«Астрофизик с ютьюба» посетил Иркутск и провел закрытую лекцию в Пединституте. О каких темных тайнах космоса он рассказывал?

Профессиональный астрофизик, известный популяризатор астрономии, автор YouTube-канала «Неземной подкаст» почти с полумиллионом подписчиков Владимир Сурдин побывал в Иркутске 5 сентября. Он выступил с лекциями в Педагогическом институте ИГУ перед учителями школ и студентами педуниверситета. Рассказываем, какими тайными знаниями он с ними делился.

Иркутский астроном Сергей Язев, который давно знаком с Владимиром Сурдиным, рассказал, что астрофизика знают даже люди далекие от астрономии.

— Вот сейчас мы ездили на Ольхон, и я был совершенно поражен. Мы идем по улице, люди идут навстречу и узнают Владимира Георгиевича, даже по имени обращаются, — рассказал Сергей Язев.

Владимир Сурдин обмолвился и о том, что успел оценить иркутское звездное небо.

— Я живу в кемпинг-отеле «Елочка» и там, если выйти к заливу совершенно потрясающее небо, которое в ясную погоду позволяет наблюдать нашу галактику — Млечный Путь. Но на нем очень много темных провалов, которые еще недавно наши предшественники считали просто дырами в небесах. То есть, там нет звезд. Так что пользуйтесь, выезжайте к заливу и смотрите, — посоветовал Владимир Сурдин.

Затем Владимир Сурдин прочитал лекцию «Темная сторона Вселенной: что мы о ней не знаем, а о чем лишь догадываемся».

— В астрономии последние десятилетия действительно много разных темных сущностей: темная материя, черные дыры, темная энергия. Но были же темные вещи и до этих современных фаз астрономии. Например, темная сторона Луны. Иногда меня еще достают вопросами: «Правда, что она всегда темная, эта обратная сторона Луны?». Многие упускают, что ее сфотографировали еще в 1959 году, — рассказал ученый.

Владимир Сурдин отметил, что фото обратной стороны Луны — предмет гордости советских инженеров, которые решили фантастическую задачу на аналоговой технике.

— Тогда компьютеры были не такими как сейчас, а размером в несколько квадратных метров. А аппарат, сделавший снимок, был размером со стиральную машинку. В 1959 году он почти без электроники и облетел Луну, сориентировался, повернулся в правильный момент в нужную сторону и сфотографировал обратную сторону Луны на пленочный фотоаппарат, — рассказал астрофизик.

Астрофизики не могут объяснить, почему Луна такая асимметричная — с видимой нам стороны она покрыта лавовыми морями, которые неизвестно откуда взялись, а с дальней стороны — она чиста. Хотя с Землей — та же история.

— Возьмите глобус Земли и посмотрите на него внимательно. Одно полушарие — это Тихий океан. Второе полушарие — это континенты. Земля асимметричная, но мы к этому привыкли. А вот к лунной асимметрии до сих пор не можем. Как и понять, почему она такая. Так что в каком-то смысле она остается для нас загадочной, — рассказал Владимир Сурдин.

Одна из самых известных темных сущностей в астрофизике — черные дыры. Интересно то, что еще Исаак Ньютон мог спрогнозировать их существование, ведь у него в руках были все знания и инструменты, чтобы это сделать. Но первым ученым, который опубликовал идею о чёрных дырах, был естествоиспытатель Джон Митчелл, а затем идею подхватил более известны ученый — Пьер-Симон Лаплас.

— Он знал, какая скорость у света и предсказал, что если Солнце сожмется до размеров 3 километров, то его гравитация не отпустит от себя даже частицы света. У него вышла полупопулярная, полунаучная книжка, одна из маленьких глав которой была посвящена чёрным дырам. Его коллеги думали, что это какая-то фантастика. Солнце — огромное, попробуй сжать его до трех километров, — поведал Владимир Сурдин.

Именно потому, что идею посчитали слишком фантастической в последующих редакциях книги Лапласа главы о черных дырах не было. К слову, тогда еще не было такого термина, черные дыры вообще никак не называли. Позже им дали название «Коллапсары» или «Тёмные звёзды». Затем черные дыры открыли уже в XX веке — в общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

— Нашелся человек, который получил первое решение уравнения Эйнштейна — немецкий оптик, физик, математик и астроном Карл Шварцшильд. Он был директором Потсдамской астрофизической обсерватории, но когда началась Первая мировая война он ушел на фронт, где получил тяжелое ранение и спустя несколько недель умер в госпитале. Однако за эти несколько недель он написал три потрясающих статьи, на которых стоит современная наука — о движении звезд, о конструкции новых телескопов и о решении уравнений Эйнштейна, — добавил Владимир Сурдин.

Тогда-то и обнаружилось, что формулы, полученные Шварцшильдом, в которых он доказывает возможность существования черных дыр, в точности могут быть получены в рамках ньютоновой физики. Но и в этот раз никто не обратил на это внимание. Первая мировая война, разруха в Европе — астрономия никому не была нужна.

Затем в 1960-х нашёлся человек, который увлёкся математической стороной общей теории относительности и решил найти самое общее решение для уравнения Эйнштейна — новозеландский математик Рой Керр. Он решил математически описать гравитационное поле вращающейся черной дыры.

— Даже если вы влетаете в окрестности чёрной дыры и попадаете в поле, где она вращается, то она захватит и вы уже туда двинетесь. Но если вы влетели в противоположное направление вращения чёрной дыры, то её эффект заставит вас остановиться. Так устроена геометрия пространства-времени. Любопытно, что именно этот эффект впервые намекнул на то, что из чёрной дыры что-то можно извлечь. Как мы представляем себе черную дыру? Что упало — то пропало. Туда все падает, обратно ничего не возвращается. Оказывается, энергию из черной дыры можно частично извлечь, если она вращается, — рассказал Владимир Сурдин.

То есть чёрная дыра не могила для всего. Если подойти с умом, то можно извлекать из нее энергию.

Темное вещество на русском языке, по аналогии с английским, «dark matter» называют темной материей. Однако это не совсем верно.

— Состав нашего мира лишь на 5% нам понятен. В эти пять процентов входит таблица Менделеева, протоны, нейтроны, планеты, звезды и все, что мы изучили. 95% Вселенной — какие-то непонятные вещи. Например, темное вещество. Невидимое, но вполне себе гравитирующее, притягивающее к себе вещество. Когда мы начали измерять вращение звездных систем галактик и довольно быстро убедились, что звезды в космосе «упакованы» очень сильно. С удалением от них не уменьшается скорость орбитального движения звезд. То есть мы удаляемся от основного источника тяготения, но скорость не меняется, — объяснил ученый.

Звезды в галактиках вращаются с постоянной скоростью. Это значит, что в космической темноте что-то их еще дополнительно притягивает. Ученые понимают, что во тьме космоса есть какое-то вещество, и его в пять раз больше, чем обычного видимого, но что это — до сих пор непонятно. Есть несколько идей, но пока проверить их невозможно.

— Самое же неприятное, самое загадочное, что вот тут, в этом зале, полным-полно частиц темной материи. Я даже могу посчитать, какая полная масса их тут. Они сейчас летают, пронизывают нас с вами, и мы это не замечаем. И самые чувствительные приборы физические тоже не могут этого заметить. Но они есть, потому что своей гравитацией они себя проявляют и скрыть своего существования не могут, — уточнил Владимир Сурдин.

Есть и другое независимое указание, что темное вещество существует — скопления галактик. Галактики часто живут большими группами и с помощью гравитационной линзы можно измерить массу, в них заключенную. Оказывается, что масса любого звездного скопления раз в пять-шесть, а иногда и в 10 больше суммарной массы, отдельных галактик в ней находящихся. «Значит, между галактиками в скоплении тоже есть невидимое темное вещество со своей гравитационной массой, — говорит астрофизик.

— История нашей Вселенной развивалась на первых этапах примерно так: первые 350-400 тысяч лет Вселенная была очень горячая, почти однородная, заполненная горячим газом и излучением, которое взаимодействовало с заряженными частицами этой плазмы, и сообщая этой плазме высокую упругость, не позволяла ей сжиматься. Наконец температура Вселенной упала до 3-3,5 тысячи кельвинов и произошла рекомбинация, то есть электроны объединились с протонами в атомы водорода. Но не хватает массы вещества нашей Вселенной, чтобы это сжатие сделало Вселенную неоднородной. Исходя из этого, мы и предполагаем, что кроме обычного вещества есть еще и тёмное, невидимого, которое никак не взаимодействует со светом, — отметил Владимир Сурдин

Главное содержимое Вселенной — гипотетическое, но вроде бы существующее — темная энергия. В начале XX века астрономы стали измерять скорости движения галактик. Американский астроном Эдвин Хаббл заметил довольно простую связь — чем дальше от нас галактика, тем быстрее она от нас улетает.

— Сегодня мы это называем законом Хаббла, законом расширения Вселенной, который демонстрирует эффект разбегания галактик. Если они быстро улетают и не сильно притягиваются, значит, улетят друг от друга навсегда и не вернутся. Но оказалось, что Вселенная расширяется не так, как мы думали — считалось, что, отдаляясь друг друга, галактики со временем тормозят, но на самом деле они ускоряются. Чем они друг от друга отталкиваются? Мы не знаем, — отметил астрофизик.

Силу, которая расталкивает галактики во Вселенной и назвали темной энергией. Возможно, это энергия вакуума, или какого-то неизвестного поля вроде электромагнитного, но точно о ней ничего неизвестно.

Как будет вести себя темная энергия дальше — никто не знает. Вселенная может начать сжиматься, но это маловероятно, говорит Владимир Сурдин. Скорее всего она будет расширяться вечно.

Недавно Владимир Сурдин давал интервью нашим коллегам из NGS70.RU, где рассказал о возможности экспансии космоса.