Amerykański kosmolog Lawrence Krauss mówił o tym, jak kosmologia zmieniła się po odkryciu fal grawitacyjnych, wyjaśnił, dlaczego wskazówki „zegara zagłady” zostały przesunięte i opowiedział o tym, czy możemy zobaczyć pierwszą chwilę życia Wszechświata podczas Wielkiego Wybuchu.
Lawrence Krauss jest jednym z najbardziej znanych kosmologów i popularyzatorów nauki w Stanach Zjednoczonych. W ciągu ostatnich 30 lat napisał dziesięć książek popularnonaukowych o kosmologii i nauce w ogóle, z których wiele stało się bestsellerami, a także brał udział w kręceniu kilku filmów dokumentalnych i popularno-naukowej serii How the Universe Works.
W tym tygodniu Krauss wraz z innymi wybitnymi naukowcami z zagranicy i Rosji wygłosił wykłady na temat najnowszych odkryć i przyszłości nauki podczas festiwalu Kaspersky Geek Picnic, który odbywa się w Moskwie i Sankt Petersburgu.
- Lawrence, od odkrycia fal grawitacyjnych na detektorach LIGO minęły prawie dwa lata. Jak kosmologia i nasze poglądy na temat narodzin i życia Wszechświata zmieniły się po tym odkryciu?
- Jest jeszcze za wcześnie, aby mówić o jakichkolwiek globalnych wnioskach - właśnie zaczęliśmy obserwować grawitacyjny Wszechświat. Jak dotąd mamy tylko dane o trzech połączeniach czarnych dziur i nikt - prawdopodobnie z wyjątkiem lekarzy - nie może wziąć tak małej liczby zdarzeń, ekstrapolować je i uzyskać coś interesującego.
Z drugiej strony wciąż udało się nam czegoś nauczyć. Na przykład teraz doskonale zdajemy sobie sprawę, że teoria względności działa bez zarzutu i możemy ją wykorzystać do badania wszechświata. W przeszłości nie było to tak oczywiste, jak fakt, że istnieją czarne dziury o masach gwiazdowych.
Ponadto ostatnie zdarzenie zarejestrowane przez LIGO na początku tego roku pozwoliło nam zrozumieć, w jaki sposób powstają takie pary czarnych dziur. Gdyby pojawiły się w podwójnych układach gwiazdowych, obracałyby się w jednym kierunku. Wydaje się, że tak nie jest, ale na razie nie możemy o tym mówić z absolutną pewnością, ponieważ liczba wydarzeń jest wciąż niewielka.
Jesteśmy teraz na tym samym etapie rozwoju, co Galileusz, który jako pierwszy zobaczył księżyce Jowisza - wtedy ludzkość dopiero zaczęła rozumieć, jak działa Układ Słoneczny. Fale grawitacyjne stały się naszym nowym oknem na Wszechświat, przez które będziemy na nie patrzeć w tym i następnym wieku.
Film promocyjny:
Wiele rzeczy pozostaje niejasnych i jak dotąd nie mamy ani wiedzy, ani doświadczenia, aby znaleźć coś nowego w danych LIGO dotyczących teorii względności i działania kwantowej grawitacji. Dla mnie, jako kosmologa, ciekawsze jest nie myślenie o nowoczesnych detektorach grawitacyjnych, ale o tym, że za 50 lat zobaczą nie tylko połączenia czarnych dziur, ale także fale grawitacyjne generowane podczas Wielkiego Wybuchu.
Czy LIGO lub inne detektory grawitacyjne będą w stanie udowodnić lub obalić, że żyjemy wewnątrz hologramu lub czarnej dziury?
- Takie pomysły wydają mi się niepoważne - nadają się tylko do umieszczenia na łamach gazet i publikacji internetowych. Jak dotąd nie ma żadnych fizycznych wskazówek, że żyjemy wewnątrz płaskiego hologramu lub symulacji komputerowej, w czymś w rodzaju „Matrixa”.
Z drugiej strony takie pytania są jednak traktowane poważnie, ponieważ są bezpośrednio związane z teorią kwantowej grawitacji i problemem jej weryfikacji, a także z naturą czasoprzestrzeni.
LIGO i inne istniejące i budowane detektory mogą obserwować fale grawitacyjne jedynie w tzw. Trybie klasycznym - nie mogą obserwować oscylacji czasoprzestrzeni powstających na samym skraju horyzontu zdarzeń, gdzie efekty kwantowe będą miały wpływ na ich zachowanie i powstawanie. Dlatego raczej nie pomogą nam one znaleźć odpowiedzi na to pytanie.
W przyszłości oczywiście takie detektory pojawią się, a na razie mamy wiele innych ciekawych pytań. Na przykład nie rozumiemy jeszcze, w jaki sposób supermasywne czarne dziury powstają w centrach galaktyk, czy galaktyki powstają wokół takich czarnych dziur, czy też powstają wewnątrz galaktyk i wiele więcej.
Oczywiście mogą wystąpić przypadkowe, zaskakujące odkrycia, jak odkrycie, że wszechświat rozszerza się coraz szybciej, ale jak dotąd nie mamy nawet detektorów, które mogłyby wykryć takie rzeczy nawet czysto teoretycznie.
Jeśli mówimy o rozszerzaniu się Wszechświata, to ostatnio Wasi koledzy stwierdzili duże rozbieżności w tempie jego wzrostu po Wielkim Wybuchu i obecnie. Czy mogła się tam kryć „nowa fizyka”?
- Rozbieżności pojawiają się bardzo często w fizyce i najczęściej same znikają. Jeśli uzyskasz ciekawe wyniki, to w 99% przypadków okażą się one wypadkiem lub błędem, a tylko w 1% - prawdziwym odkryciem. Wszyscy mamy nadzieję, że te odkrycia są uwzględnione w tym odsetku, ale musisz zrozumieć, że błędy pomiarowe są nieodłączną częścią każdego eksperymentu.
Na przykład, kiedy byłem młody, różne eksperymenty wskazywały na dwie szybkości rozszerzania się Wszechświata - 50 kilometrów na sekundę na megaparsek i 100 kilometrów na sekundę na megaparsek. Obie wartości uznano za dość dokładne, a błąd pomiaru był niewielki - plus minus pięć kilometrów na sekundę na megaparsek, ale same wartości różniły się około dwa razy.
Obecne rozbieżności są znacznie skromniejsze - wartości prędkości różnią się tylko o 2-3 proc., Ale każdemu wydaje się, że są to bardzo poważne niespójności, za którymi kryje się coś naprawdę nowego. Jestem raczej sceptyczny co do tego „odkrycia”, ale możliwe, że istnieją zarówno nowe, jak i stare różnice.
Osobiście wydaje mi się, że tak nie jest, ponieważ z punktu widzenia teorii energia pustej przestrzeni powinna pozostawać stała z wielu powodów. Dlatego jest bardzo mało prawdopodobne, jeśli tak nie jest. Sama możliwość zmiany energii próżni w przeszłości jest dla nas interesująca, ponieważ taki scenariusz pozwala nam dowiedzieć się znacznie więcej o tym, jak działa Wszechświat i jak działa czasoprzestrzeń, niż gdyby tempo rozszerzania się Wszechświata było stałe przez cały okres jego istnienia. …
Z drugiej strony trzeba zrozumieć, że Wszechświat nie istnieje, aby spełnić nasze pragnienia, dlatego wydaje mi się, że tak naprawdę prędkość jego ekspansji nigdy się nie zmieniła i nie ma tu nowej fizyki.
Jeśli mówimy o marzeniach: jesteś jednym z uczestników projektu Breakthrough Starshot, to ile możesz w ogóle mówić o tym, czy jest to możliwe do zrealizowania i jakie realne korzyści moglibyśmy z tego wynieść?
- Czy możemy stworzyć sondę, która może poruszać się z prędkością 20% prędkości światła? Na razie mogę tylko powiedzieć, że ten pomysł jest w zasadzie wykonalny, ale jego realizacja będzie bardzo trudnym zadaniem.
Z drugiej strony wydaje mi się, że jesteśmy całkiem zdolni do tworzenia technologii, które mogą przyspieszać małe sondy do prędkości, które pozwolą im dotrzeć na obrzeża Układu Słonecznego w ciągu kilku dni, a nie dekad. Takie urządzenia pozwolą nam na kompleksowe badanie wszystkich planet i ciał niebieskich w bardzo krótkim czasie. A podstawą ich stworzenia będą te rozwiązania, które zostaną stworzone w ramach „niemożliwej” Breakthrough Starshot.
I faktycznie takie postawienie pytania nie jest do końca poprawne - głównym celem tego projektu nie jest realizacja konkretnych zadań, ale popularyzacja eksploracji kosmosu, dlatego faktycznie zgodziłem się w nim uczestniczyć. Z punktu widzenia czystej praktyki projekt Breakthrough Listen wygląda znacznie ciekawiej.
Jesteś przewodniczącym rady redakcyjnej Biuletynu Naukowców Atomowych, strażnikiem zegara zagłady. Jaki jest powód tego, że przesunąłeś strzałę o 30 sekund w kierunku katastrofy nuklearnej i jak możemy ją cofnąć?
- Najważniejsze, aby zrozumieć, że nasze zegary wskazują nie wartości bezwzględne, ale względne. Innymi słowy, przesunięcie strzałek wskazuje, jak sytuacja zmieniła się w ciągu roku. W tym przypadku mówimy po prostu o tym, że teraz sytuacja stała się bardziej niebezpieczna niż w zeszłym roku.
Przesunęliśmy wskazówkę o 30 sekund w kierunku nuklearnej „północy” z kilku powodów. Po pierwsze, prezydenci dwóch wiodących mocarstw jądrowych wygłosili serię agresywnych oświadczeń na temat broni jądrowej i sprawili, że sytuacja wokół nich stała się bardziej napięta niż wcześniej. Oczywiście czyny są bardziej przekonujące niż słowa, ale słowa prezydentów są nadal wiele warte w świecie polityki.
Wydaje mi się, że prezydent Trump ma niewielkie pojęcie o tym, czym jest broń jądrowa i dlaczego tak ważne jest, abyśmy powstrzymali jej rozprzestrzenianie. Dlatego jego wypowiedzi o poszerzeniu arsenału USA i niechęci do udziału w porozumieniach o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej wzbudziły w nas wielki niepokój.
Oprócz pogorszenia stosunków między Rosją a Stanami Zjednoczonymi, na naszą decyzję wpłynęły inne wydarzenia na świecie. Korea Północna nadal prowadzi testy nuklearne i wystrzeliwuje rakiety balistyczne, a dziś władze USA zaprzeczają istnieniu kolejnego niebezpiecznego zagrożenia dla istnienia całej cywilizacji jako całości - globalnego ocieplenia. Ponadto pojawiły się nowe wyzwania, takie jak ataki cybernetyczne i wojny cybernetyczne. Wszystko to sprawiło, że przesunęliśmy strzałkę o 30 sekund.
Jak możesz je zawrócić? Wydaje mi się, że tylko zwykli ludzie mogą rozwiązać ten problem, ponieważ politycy od dawna nie słuchają naukowców. Zaczną nas słuchać dopiero wtedy, gdy będzie o tym mówić całe społeczeństwo, a nasz pismo faktycznie istnieje po to, by informować opinię publiczną i zachęcać ją do działania.
Stephen Hawking wierzy, że ludzkość przetrwa tylko wtedy, gdy do końca tego stulecia staniemy się gatunkiem „kosmicznym” i zaczniemy kolonizować inne planety. Elon Musk przedstawił podobne pomysły. Jak realistyczne są one?
„Wydaje mi się, że mamy wystarczająco dużo problemów na Ziemi, które należy rozwiązać, zanim wyruszymy na kolonizację Marsa. W odległej przyszłości, po kilku stuleciach, naprawdę musimy opuścić Ziemię, ale na razie nie ma takiej potrzeby. Znam dobrze Elona, robi dobre rakiety i samochody elektryczne, ale jego plany kolonizacji Marsa są nadal bardzo dalekie od rzeczywistości.
Moim zdaniem ludzkość musi przede wszystkim stać się gatunkiem ziemskim i nauczyć się wspólnie rozwiązywać globalne problemy, zanim zaczniemy podbijać kosmos. Stopniowo stajemy się takim gatunkiem - w ostatnich dziesięcioleciach rozwinęliśmy umiejętność zmiany oblicza Ziemi na poziomie globalnym i musimy się do tego przyzwyczaić.
Jeśli porozmawiamy o przyszłości - czy kiedykolwiek będziemy mogli zobaczyć, co wydarzyło się w pierwszej chwili Wielkiego Wybuchu i gdzie nastąpi kolejny przełom w kosmologii?
- Z jednej strony możemy powiedzieć, że gdybym wiedział dokładnie, gdzie w ciągu najbliższych dwudziestu lat dokonamy przełomu w kosmologii, to już bym nad tym tematem pracował. Z drugiej strony, mówiąc poważnie, jesteśmy teraz u progu potencjalnie epokowego odkrycia.
Detektory mikrofalowe na biegunie południowym, które obserwują echo Wielkiego Wybuchu, osiągnęły prawie niezbędną czułość, aby wychwycić fale grawitacyjne generowane w pierwszej chwili życia Wszechświata. Jeśli uda nam się je naprawić, dowiemy się wiele o tym, jak wyglądał w pierwszej milionowej jednej miliardowej attosekundy (od 10 do minus 18 stopni sekundy) swojego istnienia.
Ponadto otrzymamy pierwsze jednoznaczne dane na temat istnienia wszechświatów równoległych i rozwiążemy wiele pytań, które ostatnio uważano za metafizykę, a nie coś, co można przetestować empirycznie. Dlatego uważam, że żyjemy w jednym z najciekawszych czasów dla kosmologii i astronomii - wszystko, co najlepsze w nauce wciąż nas czeka.