означає «всесвіт — сукупність плоских стін»?
Це те, чим я займаюся. Мабуть, йдеться про великомасштабний розподіл матерії. І тут така справа, що це матерія у вигляді галактик, скупчень, вона розподілена цікавим чином, що домінують в ній пустоти. Якщо умовно описати, то чимось схоже на швейцарський сир, в якому багато дірок. Тільки у всесвіті інші співвідношення матерії і пустот. Річ у тім, що концентруються вони нерівномірно. Це можуть бути стінки, які оточують пустоти, а також одномірні структури — філаменти. Філамент — це іншими словами нитка. У вчених є термін, щоб позначити такий розподіл. Вони кажуть про космічну павутину. І, відповідно, ці гігантські структури двомірні мають назву «стіни». Якщо подивитися на них збоку, ми можемо відтворити 3D структуру за їхнім полем швидкостей і за їх координатними. Вона виглядатиме як скомкане простирадло, де на поверхні є підвищена густина, а між тими стінками є пустоти.
Тобто всесвіт — павутиння?
Так. Так, це мереживо, яке нагадує павутину. Але є і 1D, i 2D структури. Вчені цікавляться, чому так сталося, які закони привели саме до такого розподілу, яка динаміка цих структур? Рано чи пізно вони все-таки схлопнуться в якісь більш точкові об’єкти. Або ні.
Що ми досі не розуміємо?
Ми знаємо закони, за якими тіла притягаються одне до одного і ми можемо припустити якійсь початковий розподіл, в якому не було цих стінок і цих філаментів. І тепер ми знаємо, що такі закони притягування і взаємодії призводять саме до такого розподілу. Це все можна передбачити та пояснити за допомогою тих законів гравітації й взаємодії матерії, які ми знаємо. І це все прораховується. Але є безліч деталей, які ще треба прояснити. Наприклад, якої довжини будуть ці філаменти (нити), якої густини, наскільки густина буде більше на оцій стінці, ніж густина галактик в пустоті.
Багато кажуть про супермодель, тобто поєднання теорії відносності, космології, квантової механіки, щоб краще зрозуміти всесвіт.
Ви кажете про теорію всього, або теорію великого об’єднання (сил природи). Це теорія в якій мали б поєднатись абсолютно всі взаємодії. Її поки що не винайшли, але це святий грааль для всіх фізиків. Пошуки тривають.