Джеймс Пиблс – канадец, но провел практически всю свою научную карьеру в Принстонском университете в США. Кело и Майор работают в Женевском университете, Кело также сотрудник знаменитой Кавендишской лаборатории в Кембриджском университете.
Интересно, что результаты премии по физике объявляются не только по-шведски, но и по-английски. После этого председатель комитета повторяет формулировку на немецком, французском и русском языках.
Обе половины Нобелевской премии присуждены за изучение очень базовых вопросов устройства окружающего мира. Только окружающий мир в широком смысле – это вся Вселенная. Так вот, про любой окружающий мир интересно знать, из чего он состоит, а также есть ли в нем кто-то похожий на нас. Пиблс, Кело и Майор – это современные Колумбы, увидевшие похожую на нашу землю и чуть лучше обрисовавшие границы океана. Только теперь границы познанного окружающего мира так сильно раздвинулись, что путешествия заменяют, в лучшем случае, наблюдения в телескопы, а в худшем – построение мыслительных конструкций.
Вселенная как чашка кофе
Работы Пиблса отвечают на вопрос о том, из чего состоит Вселенная. Этими вопросами занимается самая глобальная из наук – космология. Она изучает свойство и эволюцию Вселенной в целом – глобальнее просто некуда. Чтобы немножко больше понять, как можно изучать такие большие и бесконечные вещи, можно, например, посмотреть фильм «Интерстеллар» — его научным консультантом выступал будущий лауреат Нобелевской премии по физике Кип Торн, и он отличается от массы научной фантастики как раз твердой научной базой (а почерк главной героини принадлежит физику из МГУ Елене Мурчиковой).
Можно почитать интервью одного из самых авторитетных космологов-теоретиков, Стэнфордского профессора российского происхождения Андрея Линде. Или вернуться к классической советской популяризации и прочесть потрясающе интересную (и несложную по изложению) книгу Иосифа Шкловского «Вселенная, жизнь, разум». Как вы уже поняли, космология вообще очень «российская» наука. Это отметил в своем телефонном интервью и сам Пибл, указав группу советского ученого Якова Зельдовича среди тех, кто после Второй мировой войны первыми занялся проблемами теоретической космологии.
Но важность работы самого Пиблса можно попытаться понять и без предварительного чтения. Современные представления об устройстве Вселенной позволяют достаточно надежно утверждать, что она началась с Большого Взрыва около 14 млрд лет назад. Тогда Вселенная была очень маленькой, горячей и плотной. Не было ничего похожего на сегодняшний день – ни звезд, ни планет, ни вакуума – только некий «суп» из элементарных частиц (кварков, глюонов, электронов), самых маленьких строительных блоков нашего мира и нас самих. С тех пор, до сегодняшнего дня и далее Вселенная расширяется, она становится больше и холоднее. Через 400 000 тысяч лет после Большого взрыва (совсем немного по сравнению с 14 000 000 000, да?) Вселенная стала прозрачной и через нее смог двигаться свет. По движению света мы измеряем Вселенную сейчас – расстояние в тысячу световых лет означает, что свет (скорость которого постоянно везде и всегда) пройдет от нас до этой планеты или звезду за тысячу лет.
Но не только с помощью света (то есть изучая видимые объекты), астрономы строят свои представления о Вселенной. Другой важный фактор – гравитация. Это взаимное притяжение объектов, у которых есть масса. Мы не улетаем с Земли в космос, Земля не улетает со своей орбиты вокруг Солнца в межзвездное пространство – это все гравитация. Поэтому размеры небесных тел можно «прикинуть» не только по параметру свечения (то есть как ярко мы их видимо), но и гравитационно – изучая их движение друг относительно друга, управляемое гравитационными притяжением. Так вот, в какой-то момент ученые обнаружили, что два показатели критически расходятся. «Глазами» (на самом деле, конечно, не глазами, а сложными телескопами) мы видим одно, а движутся небесные тела совсем по-другому – как будто рядом или вокруг есть еще что-то, что их притягивает. Но мы этого решительно не видим. И этого «чего-то» — его назвали «темной материей» и «темной энергией», — согласно измерениям, оказалось ужасно много. Во время Нобелевской пресс-конференции это отлично пояснил председатель Нобелевского комитета по физике, профессор Матс Ларсон.
“Вселенная похожа на чашку кофе. Большая часть в этой чашке – это, собственно, кофе. Это темная энергия. В чашке довольно много сливок, это темная материя. А совсем маленькая доля сахара – это обычная материя. И до сих пор наука изучала практически исключительно только это – сахар”, — сказал он.
Изучение темной материи и темной энергии сегодня одна из главных задач современной физики и космологии. Потому что из них, получается, и состоит на 95% окружающий нас мир, Вселенная.
Так причем тут Джеймс Пиблс? Он занимается теоретической – не практической – космологией уже более 50 лет и когда-то предложил теоретически многое из того, что сейчас составляет наше представление о Вселенной и было подтверждено практическими наблюдениями разного типа.
«Я начал работать над этим вопросом в 1964 году. Я был совсем не уверен, что это хорошая тематика: экспериментальных подтверждений космологических теорий почти не было. Но я продолжал работать, потому что мне это было интересно – и с годами теория обросла экспериментом! Вместе с тем, эта область остается живой и развивающейся. Например, восхитительно, что мы твердо знаем, что наша Вселенная расширяется. Но несмотря на исследования и теории, темная материя и темная энергия остаются непонятными. Вообще темную энергию ввел Эйнштейн, он назвал ее космологической постоянной, потом она поменяла имя, но суть не изменилась. Интересно, что он сначала ввел ее, потом выбросил, а потом вынужден был вернуть – без нее не обойтись! И до сих пор она остается только догадкой”, — сказал он, отвечая по телефону на вопросы во время пресс-конференции в Нобелевском комитете.
Звезда, похожая на Солнце
Еще один большой вопрос – одни ли мы во Вселенной. Поскольку все планеты Солнечной системы люди либо видели вблизи, либо “посетили” в форме беспилотных летательных аппаратов, то можно достаточно уверенно сказать, что в Солнечной системе мы одни, ни на одной из других планет жизни ни в какой форме нет. Однако эти исследования дали нам полезную информацию о том, какие на планете нужны условия, чтобы эта жизнь могла зародиться. Например, мы поняли, что на Венере и Меркурии слишком жарко, Юпитер – вообще газовая, а не твердая планета. Поэтому стало понятно, что искать за пределами Солнечной системы. Для начала нужно искать звезды, похожие на Солнце, потому что слишком большие или слишком маленькие звезды тоже совершенно не подходят для “жизнеспособных” планетных систем. Это не так сложно – звезды светятся сами по себе и астрономы довольно хорошо научились их наблюдать. А вот как увидеть планеты? Они очень маленькие и не излучают свет, а только отражают свет своей звезды.
Это и есть постановка задачи по поиску так называемых экзопланет. Экзопланетами называют все планеты вне Солнечной системы (“экзо” означает “вне”). Важность наблюдения планеты, вращающейся вокруг звезды, похожей на Солнце, в том, что именно в таких планетных системах теоретически возможна жизнь. На поиске таких планет и сконцентрировались Кело и Майор. В 1995 году в обсерватории Верхнего Прованса во Франции они смогли разработать методику и собрать инструмент, который позволил им впервые наблюдать экзопланету у звезды, похожей на Солнце. Это звезда 51 Пегаса – созвездия звездного крылатого коня. Сейчас она стала знаменитой и называется Гельветиос (Helvetia – латинское название Швейцарии).
Планета b (теперь ее называют Димидий, «половина», потому что она весит как половина Юпитера) и была открыта Кело и Майором. Они разработали способ, с помощью которого можно «увидеть» существование планеты по изменению цвета ее звезды. Дело в том, что планета гравитационно воздействует на звезду (а не только наоборот), немного меняя ее скорость. А скорость изменяет наблюдаемый с Земли свет звезды. Эти сверхтонкие эффекты и измерили астрономы, а потом их эксперимент воспроизвели коллеги в других странах. Планета оказалась похожей на Юпитер, только легче. На сегодня экзопланет известно более четырех тысяч. Некоторые из них, кажется, очень похожи на Землю, но пока недостаточно. Найдем ли мы планету-близнец нашей? На этот вопрос тоже ответил Пиблс.
«Мы можем быть совершенно уверены, что среди огромного количества планет есть те, что пригодны для какой-то формы жизни. И конечно, на каких-то из них есть что-то, что мы можем назвать жизнью. Но ирония в том, что мы можем быть совершенно уверены в том, что мы никогда, никогда не увидим эту жизнь. Это показывает одновременно, сколь огромна сила науки и сколь огромны барьеры, которые стоят перед ней”, — сказал он.
Из истории и риторики
Говоря о столь глобальных и совершенно непрактичных исследованиях, размышления о которых легко могут подавить человека, нельзя не задаться вопросом, зачем это самим ученым?
“Вас должна двигать любовь к науке. Премии и прочие вознаграждения – это прекрасно и приятно, когда они появляются, но не они суть науки. Чтобы заниматься наукой, вас должна очаровывать и привлекать сама наука, а не возможные премии. Это то, что двигало мной много лет назад, когда моя сфера исследований могла показаться совершенно бесперспективной”, — подытожил Пиблс, отвечая на вопрос, ожидал ли он присуждения Нобелевской премии.
Премия, действительно, стала несколько неожиданной. Самый авторитетный прогноз – агентства Clarivate Analytics – не называл сегодняшних лауреатов в числе наиболее вероятных кандидатов, хотя важность тематик космологии и экзопланет подчеркивали ряд экспертов.
В прошлом году награда была присуждена американцу Артуру Эшкину, французу Жерару Муру и канадке Донне Стрикленд «за фундаментальные открытия в сфере лазерной физики».
Нобелевские премии по физике вручались с 1901 года 112 раз, их получили 209 человек (хотя премий было 2010 – Джон Бардин получил ее дважды). Среди них всего три женщины. Одна из них – знаменитая Мария Склодовская-Кюри, а вторая – лауреат прошлого года Донна Стрикленд. Физики – чемпионы юности и зрелости. Самому молодому лауреату – Лоуренса Брэггу было на момент присуждения премии в 1915 году всего 25 лет. Он вместе со своим отцом заложил основы использования рентгеновского излучения, коротко говоря, для изучения строения всего на свете. Самым пожилым физиком-лауреатом (и самым возрастным лауреатом Нобелевской премии вообще) стал вышеупомянутый Артур Эшкин – в прошлом году на момент присуждения премии ему было 96 лет, он и сегодня здравствует.