Расширение в бесконечность

Нобелевскую премию за достижения в области физики, вопреки всем прогнозам, получили американцы Сол Перлмуттер, Брайан Шмидт и Адам Райсс. Они доказали, что Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью. Тем самым они коснулись феномена, который, по мнению экспертов, является «самой большой загадкой современной физики».

После исключительно драматичной истории с присуждением Нобелевской премии по медицине, о которой газета ВЗГЛЯД писала подробно в понедельник, стоило ожидать, что и с наградой по физике могут возникнуть те или иные сложности. Тем более что в предварительных рейтингах фигурировало множество претендентов, чьи заслуги не вызывают сомнений у научного сообщества.

#{image=562513}Так, согласно прогнозам специализирующейся на научных открытиях компании Thomson Reuters, главными фаворитами считались создатели фотонных кристаллов (материалов, которые пропускают свет определенной длины волны) Джон Саджев и Эли Яблонович, а также Ален Аспект, Джон Клозер и Антон Зелингер, которые исследовали то, что называется «квантовой сцепленностью» (одно из самых революционных открытий квантовой физики и механики).

Однако на этот раз премию разделили американские ученые Сол Перлмуттер (Национальная Лаборатория Лоренса в Беркли), которому достанется половина призового фонда в 1,4 миллиона долларов, Брайан Шмидт (Обсерватория Стромло Австралийского национального университета) и Адам Райсс (Университет Джона Хопкинса), получившие вторую часть заявленной суммы.

Сразу после объявления о вручении премии Брайан Шмидт, которому журналисты, присутствовавшие на церемонии, смогли задать по телефону вопросы, рассказал, что поначалу сам не поверил в свое открытие и очень долго искал ошибку в расчетах. Также ученый признался, что завтра в университете его ждет лекция об ускоренном расширении Вселенной.

Не могли журналисты не узнать и о здоровье остальных номинантов. Напомним, что биологу Ральфу Штейнману премия была вручена посмертно: ученый умер за три дня до объявления результатов. Глава комиссии парировал, что сообщение лауреатам было отправлено, а ответы получены, и вообще все физики, удостоенные премии, еще молоды.

#{image=562511}Как говорится в официальном сообщении Нобелевского комитета, смысл открытия, которое отмечено столь высокой наградой, состоит в описании скорости расширения Вселенной. Ученые исследовали «несколько десятков сверхновых и обнаружили, что Вселенная расширяется со все возрастающей скоростью. Открытие было полной неожиданностью даже для самих лауреатов». Работа двух групп ученых, одну из которых возглавлял Перлмуттер, а другую – Шмидт, началась в 1988 году, ее целью было создание полномасштабной карты Вселенной путем изучения самых отдаленных звезд.

Основой «картографирования» дальних участков Космоса стало детальное изучение сверхновых звезд типа Ia. Эти звезды особенны тем, что при достаточно большой массе, сравнимой с массой нашего Солнца, по размеру они едва ли превосходят Землю, очень скромную по космическим меркам планету. При этом исследуемые сверхновые, расположенные в так называемых «двойных системах», в которых одна звезда «крадет» материю у другой, при наборе критической массы (1,4 солнечных, т.н. «предел Чандрасекара») взрывается.

На одном из этапов изучения отдаленных звезд (всего их было обнаружено более 50) ученые выяснили, что исходящий от обычных сверхновых свет был намного слабее, чем от Ia, и на четверть тусклее, чем того требовала теория. Из этого ученые сделали вывод, что расширение Вселенной ускорилось, а звезды находятся слишком далеко, дальше, чем должны были быть, если бы Вселенная оставалась неподвижной. Согласно самой распространенной (но далеко не единственной) теории, Вселенная образовалась после взрыва, произошедшего почти 14 млрд лет назад.

Открытое нобелевскими лауреатами ускорение, говорится в сообщении комитета, «обусловлено наличием темной энергии, сама природа которой остается, возможно, самой большой загадкой современной физики. Известно только, что темная энергия – это примерно три четверти Вселенной».

По словам заместителя директора Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН доктора физико-математических наук Юрия Гнедина, значение открытия, которое было отмечено Нобелевской премией, огромно.

«Вся астрофизика сейчас занимается изучением природы открытого нобелевскими лауреатами ускорения, и природа эта до сих пор не прояснена. До сих пор считалось, что Вселенная, когда-то образовавшись и начав расширяться, будет в итоге замедляться. И совершенно неожиданно стало ясно, что она расширяется, и это притом что гравитация во вселенной довольно сильна. Это означает, что появилась какая-то антигравитационная сила. Речь идет о том, что открыто существование темной материи и темной энергии, то есть нового типа частиц и нового типа поля», – заявил в интервью газете ВЗГЛЯД Гнедин.

Объясняя сам принцип расширения Вселенной, ученый в качестве примера привел две точки на любом надуваемом шаре: «Самое простое представление – это шар, который вы надуваете, и увеличивается расстояние между двумя произвольно выбранными точками. Тот же принцип заложен и в идее расширения Вселенной», – отметил он.

Гнедин полагает, что у исследования большое и теоретическое, и практическое будущее: «Основная задача, которая стоит перед астрономами и физиками – выяснить природу новой, антигравитационной силы. Большой адронный коллайдер создан ровно для того же. Каждая сила – это свои частицы, теперь нужно найти частицы, которые и обеспечивают ускоренное расширение Вселенной».

Физик, член управляющего комитета Российского квантового центра, профессор университета Калгари (Канада) Александр Львовский в интервью газете ВЗГЛЯД отметил, что открытие Перлмуттера, Райсса и Шмидта «радикально изменило сложившуюся у физиков картину Вселенной».

#{image=562515}Пояснил суть того, что названо «расширением Вселенной», Львовский следующим образом: «Мы с вами живём в трёх измерениях – длина, ширина, высота. Однако умозрительно можно представить себе мир на плоскости, имеющий только два измерения. Разумные существа, живущие в таком мире, ничего не будут знать о наличии третьего измерения: для них их плоскость – Вселенная. Теперь представим себе, что двумерная вселенная на самом деле – поверхность воздушного шарика. Как плоские существа смогут понять, что живут на шарике, а не на плоскости, особенно если этот шарик очень большой? Только проводя точные астрономические измерения на звёздах, расположенных в глубине их вселенной, то есть на таких расстояниях, где эффект кривизны шарика становится значительным».

«А что если этот шарик раздувается или сдувается, – продолжил ученый. – Наши плоские существа смогут обнаружить и это, тоже наблюдая за далёкими звёздами и измеряя, приближаются они или удаляются. А измерив, будут способны делать выводы о природе их мира, его прошлом и будущем».

#{image=562392}Говоря о перспективах открытия нобелевских лауреатов, Львовский рассказал, что расширение Вселенной – это только начало: «Перлмуттер, Райсс и Шмидт обнаружили, что наша Вселенная не просто раздувается (это было известно уже давно), а раздувается всё быстрее и быстрее. Однако, как почти всегда бывает в физике, ответ на один вопрос порождает множество новых. А именно, почему происходит такое ускорение? По существовавшей ранее теории, расширение Вселенной должно замедляться в силу всемирного тяготения. Когда мы подбрасываем мячик, мы предполагаем, что его движение вверх замедлится и перейдёт в падение. А оказывается, звёзды во Вселенной ведут себя прямо наоборот! Для объяснения этого явления в космологию было введено понятие некоей «тёмной энергии», которая «расталкивает» стенки нашей Вселенной, противодействуя тяготению. Из наблюдения ясно, что эта энергия составляет большую часть всей энергии Вселенной. Однако при этом совершенно не ясна природа «тёмной энергии». Фактически, мы не решили проблему, а лишь придумали для неё название», – заявил ученый.

«Как сказано в анонсе Нобелевского комитета, «открытия лауреатов-2011 показали, что Вселенная на 95% неизвестна науке». А значит, эра великих открытий только начинается», – подвел итог Александр Львовский.

Первым лауреатом Нобелевской премии по физике в 1901 году стал легендарный немецкий ученый Вильгельм Конрад Рентген, чье открытие, названное в его честь, не нуждается в отдельном описании.

Советский Союз получил Нобеля по физике лишь в 1958 году, тогда награду завоевали Павел Черенков, Илья Франк и Игорь Тамм за открытие и истолкование эффекта Вавилова-Черенкова, излучения, используемого в физике высоких энергий для регистрации частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света. В 1962 году «за пионерские теории конденсированных сред, в особенности жидкого гелия» премии был удостоен великий советский физик Лев Ландау, а еще через два года Николай Басов и Александр Прохоров разделили Нобеля с американским ученым Чарльзом Таунсом: исследователи были отмечены за «фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе». Продолжил традицию Петр Леонидович Капица, который в 1975-м был награжден Нобелевской премией за базовые исследования и открытия в физике низких температур.

После долгого перерыва за разработки в области полупроводниковой техники Нобелевскую премию по физике в 2000 году получил наш современник Жорес Алферов (совместно с немцем Гербертом Кремером и американцем Джеком Килби). Алексей Абрикосов и Виталий Гинзбург в 2003-м были удостоены Нобеля за фундаментальные работы в области сверхпроводимости, а год назад комитет вручил премию уроженцам СССР Андрею Гейму и Константину Новоселову, создавшим новый материал графен.

Нобелевская неделя продолжится вручением премий по химии, экономике, литературе и награды за заслуги в мировой политике. 5 октября в Стокгольме будет объявлено о решении Нобелевского комитета по химии, на следующий день – по литературе (одним из претендентов эксперты называют российского прозаика Виктора Пелевина). 8 октября в Осло будет назван лауреат премии мира. Обладатель премии по экономике памяти Нобеля, учрежденной Банком Швеции в 1968 году, определится 10 октября.

Нобелевский фонд был создан в 1900 году, его начальный капитал составлял 31 млн шведских крон (около 1,5 млрд в современном эквиваленте).

Премии присуждаются с 1901 года за выдающиеся научные исследования, революционные изобретения и крупный вклад в культуру или развитие общества.

Официальная церемония вручения премий по традиции проходит в Стокгольме и Осло 10 декабря, в день кончины ее основателя – Альфреда Нобеля, шведского изобретателя, промышленника, лингвиста, философа и гуманиста.