«Всё небо должно быть в летающих тарелках, но ничего подобного нет»: интервью с астрофизиком Сергеем Поповым

Сергей Попов — астрофизик, доктор физико‑математических наук, профессор РАН. Занимается популяризацией науки, рассказывает про астрономию, физику и всё, что связано с космосом.

Лайфхакер поговорил с Сергеем Поповым и выяснил, как учёные исследуют то, что происходило миллиарды лет назад. А также узнал, есть ли какая‑то функция у чёрных дыр, что происходит во время слияния галактик и почему полёт на Марс — бессмысленная идея.

Об астрофизике

— Почему вы решили заниматься астрофизикой?

Вспоминая себя в 10–12 лет, понимаю, что так или иначе я занимался бы фундаментальной наукой. Скорее, был вопрос, какой именно. Читая научно‑популярные книжки, я понял, что мне интересней астрономия. И сразу стал узнавать, можно ли где‑то ею заниматься. К счастью, были астрономические кружки, куда я и начал ходить уже в 13 лет.

— То есть вы уже в 13 лет поняли, что хотите быть учёным?

Сформированного желания не было. Если бы меня тогда поймали и спросили, кем я хочу стать, то я вряд ли ответил бы, что учёным. Однако, вспоминая детство, я думаю, что только особые события могли бы сбить меня с этого пути.

Например, до увлечения астрономией был период, когда я занимался разведением аквариумных рыбок. И я отчётливо помню, о чём тогда думал: «Поступлю на биофак, буду изучать рыб и стану ихтиологом». Так что, думаю, я всё равно выбрал бы что‑то связанное с наукой.

— Можете коротко и понятно объяснить, что такое астрофизика?

С одной стороны, астрофизика — это часть астрономии. А с другой — часть физики. Физика переводится как «природа», соответственно, дословно астрофизика — «наука о природе звёзд», а если шире — «наука о природе небесных тел».

Мы с точки зрения физики описываем то, что происходит в космосе, так что астрофизика — это физика, применённая к астрономическим объектам.

— Зачем её надо изучать?

Хороший вопрос. Безусловно, коротко на него не ответишь, но можно выделить три причины.

Во‑первых, как показывает наш опыт, было бы неплохо всё изучать. Ведь любые фундаментальные науки имеют пусть не прямую, но практическую пользу: бывают открытия, которые потом вдруг пригождаются. Это как если бы мы пошли на охоту, блуждали несколько дней и подстрелили единственного оленя. И это замечательно. Ведь никто и не ожидал, что будет как в тире, когда постоянно выскакивают олени и остаётся только стрелять по ним.

Вторая причина — человеческий разум. Мы так устроены, что нам всё интересно. Какая‑то часть людей всегда будет задаваться вопросами о том, как работает мир. И на сегодняшний день фундаментальная наука даёт лучшие ответы на эти вопросы.

Ну и в‑третьих, современная наука — важная социальная практика. Довольно большое количество людей в течение долгого времени получают очень большие объёмы сложных знаний и навыков. И наличие этих людей очень важно для развития общества. Так, в 90‑x годах у нас в стране ходило популярное высказывание: окончательный упадок — это не когда в стране нет людей, которые могут написать статью в Nature, а когда нет тех, кто может её прочесть.

— Какие астрофизические открытия уже применяются на практике?

Современная система ориентации построена на квазарах. Если бы в 1950‑е годы их не открыли, то у нас сейчас была бы менее точная навигация. Причём никто специально не искал то, что могло сделать её более точной — идеи такой не было. Учёные занимались фундаментальной наукой и открывали всё, что под руку попадётся. В частности — такую полезную штуку.

Следующее же поколение систем навигации космических аппаратов Солнечной системы будет ориентироваться по пульсарам. Опять‑таки, это фундаментальное открытие 60‑х годов, которое вначале считалось совершенно бесполезным.

Некоторые алгоритмы обработки томографии (МРТ) пришли из астрофизики. А первые рентгеновские детекторы, которые стали прообразом рентгеновских аппаратов в аэропортах, разрабатывались для решения астрофизических задач.

И таких примеров гораздо больше. Я просто выбрал те, где именно астрофизические открытия нашли прямое практическое применение.

— Зачем изучать химический состав звёзд и планет?

Как я и говорил, во‑первых, просто интересно, из чего они сделаны. Представьте: знакомые привели вас в экзотический ресторан. Заказали блюдо, вы едите, вам вкусно. Возникает вопрос: из чего это сделано? И хотя в подобном заведении часто лучше не знать, из чего приготовлено блюдо, но вам всё равно интересно. Кому‑то интересно про котлетку, а астрофизикам — про звезду.

Во‑вторых, всё со всем связано. Нам интересно, как устроена Земля, например, потому, что одни из самых реалистичных катастрофических сценариев связаны не с тем, что нам на голову что‑то упадёт или что‑то случится с Солнцем. Они связаны с Землёй.

Скорее, где‑нибудь на Аляске шарахнет вулкан и все вымрут, кроме тараканов. И подобные вещи хочется исследовать и предсказывать. Для понимания этой картины не хватает геологических исследований, так как важно, как формировалась Земля. А для этого нужно изучать формирование Солнечной системы и знать, что происходило 3,5 миллиарда лет назад.

С утра, после зарядки, я читаю новые научные публикации. Прямо сегодня появилась очень интересная пачка статей в журнале Nature о том, что учёные открыли планету близкой и очень молодой звезды. Это фантастически важно, потому что она рядом и её можно хорошо изучить.

Как формируются планеты, как устроена физика и так далее — всё это мы узнаём, наблюдая за другими солнечными системами. И, грубо говоря, эти исследования помогают понять, когда на нашей планете какой‑нибудь вулкан шарахнет.

— Может ли наша планета сойти со своей орбиты? И что для этого нужно сделать?

Конечно, может. Просто нужно внешнее гравитационное воздействие. Однако наша Солнечная система довольно стабильная, поскольку уже старенькая. Есть неопределённости, но вряд ли они на Землю как‑то повлияют.

Например, орбита Меркурия немножко вытянута и сильно чувствует влияние других тел. Мы не можем сказать, что в ближайшие шесть миллиардов лет Меркурий останется на своей орбите или будет выкинут совместным влиянием Венеры, Земли и Юпитера.

А для других планет всё довольно стабильно, но существует ничтожная вероятность, что, например, что‑нибудь влетит в Солнечную систему. Крупных объектов мало, но если они влетят, то сместят планетную орбиту. Чтобы успокоить людей, надо сказать, что это очень маловероятно. За всё время существования Солнечной системы никогда такого не происходило.

— А что случается с планетой при этом?

С самой планетой ничего не происходит. Если она удаляется от Солнца из‑за этого, что бывает чаще, то получает меньше энергии, и в итоге на ней начинаются климатические изменения (если вообще на ней был климат). Но если климата никакого не было, как на Меркурии, то планета будет просто улетать, а её поверхность — постепенно остывать.

— Если наша галактика столкнётся с другой, для нас это что‑то поменяет?

Совсем короткий ответ — нет.

Это происходит очень медленно и печально. Например, со временем мы сольёмся с туманностью Андромеды. Давайте перенесёмся вперёд на несколько миллиардов лет. Андромеда уже ближе и краешком начинает цеплять нашу галактику. Человек спокойненько родится, отучится в школе, поступит в университет, станет преподавать в нём, умрёт — и за это время ничего особо не изменится.

Звёзды раскиданы очень редко, поэтому при слиянии галактик они не сталкиваются. Это как идти по пустыне, где разбросаны чахлые кустики. Если сольём их с другой пустыней, чахлых кустиков станет в два раза больше. Хотя это вас ни от чего не спасёт, ведь пустыня не превратится в чудесный сад.

В этом смысле на протяжении длительного времени немножко изменится рисунок звёздного неба. Он и так меняется, потому что звёзды двигаются друг относительно друга. Но если мы сольёмся с туманностью Андромеды, то их станет в два раза больше.

Так что ничего не происходит при столкновении галактик с точки зрения людей, живущих на какой‑нибудь планете. Нас можно сравнить с плесенью или бактерией, обитающей в багажнике машины. Вы можете эту машину продать, у вас её могут угнать, вы можете поменять двигатель. Но для этой плесени в багажнике ничего не меняется. Нужно прямо до неё добраться с пульверизатором, и только тогда что‑то случится.

— Большой взрыв произошёл миллиарды лет назад. Как учёные научились заглядывать в прошлое и выяснять, как там всё было?

Космос достаточно прозрачен, поэтому нам просто далеко видно. Мы наблюдаем галактики почти что самого первого поколения. И сейчас строятся телескопы, которые должны увидеть то самое первое поколение. Во Вселенной достаточно пусто, и из 13,7 миллиарда лет эволюции 11–12 миллиардов лет нам уже доступны.

Это ещё одно дополнение к вопросу, зачем изучать химический состав звёзд. Затем, чтобы знать, что происходило в первую минуту после Большого взрыва.

У нас есть довольно прямые данные — вплоть до первых десятков секунд существования жизни Вселенной. Мы описываем уже не 90% и не 99, а 99% и много девяток после запятой. И нам остаётся экстраполировать назад.

Также было много важных процессов, которые происходили в очень ранней Вселенной. И мы можем измерять их результат. Например, тогда образовывались первые химические элементы, и мы можем измерить обилие химических элементов на сегодня.

— Где граница космоса?

Ответ очень простой: мы не знаем. Можно пускаться в детали и спрашивать, что вы под этим подразумеваете, но ответ всё равно останется таким же. Наша Вселенная заведомо больше той части, что доступна нам для наблюдений.

Можно представлять её бесконечной или замкнутым многообразием, но возникают дурацкие вопросы: а что находится снаружи этого многообразия? Так часто происходит в отсутствии наблюдения и экспериментов: область деятельности становится совсем умозрительной, поэтому тут гораздо труднее верифицировать гипотезы.

О чёрных дырах

— Какие есть чёрные дыры и почему они возникают во всех галактиках?

В астрофизике мы знаем два основных типа чёрных дыр: сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик и чёрные дыры звёздных масс. Между ними есть большая разница.

Чёрные дыры звёздных масс возникают на поздних стадиях эволюции звёзд, когда их ядра, исчерпавшие ядерное горючее, коллапсируют. Этот коллапс ничем не останавливается, и образуется чёрная дыра с массой, равной 3, 4, 5 или 25 массам Солнца. Таких чёрных дыр много — в нашей Галактике их должно быть примерно 100 миллионов.

А у крупных галактик в центре мы наблюдаем сверхмассивные чёрные дыры. Их масса может быть очень разной. У более лёгких галактик масса чёрных дыр может иметь тысячи масс солнца, а у более крупных — десятки миллиардов. То есть, чёрная дыра весит как небольшая галактика, но при этом находится в центре очень крупных галактик.

У этих чёрных дыр немного другая история возникновения. Есть несколько путей, как можно вначале создать чёрную дыру, которая потом попадёт в центр галактики и начнёт расти. Растёт она, просто поглощая вещество.

Плюс чёрные дыры могут сливаться друг с другом. Так, у нас в центре Галактики есть чёрная дыра и в центре Андромеды есть чёрная дыра. Сольются галактики — и спустя миллионы или миллиарды лет сольются и чёрные дыры.

— Есть ли у чёрных дыр какая‑то функция, или они просто побочный продукт?

Концепции современного естествознания не свойственна телеология. Ничего не существует только потому, что у него есть какая‑то функция.

В крайнем случае вы ещё можете говорить про симбиотические живые системы. Например, существуют птички, которые чистят зубы крокодилам. Если вымрут все крокодилы — вымрут и эти птички. Или эволюционируют во что‑то совсем другое.

Но в мире неживой природы всё существует, потому что существует. Всё является, если угодно, побочным продуктом случайного процесса. В этом смысле у чёрных дыр никакой функции нет. Или мы про неё совсем не знаем. Такое теоретически возможно, но есть ощущение, что если из всей Вселенной убрать все чёрные дыры, то ничего не изменится.

О других цивилизациях и полётах на Марс

— После Большого взрыва родилось большое количество других планет и галактик. Получается, есть вероятность, что где‑то тоже зародилась жизнь. Если она есть, то насколько она могла развиться до сегодняшнего дня?

С одной стороны, мы поговорим о формуле Дрейка, с другой — о парадоксе Ферми.

Формула Дрейка показывает распространённость числа внеземных цивилизаций в Галактике, с которыми у нас есть шанс вступить в контакт. Берём нашу Галактику: коэффициенты и сомножители в формуле Дрейка можно разбить на три основные группы.

Первая группа — астрономическая. Сколько в Галактике звёзд, похожих на Солнце, сколько планет в среднем у этих звёзд, сколько планет, похожих на Землю. И эти цифры мы уже более‑менее знаем.

Например, мы знаем, сколько звёзд, похожих на Солнце, — их много, очень много. Или как часто встречаются планеты земного типа — очень часто. С этим всё хорошо.

Вторая группа — биологическая. У нас есть планета примерно такого же химического состава, как Земля, и находящаяся примерно на таком же расстоянии от звезды, похожей на Солнце. Какова вероятность, что там появится жизнь? Вот тут мы ничего не знаем: ни с точки зрения теории, ни с точки зрения наблюдений. Но надеемся многое узнать буквально в течение ближайших, если быть большим оптимистом, 10 лет, а если осторожнее — 20–30 лет.

За это время мы научимся анализировать состав атмосфер планет, похожих на Землю, и других звёзд. Соответственно, сумеем обнаруживать вещества, которые можем связывать с существованием жизни.

Грубо говоря, жизнь земного типа основана на воде и углероде. Это почти наверняка самая распространённая форма жизни. Но в мелких деталях она может отличаться. Если прилетят инопланетяне — не факт, что мы друг друга сможем есть. Но, скорее всего, они пьют воду и, соответственно, их форма жизни — углеродная. Однако точно мы не знаем и надеемся в ближайшее время выяснить.

Моё мнение, которое почти ни на чём не основано, состоит в том, что, скорее всего, биологическая жизнь возникает часто.

— Но почему тогда мы не видим эту другую жизнь?

А теперь мы переходим к третьей части формулы Дрейка. Как часто эта жизнь становится разумной и технологичной. И как долго эта технологичная жизнь живёт. Про это мы вообще ничего не знаем.

Наверное, многие биологи скажут вам, что если возникла биологическая жизнь, то до разума рукой подать, ведь времени для эволюции достаточно. Не факт, но в это можно верить.

И когда Дрейк придумал свою формулу, то люди весьма удивились. Ведь кажется, что в нашей жизни нет ничего необычного, а значит, жизни во Вселенной должно быть много. Нашему Солнцу только 4,5 миллиарда лет, а Галактике 11–12 миллиардов лет. Значит, есть звёзды, которые намного старше нас.

В Галактике должно быть много планет старше нас на тысячу, десять, сто, миллион, миллиард и на пять миллиардов лет. Казалось бы, всё небо должно быть в летающих тарелках, но ничего подобного нет — это называется парадоксом Ферми. И это удивительно.

Чтобы объяснить отсутствие другой жизни, нужно сильно уменьшить какой‑то коэффициент в формуле Дрейка, но мы не знаем, какой.

А дальше всё зависит от вашего оптимизма. Самый пессимистический вариант — время жизни технической цивилизации. Пессимисты считают, что подобные цивилизации по каким‑то причинам долго не живут. 40 лет назад мы, скорее, думали, что происходит глобальная война. Чуть позже начали склоняться к глобальной экологической катастрофе.

— То есть люди просто не успевают долететь до других планет или развиться настолько, чтобы это сделать?

Это пессимистический вариант. Не сказать, что я в него верю, но у меня нет какой‑то приоритетной версии. Может быть, разум возникает всё-таки редко. Или жизнь появляется в виде бактерий, но не развивается даже за 10 миллиардов лет до появления существ, способных покорять космическое пространство.

Представьте, что есть много разумных осьминогов или дельфинов, но ручек у них нет, и они явно никакие мощные радары делать не будут. Может, вовсе не обязательно, чтобы разумная жизнь приводила к изобретению звездолётов или хотя бы телевидения.

— А как вы относитесь к идее колонизировать Марс? И есть ли гипотетическая польза от этого?

Я не знаю, зачем нужно колонизировать Марс, и поэтому в большей степени отношусь отрицательно. Безусловно, нам интересно исследовать эту планету, но для этого точно не надо много людей. Скорее всего, они для этого вообще не нужны, ведь исследовать Марс можно с помощью разнообразных приборов. Использовать гигантских человекоподобных роботов проще и дешевле.

Однако есть аргумент в пользу освоения Марса — жутко косвенный, но на который мне особо нечего возразить. Грубо говоря, он звучит так: человечество в развитых странах зажралось настолько, что нужна мегаидея для того, чтобы его встряхнуть и возбудить. И создание достаточно крупного поселения на Марсе может стать драйвером для научно‑технического развития. А без этого люди так и будут менять смартфоны, ставить новые игрушки на свои телефончики и ждать выхода новой приставки к телевизору.

— То есть полёт людей на Марс — это примерно как полёт на Луну в 1969 году?

Конечно. Полёт на Луну был американским ответом на советские успехи. Он, безусловно, встряхнул эту область науки и дал очень большой импульс к развитию. Но после выполнения задачи всё сошло на нет. Возможно, с Марсом будет примерно такая же история.

О мифах

— Какие мифы вокруг астрофизики вас раздражают больше всего?

Меня никакие мифы вокруг астрофизики не раздражают: у меня буддистский подход. Для начала вы понимаете, что среди людей огромное количество идиотов, которые делают глупости и верят в ахинею. И всё, что вам надо сделать, — забанить их у себя в соцсетях.

Но есть и более серьёзные области. Например, мифы в общественно‑политических вещах или в медицине — и они могут раздражать больше.

Как сейчас помню, 17 марта, последний день, когда работал университет. Я думал быстренько сходить к терапевту в поликлинику, спросить про какую‑то ерунду. Сижу в кабинете, и тут медсестра заводит человека к врачу со словами: «К вам тут молодой человек пришел, у него температура 39 °C».

Начало эпидемии, человек — студент МГУ. И он с такой температурой встал и пошёл в поликлинику. А медсестра вместо того, чтобы упаковать его в полиэтиленовый мешок, повела его через очередь к терапевту.

И это меня беспокоит. А вот то, что люди думают, будто Земля плоская и американцы не были на Луне, меня волнует уже во вторую очередь.

— Можете ли вы как астрофизик объяснить, почему астрология не работает?

Когда астрология появлялась тысячу лет назад, это была вполне себе легальная и разумная гипотеза. Люди видели закономерности в окружающем мире и пытались их понять. Это желание было настолько сильно, что они начинали додумывать — просто наш мозг так устроен, что мы упорядочиваем мир вокруг.

Но время шло, появилась нормальная наука и такое понятие, как проверка, верификация. Где‑то в XVIII веке люди начали реально пытаться проверять гипотезы. И проверок этих становилось всё больше и больше.

Так, в книге «Псевдонаука и паранормальные явления» Джонатана Смита есть очень много ссылок на реальные проверки. Очень важно, что вначале ими занимались люди, которые хотели доказать правильность какой‑то концепции, причём не обязательно астрологии. Они честно проводили эксперименты и обрабатывали данные. И результаты говорили о том, что астрология не работает.

С точки зрения астрофизики это объясняется тоже довольно просто: планеты лёгкие, далёкие и сами по себе на Землю особо никак не влияют. Исключение — гравитационное влияние, но оно очень слабое.

Мы ведь спокойно запускаем околоземные спутники, не учитывая при этом влияние Юпитера. Да, Солнце и Луна на них влияют, а вот Юпитер — ну никак. Как и какой‑нибудь Меркурий или Сатурн: один очень лёгкий, а другой очень далеко.

Так что, во‑первых, нет никакого мыслимого агента влияния, а во‑вторых, проверки с желанием найти ответ проводились многократно. Вот только люди ничегошеньки не нашли.

Лайфхакерство от Сергея Попова

Художественные книги

Был такой замечательный писатель — Юрий Домбровский, у которого есть книжка «Факультет ненужных вещей». Она описывает очень важные для нашего социума вопросы: как общество устроено, что в нём может происходить и каких плохих вещей надо бы избегать.

Также я очень люблю «Вино из одуванчиков» Рэя Брэдбери. Ещё есть замечательная книжка про взросление «Не отпускай меня» Кадзуо Исигуро.

Научно‑популярные книги

Рекомендую книгу «Объясняя религию» Паскаля Буайе про природу религиозного мышления. Также советую «Биологию добра и зла», в которой Роберт Сапольски рассказывает, как наука объясняет наши поступки. Ещё есть книга о том, как устроена Вселенная, — «Почему небо тёмное» Владимира Решетникова. Ну и, конечно, одну из моих — «Все формулы мира». Она о том, как математика объясняет законы природы.

Фильмы

Я мало смотрю научной фантастики. Из последнего мне понравился фильм «Анон». Он берёт самые передовые технологии, причём явно не выдуманные (не летающую во времени телефонную будку) и анализирует глубокие вещи.

Музыка

Я всегда много слушаю музыку. Тихого и спокойного места для работы нет, поэтому надеваю наушники и работаю под неё. Ответвления бывают такие: классический рок или какие‑то ещё варианты рока, джаз. Когда мне нравится какая‑то музыка, я немедленно размещаю её у себя в соцсетях.

Слушаю разнообразный progressive rock. Наверное, самое хорошее, что произошло с моей стариковской точки зрения в последние годы, — Math rock, то есть математический рок. Это очень интересный стиль, который мне близок. Он не такой заунывный, как шугейзинг, от которого можно в депрессию впасть, пока найдёшь что‑то достойное. Чтобы дать понять, что мне нравится конкретно, назову группу Clever Girl и итальянскую Quintorigo.