Все мы начиная с 24 февраля 2022 года оказались перед лицом наступающего варварства, насилия и лжи. В этой ситуации чрезвычайно важно сохранить хотя бы остатки культуры и поддержать ценности гуманизма — в том числе ради будущего России. Поэтому редакция «Горького» продолжит говорить о книгах, напоминая нашим читателям, что в мире остается место мысли и вымыслу.
Хайно Фальке. Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы. М.: АСТ: Corpus. Перевод с английского Инны Кагановой, Татьяны Лисовской. Содержание
10 апреля 2019 года в Брюсселе прошла пресс-конференция, на которой немецкий радиоастроном Хайно Фальке объявил, что коллаборация Телескопа горизонта событий получила первую «фотографию черной дыры». Это была сверхмассивная черная дыра в центре галактики M87 — самая яркая по соседству с Млечным Путем во Вселенной. Книга Фальке «Свет во тьме», которую он написал вместе с журналистом Йоргом Рёмером, — подробный рассказ о том, почему это объявление вызвало ажиотаж, что они, собственно, открыли и что это достижение значит для современной физики.
На следующий год после объявления за исследование черных дыр присудили Нобелевскую премию. Одну половину премии получили ученые, которые занимались наблюдательной астрофизикой, а вторая досталась физику-теоретику Роджеру Пенроузу, что привело часть научного сообщества в некоторое недоумение.
Нобелевская премия по физике всегда ориентировалась на открытия с какой-то, хотя бы потенциальной, прикладной ценностью. Пенроуз же доказал, что, согласно Общей теории относительности, в центре черной дыры находится сингулярность. Проблема в том, что это невозможно проверить. Сингулярность в черной дыре никто никогда не видел — и никогда не увидит. Согласно современным представлениям, это принципиально невозможно. Ведь из-за гравитационного притяжения весь свет, который попадает в область вблизи черной дыры, не может вырваться обратно.
Но по этой же причине черную дыру на самом деле невозможно «сфотографировать» — ни в какой части электромагнитного спектра. Сама черная дыра не излучает и не отражает свет — поэтому и фотографии быть не может. Что же тогда получили астрономы? Сам Фальке в свое время и придумал для этого изображения специальное название. Это не черная дыра, а тень черной дыры. Сама дыра спрятана за черным пятном в центре изображения, зато вокруг нее хорошо видно светящееся кольцо закрученного излучающего газа.
В своей книге ученый рассказывает о том, что́ на самом деле видно на этом изображении, как его удалось получить, можно ли его улучшить в будущем и чего мы про черные дыры никогда не узнаем. Так что его повествование, которое начинается в духе традиционного научно-популярного издания о космосе, завершается рассуждениями об очередном кризисе позитивистской науки, границах познания и взаимодействии религии и науки в современном мире.
Фактически тут под одной обложкой можно найти сразу три разные книги. Первая подробно и популярно рассказывает про астрономию и объект ее исследования, а также о том, что современная физика думает об устройстве Вселенной.
Вторая книга представляет собой отчет ученого топ-уровня о своей работе и конкретном достижении: как оно стало возможным и что на пути к нему пришлось преодолеть. Фальке пишет о том, как непосредственному участнику событий видятся различные стадии получения нового научного знания — на уровне отдельных ученых, разного уровня институций и всего человечества.
Третья книга — самая личная и самая абстрактная. В ней ученый совсем не старается быть объективным и рассуждает о границах познаваемого, о кризисах современной науки, о Боге и о взаимодействии религии и науки. Любой ученый, чьи исследования как-то касаются устройства мира, особенно в той их части, которые находятся на границе известного, знает: от предмета его интереса до Бога — всего один шаг. К тому же Хайно Фальке — и так набожный христианин, в жизни которого религия занимает важное место, поэтому, рассуждая о физике, он не может не обращаться к Библии и рассуждениям о Боге.
Начинается все со своеобразной экскурсии по Вселенной. Стартовав с лужайки на поверхности Земли, мы отдаляемся от нашей планеты, постепенно расширяя угол обзора, чтобы в него вошло как можно больше разнообразных космических объектов.
Сначала в пределах Солнечной системы: от Земли к Луне, от Луны к Солнцу, потом от Солнца — к дальним планетам. Наблюдая за планетами, Фальке заодно рассказывает о механике движения в космосе и универсальных законах физики. Солнце и планеты Солнечной системы дают автору возможность рассказать об истории астрономии и о том, как человечество меняло свой взгляд на устройство Вселенной. Именно здесь в книге впервые появляется Бог: смена научных парадигм невозможна без выхода в область метафизики и за пределы рационального.
Вторая часть этого путешествия — за границы Солнечной системы. Здесь экскурсов в далекое прошлое уже не будет, все излагаемые знания как нельзя более актуальны — ведь фактически вся современная космология сложилась лишь во второй половине двадцатого века. Она базируется на теориях, созданных в начале этого столетия, а хотя бы минимально точные наблюдения за дальним космосом стали возможны только после Второй мировой войны.
Современная картина мира тоже состоит из двух наборов знаний. Во-первых, те выводы о природе Вселенной, которыми уже располагают ученые: в начале был Большой взрыв; Вселенная расширяется; звезды эволюционируют в определенной последовательности; галактики собираются в скопления; основную массу Вселенной составляют темная материя и темная энергия, о которых нам пока практически ничего не известно.
Во-вторых, те данные, исходя из которых были получены эти выводы, а также сведения о том, как можно получить новые знания. Сегодня наблюдения за Вселенной возможны в очень широком спектре электромагнитных волн — от радиочастот до гамма-излучения. На смену небольшим наземным оптическим телескопам начала XX века пришли космические телескопы «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» и целая сеть огромных радиотелескопов, расположенных на разных континентах.
Заканчивается наша экскурсия как раз черными дырами. Они — и финальная стадия звездной эволюции, и своеобразная точка (или запятая) в современной научной парадигме. Именно тут пролегает граница современных знаний — и для их приращения необходимы какие-то принципиально новые инструменты и точки зрения.
К черным дырам у Фальке очень личное отношение. Он изучал их в течение всей своей научной карьеры. Поскольку про них многое непонятно и зачастую эти пробелы в наших знаниях носят принципиальный характер, для их называния и описания на протяжении книги используются метафоры и имена, позволяющие разглядеть их с разных сторон. Иногда просто с точки зрения свойств и функций, иногда — с онтологической перспективы, иногда — даже с экзистенциальной. Черная дыра — это и космический мусоросборник, и ворота ада, и пасть дракона, и ненасытная адская утроба, и точка конца времени.
«На изображениях черных дыр в радиодиапазоне они выглядят как изрыгающие огонь драконы. Некоторые из них невероятно мощные и выбрасывают гигантские струи огня на огромные расстояния. Другие — слабые и вялые, и из их уст вылетает лишь легкое дуновение. Но почти все они производят струи, и в этом отношении квазары-обжоры-экстраверты ничем не отличаются от голодающих отшельников нашего Млечного Пути и соседних галактик».
Но, в отличие от темной материи и темной энергии, про которые мы понимаем значительно меньше, к черным дырам хотя бы можно подступиться с помощью инструментов, имеющихся у человечества уже сейчас. Если примерно столетие назад как про само существование черных дыр в центре квазаров, так и про их общее количество во Вселенной ученые могли лишь догадываться, то на рубеже XX и XXI веков их гипотезы наконец начали подтверждаться наблюдениями.
Как научная карьера самого Фальке в определенный момент привела его от теоретических исследований к непосредственной работе на телескопах, так и повествование в его книге от актуальной теории Вселенной переходит к телескопам — к описанию того, как астрономы получают новую информацию.
Нобелевскую премию 2020 года с Пенроузом разделили астрофизики Андреа Гэз и Райнхард Генцель. К ним вопросов было меньше, чем к Пенроузу. Именно они в 1990–2000-е годы по косвенным признакам (то есть по гравитационному влиянию на излучение от других источников) доказали, что в центре Млечного Пути должна быть черная дыра.
Но поскольку косвенных улик астрофизикам было недостаточно, появился Телескоп горизонта событий — проект, нацеленный на то, чтобы увидеть излучение, которое концентрируется вблизи горизонта событий — границы вокруг черной дыры, после пересечения которой свет уже не может вернуться обратно.
Следующая часть книги — ровно об этом: как телескопам удалось максимально близко подобраться к границе черной дыры и что именно они там сфотографировали.
Фальке — один из авторов теоретической модели, описывающей, как должен вести себя свет непосредственно вокруг черной дыры (похожую модель можно увидеть, например, в фильме «Интерстеллар»). Он же был и среди инициаторов создания международной коллаборации, которая, по данным с девяти радиотелескопов, разбросанных по всей Земле, должна была проверить эту модель и получить реальное визуальное подтверждение. Поэтому обо всем этом процессе, от зарождения идеи до той самой пресс-конференции, автор рассказывает с позиции непосредственного участника событий. Здесь Фальке старается придерживаться баланса между общими и своими собственными достижениями.
Современная астрономия самого высокого уровня — это не только романтика выработки и проверки идей, но и сложная бюрократия, рутина общения и разъездов, умение правильно подать свои идеи, долгая подготовка экспериментов и ожидание подходящей погоды. Ученый рассказывает, как устроены современные радиотелескопы — в США, Европе, Южной Америке и Антарктиде, объясняет, почему было важно найти правильное название для проекта и в чем специфика экспериментальной работы астрономов, которые больше других ученых зависят от условий окружающего мира, который они, собственно, и изучают.
В итоге за несколько сессий наблюдений астрономы собрали данные о двух черных дырах: одной — в созвездии Девы, второй — в созвездии Стрельца. Первый радиоисточник — самая яркая из ближайших к нам сверхмассивных черных дыр. Второй — тот самый сверхмассивный объект в центре Млечного Пути, за изучение которого чуть позже дали Нобелевскую премию. Он интереснее, потому что находится в нашей галактике, но его сложнее изучать, поскольку газ вокруг него движется с большой скоростью.
Астрономы наблюдали оба этих объекта, но заранее не сообщали о том, что именно им удалось получить. Когда команда Телескопа анонсировала огромную пресс-конференцию, ученые и научные журналисты сразу поняли, что речь идет о «фотографии» черной дыры, но не знали какой. 10 апреля 2019 года все скорее ожидали, что это будет черная дыра в центре Млечного Пути, но первой сфотографированной черной дырой все-таки стал сверхмассивный источник радиоизлучения в центре галактики M87 в созвездии Девы.
(Кстати, в 2022 году, спустя два года после выхода этой книги на английском языке, ученые Телескопа горизонта событий показали изображение и второй сверхмассивной черной дыры — в центре Млечного Пути.)
Итак, подробно рассказав о том, как удалось «сфотографировать» черную дыру, Фальке переходит к самой личной для себя заключительной части. Религия для него — один из стимулов для занятия наукой. А разговор о черных дырах невозможен без разговора о Боге. Ведь черные дыры — не просто граница понятого нами, но и граница понимаемого с точки зрения современной научной парадигмы. Физике, чтобы развиваться, Бог просто необходим.
Бóльшая часть областей физики укладывается в позитивистскую картину мира, даже если мы не все понимаем до конца. Это то, что современный человек в принципе способен познать, пусть пока и не все успел. Просто надо еще немного поработать. Но там, где физика стыкуется с метафизикой, без религии не обойтись. Черные дыры на данный момент кажутся непознаваемыми. Мы не знаем, как на них смотреть, хотя и подобрались к ним, можно сказать, вплотную.
С точки зрения Пенроуза и Общей теории относительности, черная дыра — это сингулярность. Но сингулярность в физической теории — это всегда выход за пределы области применимости физической модели. Там нет настоящей бесконечности, но есть нечто, относительно чего мы пока не понимаем, как его изучать. В такие моменты и возникают вопросы, которые, с одной стороны, мотивируют заниматься наукой, а с другой — приводят к осознанию, что далеко не все ответы в принципе могут быть найдены. Иногда человеку и человечеству религия кажется более полезной и необходимой, чем наука.
«Вместо того чтобы приписывать только себе способность все объяснить, науке не мешало бы согласиться с существованием неких пределов и стать партнером в конструктивном диалоге. Я считаю опасным полагаться лишь на науку и технологии, когда речь идет о наших духовных потребностях, — опасным как для нас, так и для объективности науки».
Наука для Фальке — не столько метод покорения новых территорий, сколько паломничество, необходимое для развития разума и духа. Для каждого ученого этот путь должен закончиться возвращением к самому себе и тем нерешенным вопросам, ответа на которые у науки в ближайшее время не появится.
«Мы стали лучше понимать правила игры во Вселенной, но вот откуда появилась сама игра и кто придумал ее правила — на это ответа у нас нет».