Физика будущего - Мичио Каку

Это открытие означает, что луны далеких от Солнца газовых гигантов могут оказаться более интересными объектами для исследования, чем сами планеты. (Вероятно, именно поэтому Джеймс Кэмерон выбрал в качестве места действия фантастического фильма «Аватар» 2009 г. спутник газового гиганта, схожего по размерам с Юпитером.) Внезапно число мест во Вселенной, потенциально подходящих для жизни, многократно умножилось.

Результатом этого замечательного открытия стал новый проект — «Миссия в систему Юпитер — Европа» (EJSM), запуск которого предварительно запланирован на 2020 г[34]. Предполагается, что аппарат выйдет на орбиту Европы и, возможно, приземлится на нее. Ученые, конечно, мечтают изучить Европу поподробнее и переправить на нее много сложной техники. Уже разработано немало методов поиска жизни подо льдом. Один из возможных проектов — Ice Clipper; авторы предлагают отправить к Европе орбитальный аппарат, который будет сбрасывать на лед металлические шары, а затем тщательно исследовать поднятые вверх тучи пара и обломков. Еще более амбициозный проект — запустить под лед подводную лодку-робота.

Интерес к Европе подогревается и последними открытиями на дне земных океанов. Так, до 1970-х гг. ученые в большинстве своем считали, что единственный источник жизненной энергии на Земле — Солнце. Однако в 1977 г. субмарина Alvin обнаружила свидетельства новых форм жизни, процветающих там, где никто прежде не подозревал об их существовании. Исследуя Галапагосский рифт, субмарина обнаружила на дне гигантских сидячих червей, мидий, ракообразных, двустворчатых моллюсков и другие формы жизни, использующие в качестве источника энергии вулканическое тепло. Везде, где есть энергия, может быть и жизнь; а подводные вулканические выходы, которые называют еще «черными курильщиками», представляют собой новый источник энергии в чернильной темноте океанских глубин. Более того, некоторые ученые предполагают, что первая ДНК образовалась не в каком-нибудь приливном водоеме на берегу тропического океана, а глубоко в море возле черного курильщика. Некоторые из самых примитивных (и, возможно, самых древних) форм ДНК найдены именно там — на дне океана. Может быть, и на Европе возле вулканических выходов на дне глобального океана могло зародиться что-нибудь вроде ДНК.

Пока мы можем лишь гадать о том, какие формы жизни могли сформироваться подо льдами Европы. Если жизнь там все же существует, то высшими формами ее, вероятно, должны являться водные животные, не знающие света и ориентирующиеся при помощи сонара; их вселенная ограничена ледяным «небом».

LISA — что было до Большого взрыва?

А вот еще один космический проект, который мог бы перевернуть наши представления об окружающем мире. Это лазерная интерферометрическая космическая антенна (LISA) и то, что придет вслед за ней. Не исключено, что аппараты, подобные этому, смогут сделать невозможное: выяснить, что происходило до Большого взрыва.

Астрономы довольно давно сумели измерить скорость, с которой от нас отдаляются далекие галактики. (Измеряется эта величина по допплеровскому сдвигу, т. е. по изменению длины световых волн от объектов, которые быстро приближаются к нам или быстро от нас удаляются.) Таким образом, нам известна нынешняя скорость расширения Вселенной. Если же «отмотать пленку назад», можно вычислить, когда именно оно началось. Именно таким способом ученые определили, что Большой взрыв имел место 13, 7 млрд лет назад. Проблема, однако, в том, что самый продвинутый нынешний аппарат — WMAP (зонд микроволновой анизотропии имени Уилкинсона) — способен заглянуть в прошлое и посмотреть, что творилось во Вселенной примерно через 400 000 лет после взрыва. О том же, почему произошел Большой взрыв, что его вызвало и что именно взорвалось, не может пока сказать никто.

Именно поэтому проект LISA вызывает такой интерес. Предполагается, что эта антенна будет регистрировать совершенно новый тип излучения: гравитационные волны, рожденные непосредственно в момент Большого взрыва.

Каждый новый вид излучения, который человечеству удавалось превратить в инструмент познания, менял не только физические формулы, но и наш взгляд на мир. Когда Галилей впервые использовал оптический телескоп для изучения звезд и планет и составления карты звездного неба, родилась современная астрономия. Когда вскоре после Второй мировой войны появились радиотелескопы, перед нами возникла Вселенная взрывающихся звезд и черных дыр. Теперь же пришло время третьего поколения телескопов; вполне возможно, что эти аппараты, способные регистрировать гравитационные волны, раскроют перед нам еще более захватывающие перспективы и мы увидим мир сталкивающихся черных дыр, высших измерений и даже Мультивселенной.

Предварительно запуск этого космического аппарата запланирован на период с 2018 по 2020 г[35]. Согласно проекту LISA будет состоять из трех аппаратов, соединенных лазерными лучами и образующих в космосе гигантский треугольник со стороной около 5 млн км. Таким образом, это будет самый крупный прибор, когда-либо выведенный в космос. Аппараты системы LISA будут слегка покачиваться на гравитационных волнах, до сих пор блуждающих по Вселенной после Большого взрыва. Лазерные лучи, соединяющие аппараты, почувствуют любое возмущение, а специальные датчики позволят зарегистрировать частоту и другие характеристики этого возмущения. Если все получится, ученые смогут увидеть мир таким, каким он был сразу после Большого взрыва, — скажем, через одну триллионную долю секунды после него. (По Эйнштейну, пространство-время может растягиваться и изгибаться и напоминает по своим свойствам натянутое полотно. Любое серьезное возмущение во Вселенной, такое как столкновение черных дыр или Большой взрыв, рождает на этом полотне рябь, которая разбегается в разные стороны. Эта рябь, или гравитационные волны, слишком малы, чтобы их можно было заметить при помощи обычных инструментов, но система LISA будет достаточно большой и чувствительной, чтобы засечь вибрации, вызванные гравитационными волнами.)

Но LISA не только сможет зарегистрировать излучение от сталкивающихся черных дыр: не исключено, что при помощи этого инструмента нам удастся заглянуть и в довзрывную эпоху, что раньше считалось принципиально невозможным.

В настоящее время существует несколько теорий о том, что представляла собой эпоха до Большого взрыва; эти теории по большей части построены на основе теории струн — моей научной специальности. В одном сценарии наша Вселенная представляет собой гигантский пузырь непонятной природы, который непрерывно расширяется. Мы живем на оболочке этого гигантского пузыря (мы приклеены к ней, как мухи к липкой бумаге). Но наша Вселенная-пузырь существует в океане других пузырей-вселенных, образующих вместе так называемую Мультивселенную — что-то вроде вселенской пены. Время от времени эти пузыри могут сталкиваться (давая нам теорию «большого плюха»), а могут делиться на более мелкие пузыри и затем снова расширяться («вечная инфляция»). Каждая из довзрывных теорий предсказывает свой вариант поведения Вселенной после Большого взрыва и свой характер гравитационных волн в ней. LISA сможет измерить гравитационное излучение, возникшее после Большого взрыва, и сравнить его с различными предсказаниями теории струн. Таким образом, вполне возможно, что этот проект поможет физикам исключить или, наоборот, подтвердить некоторые из этих теорий.

Но даже если LISA окажется недостаточно чувствительной для этой тонкой задачи, с ней, может быть, справятся детекторы следующего поколения — такие как «Наблюдатель Большого взрыва» (ВВО).

Если все получится, эти космические системы помогут человечеству получить ответ на вопрос, который мучил ученых не одно столетие: откуда возникла наша Вселенная? Так что уже в обозримом будущем возможность получить достоверные данные о Большом взрыве может стать реальностью.

Пилотируемые космические полеты

Если роботизированные космические аппараты, по всей видимости, и дальше будут открывать для нас новые горизонты космических исследований, то пилотируемым полетам предстоят трудные времена. Дело в том, что в сравнении с пилотируемыми миссиями роботы дешевы и универсальны; их можно посылать для исследования в опасные места; им не нужны дорогостоящие системы жизнеобеспечения, и самое главное — им совершенно не обязательно возвращаться.

Когда-то давно, в 1969 г., нам всем казалось, что астронавты вот-вот начнут исследовать Солнечную систему. Нил Армстронг и Базз Олдрин только что прогулялись по Луне, а люди уже мечтали о полете на Марс и дальше. Казалось, что человечество выходит на дорогу к звездам. Занималась заря новой эры!

А затем мечта рухнула.

Как написал позже фантаст Айзек Азимов, мы вышли на поле, забили гол, взяли мяч под мышку и ушли домой. Сегодня старые ракеты-носители «Сатурн» скучают в музеях или попросту гниют на свалках. Целое поколение лучших ученых-ракетчиков распустили по домам. Энергия космической гонки постепенно иссякла. Сегодня знаменитая прогулка по поверхности Луны упоминается только в пыльных исторических книгах[36].