Міжрегіональна Академія управління персоналом

В'ячеслав Муханов — один з найвідоміших учених, які вивчають Всесвіт. Два роки тому він став лауреатом Tomalla Prize. Це ще не Нобелівська премія, але вже близько. Останні п'ятнадцять років він працює в Мюнхенському університеті імені Людвіга — Максиміліана, де з ним і зустрівся наш кореспондент.

У головну будівлю університету можна зайти абсолютно вільно. Тут немає ніяких вахтерів. Взагалі тут все відкрито — йди, куди хочеш. І це при тому, що університет цілком може вважатися історичною реліквією: герцог Людвіг IX заснував його ще в 1472 році.

— Взагалі-то університет величезний, тут навчаються 55 тисяч осіб. — Космолог В'ячеслав Муханов розривається між моїми питаннями і проханнями фотографа прийняти ту або іншу величну позу.

Ви відчуваєте себе тут як вдома?

Ну, в якійсь мірі я завжди залишуся чужинцем. Якщо хочеш, щоб тебе за свого вважали, потрібно говорити без акценту, потрібно вирости тут, щоб засвоїти якийсь загальнозрозумілу місцевим контекст — як простенькі запитання у програмі «Хто хоче стати мільйонером?», на які наша людина відповість не замислюючись, а іноземець — ні.

Вам подобається Мюнхен?

Мюнхен — місто як раз відповідного розміру: не надто великою і не надто маленький. Тут хороша кухня, готують просто і зі смаком. Адже занадто витончені речі приїдаються. Звичайно, ідеальних місць немає: найкращий в світі каву готують в Італії, але там не знайти хорошого круасана, а французам ніколи не зробити такої кави — в загальному, немає місця на Землі, де можна отримати хороший круасан з хорошим кави.

Але я часто подорожую. Добре бути професором: раз в тиждень я читаю лекцію, один семестр — три місяці, другий семестр — три місяці, а решту часу вільний.

А як же роздуми про устрій Вселитьной?

В теоретичній фізиці нечасто трапляються хороші завдання, які вирішуються. Навіть художнику легше — знайшов свій стиль і малюй. А тут ти як золотошукач: знайшов один раз щось, а потім десять років нічого не зустрічається. Ну, статті-то завжди якісь наукові можна кропать, але це нецікаво.

Де знаходиться край світу

Ми сидимо в кабінеті серед стелажів з книгами з астрофізики, поруч дошка, суцільно списана красивими незрозумілими формулами. В'ячеслав Муханов курить цигарку за цигаркою, то і справа схоплюється з-за столу і вистачає крейда, щоб намалювати «квантові флуктуації», «горизонт подій» та інші зубодробильні поняття. Багато речей йому доводиться повторювати по кілька разів — у мене в голові ніяк не складається космологічний пазл.

— У цій кімнаті може в кожен момент часу народжуватися нова Всесвіт. — Муханов обводить поглядом кімнату, немов перевіряючи, скільки нових Всесвітів народилося, поки ми говорили. — Якщо розширення підхоплено темною енергією, то маленький Всесвіт, яка утворилася внаслідок квантової флуктуації, може стати абсолютно величезною. Просто ми її не бачимо, тому що дверцята, яка нас з нею пов'язує, має колосально маленькі масштаби.

Почекайте, не так швидко! Ви — один з творців сучасної картини Всесвіту, тобто знаєте про неї трохи чи не найбільше. От я і хочу, щоб ви по черзі розповіли, на що схожа Всесвіт як ціле, як вона виглядає «зверху»?

Взагалі-то космологія почалася років сто тому, коли встановили, що деякі розмазані плями на фотографіях зоряного неба — це окремі галактики. У 20-х роках Фрідман написав дві статті з приводу того, що Всесвіт може розширюватися, оцінив її вік — зараз він відомий точно: 13,7 мільярда років — і загальну масу.

Всі ці зірки, які ми бачимо на небі, належать нашій Галактиці, всього їх в ній близько 100 мільярдів. Якщо з одного кінця галактики послати світло, він дійде до іншого кінця приблизно за 100 тисяч років. А між двома галактиками світло в середньому летить 3 мільйона років. Галактик у Всесвіті теж 100 мільярдів — бачите, все дуже просто.

А звідки ми знаємо, що 100 мільярдів галактик, — ми бачимо весь Всесвіт?

Ми бачимо найближчі галактики, можемо виміряти між ними відстань і можемо оцінити, скільки галактик доводиться на якийсь заданий обсяг. І ми бачимо найяскравіші об'єкти, близькі до краю Всесвіту.

Це ніби краю землі?

Мова йде про край видимого Всесвіту, який перебуває на відстані в 13,7 мільярда світлових років. Сигнал поширюється максимум зі швидкістю світла. Максимальна відстань, яку ми можемо сьогодні побачити, — це швидкість світла помножити на час існування Всесвіту. З кожним роком до нас приходить світло з все більш віддалених областей, і ми можемо бачити трохи більше. Проживемо ось ще кілька мільярдів років — побачимо ще купу галактик.

Кульку або аркуш?

Якщо уявити Всесвіт як поверхня повітряної кульки, який хтось колись почав надувати, — адже ми повинні побачити її всю, адже її площа скінченна, а роздувається вона повільніше швидкості світла...

Ні, Всесвіт, швидше за все, однорідна і нескінченна, і щоб побачити її всю, вам потрібно нескінченну кількість часу. Ви краще замість кульки уявіть нескінченну гумову площину, яка весь час розтягується, відстань між будь-якими двома точками на ньому збільшується. Вона була нескінченною і на самому початку, але тоді відстань між різними точками було набагато менше, була набагато більша щільність енергії і неймовірна температура.

А чому ми думаємо, що Всесвіт нескінченний?

Це вже спекуляція, певна апроксимація того, що ми знаємо сьогодні, найбільш природна гіпотеза. «Великий Всесвіт», скоріше всього, нескінченна і існує нескінченно довго. Якщо б ми прожили мільярди мільярдів років, ми побачили б набагато більший шматок Всесвіту, який за будовою може сильно відрізнятися від нашого шматка.

Вчені мужі начебто пишуть, що на початку часів була сингулярність і весь «гумовий лист» був однією точкою, космічним яйцем і все таке.

Про сингулярність краще вже не говорити, це поняття застаріле. Уявіть собі, що всі 100 мільярдів галактик спочатку містилися в просторі розміром із сірникову коробку. Але це умовний коробок, він не був відокремлений від решти світу, навколо було все те ж нескінченне простір, в кожному сірниковій коробці якого була енергія, достатня для того, щоб породити 100 мільярдів галактик. І вся ця нескінченність розширюється, а може, всередині неї весь час народжуються нові і нові «кульки» — локальні Всесвіти, подібні нашої.

Стоп-стоп, адже ми вже домовилися, що Всесвіт була нескінченна з самого початку.

Адже це область спекуляцій. Може бути, вона була безмежною, а може бути, був маленький кулька, який утворився випадково і розтягнувся до величезних масштабів. Що ми можемо сказати точно — так це те, що в результаті домінування темної енергії відбулося стрімке роздування універсуму, інфляція, і утворилася та Всесвіт, яку ми бачимо сьогодні.

Коли почалася інфляція?

Це було дуже рано, через мізерну частку секунди після народження Всесвіту. Інфляція була обумовлена темною енергією, яка потім розпалася і утворила звичайні частинки: кварки, фотони, нейтрино — все-все, що ми знаємо. Щільність розподілу цих частинок була різною, і з-за цього вони під дією гравітації стали об'єднуватися в більш великі структури.

Спостереження та передбачення

— Я-професор, у мене кафедра — третя частина поверху тут для мене і моїх співробітників, — розповідає Муханов. — Раніше у всьому університеті був один професор теоретичної фізики, тепер — сім. Тому що гроші стали давати, після того як атомну, а потім водневу бомбу зробили. Тепер дають за інерцією: раптом ще чого-небудь таке зробимо. Космологією адже довго ніхто серйозно не займався, до неї переходили люди, які вже зробили щось корисне. У Росії — Зельдовіч, Цукрів, Гінзбург, тобто творці атомної і термоядерної бомби. Вони знали купу всяких речей, яких нормальні фізики не знали, тому що вони були засекречені.

Але як пов'язані бомба і космологія?

Наприклад, було відомо, що в спостережуваної Всесвіту 25% гелію. Але звідки він береться? Тільки в результаті термоядерних реакцій. Термоядерні реакції відбуваються в зірках, але, щоб отримати таку цифру, потрібно, щоб зорі світили в сто разів сильніше, ніж зараз, щоб небо було в сто разів яскравіше. Тому прийшли до висновку, що ця речовина утворилася невдовзі після народження Всесвіту, і вона повинна була бути дуже гарячою. Все найцікавіше в історії Всесвіту відбувалося в перші хвилини і секунди.

Давайте знову повернемося до народження Всесвіту. Що ми знаємо про те, з чого все почалося?

Тут є дві можливості. Одна така можливість, що у вас нічого утворився маленький кульку з масою 105 ступеня грама, а в результаті інфляції з темної енергії народилось речовини 1055 грама, на 100 мільярдів галактик. Друга можливість — може бути, вже до цього моменту була якась нескінченна Всесвіт, а в цій нескінченній Всесвіту якийсь шматочок був підхоплений інфляцією і утворив те, що ми бачимо сьогодні.

Отже, зараз ми можемо бачити, що провийшло в нашому шматку Всесвіту за останні 13,7 мільярда років?

Всесвіт стала оптично прозорою тільки через 100 тисяч років після свого народження. До цього вона була дуже щільною, і весь світ поглинався речовиною, його частинки, фотони, розсіювалися серед протонів, нейтронів, електронів. До цього заповнювали простір вільні електрично заряджені частинки, а тут вони утворили нейтральні атоми водню. Через них світло проходить набагато легше, і ось в цей момент Всесвіт стає прозорою.

І що ж ми можемо спостерігати у Всесвіті віком 100 тисяч років?

Ми можемо бачити, як було розподілено речовина. І можемо бачити це з допомогою реліктового випромінювання. Воно було відкрито в 1964 році зовсім випадково. Зараз температура цього випромінювання всього три градуси, а раніше, за 100 тисяч років після народження Всесвіту, вона була три тисячі градусів. Ще раніше, через три хвилини після народження, у Всесвіті як би вибухнула купа термоядерних бомб, в результаті чого утворився гелій. Знаєте, в термоядерної бомби енергія виділяється, коли протони і нейтрони утворюють гелій. Так от, речовина у Всесвіті на 75% складається з водню, на 25% — з гелію, інші елементи представлені в абсолютно нікчемних кількостях.

А як ми дізнаємося про те, що було зі Всесвіту до цього?

Безпосередньо нічого побачити не можна. Висуваються гіпотези, на їх підставі робляться прогнози. Перевіряючи ці передбачення, ми підтверджуємо або спростовуємо гіпотези. Одне з передбачень інфляційної теорії — про те, що щільність речовини у Всесвіті така, що геометрія простору є плоскою. Протягом довгого часу це передбачення суперечило спостереженнями, і тільки після відкриття темної енергії все встало на свої місця.

Тобто ви чогось такого очікували?

Чекати-то очікували, але це суперечило тому, що бачили, а факти — уперта річ. Коли в 80-х ми створювали теорії про те, якою вона була, то навіть і не сподівалися, що наші теорії в принципі можна буде перевірити. Але за останні 30 років в космології стався колосальний прорив. Все почалося з COBE — експерименту Cosmic Background Explorer, за який Смут отримав у 2006 році Нобелівську премію. Досліджуючи реліктове випромінювання, вони виявили, що Всесвіт у віці 100 тисяч років була не такою вже однорідної — температура в різних місцях варіювала на одну тисячну відсотка.

Тоді нічого не було, ні галактик, ні зірок. Це була суміш газів — водню і гелію. Але їх щільність в одному місці була не в точності така ж, як в іншому, були варіації в одну тисячну відсотка. Нікчемні, але в міру розширення Всесвіту неоднорідності посилювалися, і завдяки їм утворилися зірки, галактики і всі інші структури.

Від квантів до галактик.

Але чому виникли ці маленькі неоднорідності?

Для мене це як раз самий основний, принципове питання, якими я займався. Це мій головний науковий результат, який я отримав, будучи ще студентом.

За нього ви і премію отримали?

Tomalla? Так. Так от, звідки ці неоднорідності утворилися? Ми припустили, що в зародження Всесвіту в перші частки секунди після Великого вибуху теж була темна енергія. Це інша темна енергія, вона з сьогоднішньої безпосередньо не пов'язана, але вона теж відповідала за прискорене розширення Всесвіту. Під час цього прискорення неоднорідності утворювалися з квантових флуктуацій.

Чули коли-небудь про принцип невизначеності Гейзенберга? Він, до речі, навчався тут. Якщо ви візьмете дрібний шматочок матерії, вам не вдасться його зафіксувати, локалізувати, він буде тремтіти — це так звана квантова невизначеність. Це тремтіння кожного шматочка матерії призводить до того, що у вас з'являються маленькі-маленькі неоднорідності, так звані вакуумні коливання, вакуумні флуктуації, квантові флуктуації.

Ну, це якщо я його буду брати. А сам по собі він теж буде тремтіти?

Сам по собі.

Тобто от цей електрон сам по собі — про нього не можна сказати, що він знаходиться в якомусь місці і рухається з певною швидкістю: він так не робить.

Так, це квантові флуктуації, вони пов'язані з тим, що електрон може проявляти себе і як частка, і як хвиля. Вони істотні тільки в масштабах атома, але якщо поєднати цю модель з моделлю інфляції — прискореного розширення молодий Всесвіту і домінування ранньої темної енергії, — вони якраз посилюються настільки, щоб утворити неоднорідності в щільності речовини, завдяки яким потім з'являться зірки і галактики. Ось такий стрибок від подій в мікросвіті до утворення галактик.

Темні початки

«Темна» — це значить «невідомо яка»?

Так, темну енергію ми вводимо як гіпотетичну конструкцію, щоб посилити ці флуктуації на 50 порядків величини. 50 порядків — немислимо багато. Ця темна енергія мала властивість антигравітації. Коли Всесвіт народилася, вона складалася з темної енергії, і та сила, яка зараз відома як гравітація, тоді діяла як антигравітація — це і називається стадією інфляції, прискореного розширення.

Потім стався фазовий перехід — з темної енергії утворилося звичайна речовина. Речовина володіє гравітацією, яка починає сповільнювати розширення. Як на машині: спочатку ми розганялися, а потім натискаємо на гальма. Але зараз знову виявили темну енергію, яка знову почала домінувати, і зараз розширення Всесвіту знову починає прискорюватися. І за цю темну енергію, яка відповідає за сьогоднішнє прискорення Всесвіту, як раз тільки що дали Нобелівську премію.

Додамо до цього ще темну матерію — темну, тому що ми її безпосередньо не бачимо. Але ми можемо виміряти вихідну від неї гравітацію і на цій підставі сказати, що вона теж входить в галактики і накопичується там.

І де вона знаходиться, як розподілена?

Вона теж нерівномірно розподілена. Ну, навколо Землі, скажімо, її більше накопичується, з-за того що в Землі є гравітаційне поле. А субстанція, яка називається темною енергією, — це якийсь конденсат, який рівномірно розподілений по Всесвіту і ніде не накопичується. Щільність цієї темної енергії в нашій кімнаті дуже низька, така, як якщо б я один протон помістив в 1 кубічний метр. Вона пронизує весь Всесвіт, але з-за низької щільності її вплив суттєво тільки для великих масштабів.

Що ще можна сказати про темної матерії?

Її в п'ять разів більше, ніж тієї матерії, яку ми знаємо. Вона сконцентрована в галактиках, утворює корони навколо галактик і їх скупчень.

А якщо ми зважуємо Землю або Сонце, то скільки ця темна матерія вносить в їх масу?

Дуже небагато. Всередині Землі щільність звичайних частинок набагато більше, ніж щільність цієї темної матерії. Частинки темної матерії не утворюють такі згустки, як частинки звичайної матерії, тому що не беруть участь в електромагнітних взаємодіях.

Що відомо про частинки, з яких складається темна матерія?

Вони, судячи з усього, досить важкі, як мінімум в тисячу разів важче протона. Є купа експериментів, в яких намагаються знайти ці частинки, безпосередньо побачити.

Там тільки один вид частинок або, може бути, різні?

Невідомо. Звичайно, найпростіше — припустити, що це один вид частинок. Але природа не завжди дотримується принципу простоти.

Може, там цілий світ зі своїми структурами і темними чоловічками?

Ні, без електромагнітних взаємодій складних структур не утворити.

Якщо ми коли-небудь технічно охопило їїїм цією темною енергією, у нас буде антигравітації?

Ну, її дуже мало навколо. Адже ми і гравітацію відчуваємо тільки від гігантських об'єктів типу Землі. А щільність розподілу темної енергії ще набагато менше, ніж щільність речовини, так що ми не зуміємо її накопичити в достатній кількості.

Чому ми говоримо, що зараз темна енергія одна? Може, їх зараз багато різних, з чого ми вирішили, що вона єдина?

Ні, може бути, їх багато, таких енергій, — ми цього не знаємо. Єдине, що про це відомо, — те, що є енергія, яка відповідає за антигравитацию і за те, що Всесвіт в цілому знову починає прискорено розширюватися.

Гумовий світ

Перша темна енергія перетворилася у звичайні частинки, але звідки тоді взялася нова темна енергія?

Вона весь час була, швидше за все, просто, поки Всесвіт не розширилася до нинішніх масштабів, її густина була набагато менше, ніж щільність цих частинок, тому її антигравитационное вплив був незначним. У темній енергії є приголомшливе властивість: коли вона розширюється, щільність її не змінюється. І вона стала домінувати, тому що щільність звичайного речовини просто впала.

Може, нинішня темна енергія — це залишки старої темної енергії. Може бути, там було два сорти темної енергії: одна — яка розпалася на частки, а інша, якої було набагато менше, дожила до сьогоднішнього моменту.

І навіть цей невеликий залишок темної енергії становить велику частину енергії Всесвіту зараз?

Так. Але в нашій кімнаті, як я говорив, її дуже мало, тому що вона однорідно розподілена. Речовина зібрано на зірки і планети, а вона розмазана по всьому простору, і в сумі її виходить раз у двадцять більше, ніж речовини, тому що зірки і планети в масштабах Всесвіту — це просто маленькі точки в порожнечі.

А давно Всесвіт знову стала прискорюватися?

Коли середня відстань між галактиками було приблизно в два рази менше, ніж зараз.

Гума розтягується рівномірно. А Всесвіт — вона хіба рівномірно розтягується? Адже між нами відстань не збільшується.

Між нами відстань не збільшується, тому що між галактиками, які далеко знаходяться, діє тільки гравітаційна сила. А тут, у цій кімнаті, діють ще інші сили, наприклад електромагнітна, і вона набагато більше, ніж гравітаційна. І наша Галактика теж не розширюється, тому що тут накопичилося стільки речовини, що гравітаційна сила утримує її від розширення. Навіть ціле скупчення галактик може утворювати гравітаційно зв'язаний об'єкт і не розширюватися. Лише далекі галактики тікають один від одного.

В якомусь фільмі я бачив, що скупчення галактик теж пов'язані і утворюють структуру, подібну стільників...

Правильно, вони утворюють паутинную структуру. Великі скупчення пов'язані так званими филаментами, тобто на лініях між ними теж багато галактик розташоване. Між цими лініями-филаментами є так звані стінки, де теж підвищена щільність галактик. А між стінками порожнеча. І все це утворилося завдяки нікчемним первинним неоднородностям в розподілі речовини.

Що ми можемо сказати про майбутнє? Начебто раніше були дві теорії: одна казала, що світ знову почне стискатися, а інша пророкувала вічне розбігання.

Те, що Всесвіт не почне стискатися, — це майже точно, хоча 100% гарантії немає. Якщо темна енергія не розпадеться, то далекі галактики зникнуть з нашого поля зору, тому що у прискореного розширення є така властивість: після того як відстань між двома галактиками стане надто великим, простір забирає галактику швидше, ніж рухається світ. Це як в чорній дірі — світло не може втекти з чорної діри і падає в неї разом з простором, як човен з гребцем, який пливе проти течії, але швидкість течії вище, ніж швидкість весляра.

Всесвіт з темною енергією — вона як чорна діра, вивернута навпаки. Після того як галактика пішла на якусь відстань, вона так сильно починає бігти від нашої галактики, що світ, який вона випускає, до нас дістатися вже не зможе. Тому, якщо в майбутньому ця темна енергія буде домінувати, на небі залишаться лише зірки, а інші галактики втечуть, підуть за горизонт подій, як прийнято говорити в космології. А якщо темна енергія нестабільна, то вона може розпастися на звичайні частинки, і Всесвіт знову перестане прискорено розширюватися.

Повернення на Землю

Виходимо з відділення теоретичної фізики, обходимо велосипеди перед входом — тисячі їх. Німеччина — рай для велосипедистів, вони виглядають не смертниками в потоці машин, а повноправними господарями міста. Автомобілісти покірно чекають, поки велосипедисти з пішоходами поступляться їм дорогу.

Ми прохаживаемся між університетських будівель, розкиданих по одному зі старих районів Мюнхена упереміш з картинними галереями — концентрація культури тут просто позамежна.

— У цьому районі завжди жили артисти і художники, богема. Он у тому кварталі живуть Плісецька і Щедрін. Ось вулиця, де жив Кандинський. У музеї неподалік звідси найбільше в світі зібрання його робіт. А он музей сучасного мистецтва, там один з експонатів — комп'ютер «Еппл 1», хоча, по-моєму, у перших моделей «Эпплов» на рідкість бездарний дизайн.

У районі багато історичних місць, пов'язаних з нацизмом, але про них тут говорити не люблять, частіше згадують, що в університеті відбулося мало не єдине в Німеччині громадянське виступ проти нацизму за весь час правління Гітлера: в 1943 році студенти з антигітлерівської організації «Білі троянди» і розкидали листівки. Їх спіймали за доносом двірника і відправили на гільйотину. По дорозі ми відвідуємо присвячену їм експозицію в одному з приміщень університету — на старих фотографіях симпатичні хлопці, благородні особи...

Ой, ви ж нам не показали свою лабораторію...

Яка лабораторія, я теоретик! Все, що у мене є, — це ручка, папір і студенти.

Якою мовою лекції читаєте?

В минулому семестрі я на німецькому читав механіку для 350 студентів, в цьому буду читати загальну теорію відносності англійською.

Вони що, всі стануть фізиками?

Купа народу після нашого факультету працює в банках, у фінансовій сфері — до речі, багато російські физтехи, що осіли в Америці і не знайшли себе в фізиці, пішли на Уолл-стріт.

А від космології варто чекати якихось практичних результатів? Припустимо, любителі фантастики чекають не дочекаються гіперпросторових тунелів, щоб подорожувати до зірок.

Це, швидше за все, залишиться фантастикою, реальності нічого такого немає і, напевно, не може бути в принципі. Деякі сучасні теорії — це занадто бурхлива гра фантазії, теоретичні спекуляції. Нічого поганого в цих спекуляціях немає, це просто гра розуму людей, які дуже добре знають фізику. Втім, наші роботи теж в свій час були спекуляцією, коли ми їх писали, ми й припустити не могли, що все це знайдуть і виміряють