Попытки предсказать достижения в сфере науки и техники на полвека вперед могут показаться бессмысленными. Однако есть причина, по которой ученые готовы идти на риски: астрономия – это отрасль, в которой взгляд на пятьдесят лет в будущее не является таким уж надуманным. Проект космического телескопа имени Джеймса Уэбба (JWST), ныне совершающего революцию в этой сфере, был впервые предложен в письменной форме в 1996 году – за четверть века до запуска. Над его последователями уже давно ведутся работы. Ученым же остается лишь прогнозировать, какие результаты принесут следующие поколения «флагманских» обсерваторий.
Проекты будущего
Джон Кромвелл Мазер – старший научный сотрудник проекта космического телескопа имени Джеймса Уэбба; лауреат Нобелевской премии по физике 2006 года «за открытие природы космического микроволнового фонового излучения» (совместно с Джорджем Смутом).
«Легче думать о том, что человечество может построить, чем о том, что может обнаружить, ведь в процессе строительства мы наблюдаем некоторый прогресс. Кроме того, под рукой всегда находятся различные справочники и сборники инструкций, например, опубликованные Национальной академией наук США десятилетние отчеты комитетов».
Ученые уже давно завалены работой над концепциями различных обсерваторий. В планах новый космический телескоп для поиска обитаемых миров – Habitable Worlds Observatory – «Хаббл» следующего поколения, который будет изучать похожие на Землю экзопланеты вокруг подобных Солнцу звезд. Параллельно рассматриваются предложения создания Origins Space Telescope – обсерватории для исследований в дальнем инфракрасном диапазоне, которая позволила бы обнаруживать молекулы в холодных и запыленных объектах и наблюдать формирование звезд и планет. И конечно ученые стремятся сконструировать новейший рентгеновский телескоп Lynx для лучшего понимания экстремальных температур вокруг черных дыр, а также взрывов различных типов и масштабов. Однако даже строя один телескоп на двадцать лет, человечество не будет иметь всех вышеперечисленных до 2083 года, а затем понадобятся еще десятилетия, чтобы использовать их и анализировать полученные данные. Наши десятилетние обзоры – это на самом деле книги пожеланий на столетия вперед.
Однако что человечеству под силу познать? На мой взгляд, жизнь развивается по законам термодинамики, что означает: она зарождается быстро там, где есть благоприятные для этого условия. Однако никто не знает, что именно определяет отрезок времени, в течение которого эта жизнь перерастает в цивилизацию, да и неизвестно, какие условия являются благоприятными. Ученые уверены только в том, что похожие на нашу планетные системы – четыре каменистые планеты, пояс астероидов и четыре холодных газовых гиганта – чрезвычайно редки. Вполне возможно, что единственный естественный спутник Земли, стабилизирующий ее наклон, является необходимым условием лишь человеческого существования. Поиск другого, подобного нашему дому, места, безусловно, самая сложная проблема в астрономии, требующая гораздо больших телескопов чем те, которые сейчас можно спроектировать. Построить их возможно будет – никакие законы природы этому не препятствуют – но не сегодня, не завтра и не в следующем году.
Полагаю, человечество найдет в ранней Вселенной что-то удивительное. Первые объекты, появившиеся после Большого взрыва, точно всех поразят. Подтверждением этому являются многочисленные открытия телескопа имени Джеймса Уэбба, к примеру, недавнее: первые галактики намного больше, ярче, горячее и быстрее, чем предполагалось ранее.
Однако до сих пор неизвестно, как образовались сверхмассивные черные дыры в центрах галактик или как они так быстро развились до чрезвычайно больших размеров. Так же ученые не понимают темную материю и темную энергию, не предусмотренные общей теорией и наблюдать которые невозможно в лабораторных условиях. Все, что астронавты знают о них на сегодня, – это их гравитационное влияние на обычную материю.
Переломный момент может случиться в любое время, и когда он наступит, первое, что придет в голову: «Почему никто об этом не подумал? Это же было так очевидно!» Вероятно, ученые найдут объяснение в искривлении геометрии пространства-времени, высших измерениях и квантовой механике, что удивило бы даже Айнштайна. Они уже имеют дело с загадочной квантовой запутанностью: измерение, проведенное для частицы в одном месте, будет иметь мгновенное влияние на другую где-нибудь во Вселенной. Возможно, вычисления волновых функций, уравнений, описывающих бесконечность квантовых возможностей, наконец-то будут детально сформулированы.
К тому же, кроме мощных телескопов современный мир предлагает новые вычислительные инструменты, позволяющие не только предсказывать погоду с помощью гидродинамических кодов, но и создавать «фильмы» об истории Вселенной на основе гипотетических исходных данных и законов физики. Такие моделирования, правда, ограничены, поскольку по мере того, как объекты развиваются и становятся меньше и горячее, расчеты – усложняются.
Преодолеть эту проблему, на мой взгляд, сможет искусственный интеллект, уменьшив количество операций, необходимых для получения хороших результатов. Полагаю, нет закона, который препятствовал бы общему искусственному интеллекту (AGI) – форме ИИ, действительно понимающего слова, которые использует, – «общаться» с нами. Учитывая миллиарды ежегодно потраченных долларов и огромные стремления, лежащие в основе, это лишь вопрос времени. Не нужно понимать, как он работает, чтобы иметь возможность применять, ведь мы также не до конца понимаем человеческий мозг. Просто нужно быть подготовленными к чудесам!
50-летнее астрономическое путешествие
Иветт Сендес – радиоастроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, которая исследует переменные и переходные объекты. К сфере ее научных интересов в основном принадлежат сверхновые и события приливного разрушения.
Когда я представляю далекое будущее, единственное, что меня по-настоящему восхищает, – это строительство большого радиотелескопа на обратной стороне Луны. Такое местоположение является важным, поскольку аппарат будет защищен от всех поступающих с Земли радиопомех. Кроме того, он сможет улавливать самые низкие частоты из дальнего космоса, которые блокируются ионосферой нашей планеты. Однако эта обсерватория, вероятнее всего, будет автоматизированной, потому что дистанционные наблюдения уже давно стали рутиной. Ее работа приведет к новым научным открытиям, о которых астрономы еще не подозревают!
Тем не менее, я уверена: на Земле, как и прежде, будет проводиться много радиоастрономических исследований – конечно, при условии, что человечество сможет урегулировать «поведение» крупных спутниковых группировок и не исчерпает все природные ресурсы из-за катастрофического изменения климата. Это связано прежде всего с революцией в следующем десятилетии в результате строительства и ввода в эксплуатацию крупнейшей в мире радиообсерватории под названием Square Kilometer Array (SKA) в Австралии и Южной Африке, а также Очень Большого Массива радиотелескопов нового поколения Next Generation Very Large Array (ngVLA) в Северной Америке.
К тому же, от конструирования SKA и ngVLA до 2073 года такое же расстояние во времени, как от строительства в 1970-х годах Очень Большого Массива до сегодняшнего дня, который до сих пор остается моим основным научным инструментом. Хотя можно наблюдать большой оптимизм относительно снижения стоимости космических запусков в течение ближайших десятилетий, в ситуации с огромными массивами радиотелескопов, которые буквально охватывают континенты, дешевле будет поддерживать и модернизировать эти «рабочие лошадки» на Земле, чем запускать новые в космос.
С точки зрения науки я абсолютно уверена: человечество найдет доказательства существования жизни где-то во Вселенной, вероятнее, не через признаки внеземных цивилизаций, а обнаружив биосигнатуры на экзопланетах. В конце концов, жизнь – это химический процесс, поэтому слишком высокомерно утверждать, что она возникла только на Земле. В ближайшие пятьдесят лет наши технологии смогут это сделать.
Кроме того, к 2073 году я очень хотела бы увидеть первую за почти 400 лет сверхновую в Млечном Пути – потенциально достаточно яркую, чтобы наблюдать ее собственными глазами. В галактике таких размеров каждые 50-100 лет должна появляться сверхновая, и, кажется, «нашу» ученые уже пропустили. Неизвестно, когда будет следующая возможность ее поймать, но такое событие или станет самым главным в моей карьере, или же самым большим разочарованием, если его придется ждать еще столько времени.
И напоследок никто не знает точно, что готовит будущее для астрономии. Единственное, что можно сказать с уверенностью, эти пятьдесят лет будут вести нас через незабываемое астрономическое путешествие. А там и не долго до следующего прохождения кометы Галлея в 2061 году, что на самом деле является самым дальним прогнозом, который я рассматривала в своей жизни в статусе ученого. С появлением астрономии никто и понятия не имел, что такое темная энергия или быстрые радиовсплески, или что экзопланеты встречаются так же часто, как звезды. Сегодня это составляет основу всех исследований. Не могу дождаться, чтобы увидеть, как все будет развиваться дальше!
Космическая инфляция
Адам Рисс – американский астрофизик из Университета Джонса Хопкинса; лауреат Нобелевской премии по физике 2011 года «за открытие ускоренного расширения Вселенной посредством наблюдения дальних сверхновых» (совместно с Солом Перлматтером и Брайаном Шмидтом).
Сначала процитирую фразу, которую приписывают многим известным людям, от лауреата Нобелевской премии по квантовой физике Нильса Бора до легендарного бейсболиста и философа Йоги Берра: «Делать прогнозы сложно – особенно относительно будущего».
В течение ближайших пятидесяти лет я с нетерпением жду «больших ответов на извечные вопросы»: что такое темная энергия и темная материя? почему Вселенная такая плоская? была ли когда-нибудь инфляция?, а также на недавние, такие как: почему Вселенная расширяется быстрее и кажется более однородной, чем предполагает наша лучшая модель?
Инфляция – мощная теория, а также основная гипотеза, объясняющая некоторые особенности Вселенной, такие как плоскостность, которые сложно объяснить в других случаях. Однако она еще не была подтверждена экспериментально с высокой степенью достоверности. А поскольку теория является достаточно общей относительно наблюдаемых явлений, ученые не смогли отвергнуть альтернативные сценарии. К ним относится, например, «экпиротическая Вселенная» (с греч. «огонь» или «пожар»), в которой известный нам Большой Взрыв – это лишь один «большой отскок в цикле больших отскоков» (циклическая модель существования Вселенной). Доступные в 2073 году данные, вероятно, будут более точными.
Пятьдесят лет – относительно длительный промежуток времени; выше поставленные вопросы существуют меньше. Поэтому я надеюсь, что за этот период ученые получат хотя бы один или два ответа, однако также будут и новые вопросы.
Ближе к горизонту
Алан Штерн – планетолог и член Национального научного совета США; руководил 14 миссиями и научными инструментами NASA, в том числе New Horizons к Плутону и поясу Койпера.
На мой взгляд, в течение следующих пятидесяти лет планетарная наука продвинется настолько далеко, что превзойдет все сегодняшние достижения. По моим оценкам, свершения этого периода затмят успехи 1970-х и 2020-х годов, а это о многом говорит.
Хочу верить, что человечество уже будет иметь полупостоянные исследовательские станции на нескольких мирах Солнечной системы, по крайней мере на Луне и Марсе. К тому времени в нашем распоряжении должны быть более крупные и выносливые ракеты: либо на основе термоядерного синтеза, либо с мощными электрическими двигателями, что в разы сократило бы время путешествия. Только представьте: Марс за несколько недель, Плутон и пояс Койпера – за год!
Кроме этого, на Земле «на полную» будут работать 100-метровые телескопы, способные обнаруживать и изучать объекты в процессе их эволюции; огромные массивы радио- и субмиллиметровых телескопов и даже воздушные стратосферные обсерватории. Со всеми этими возможностями ученые наконец-то каталогизируют тела любых размеров вплоть до внутреннего Облака Оорта и получат изображения всего до пояса Койпера с геологически интересным разрешением, которое сегодня могут обеспечить только космические аппараты. И напоследок привычным делом станет доставка образцов из самых разных мест космоса на Землю – или вообще к внеземным лабораториям, чтобы защитить нашу планету от возможного вредного загрязнения.
Однако сильнее всего на планетологию, я считаю, повлияет искусственный интеллект. К тому времени он станет настолько мощным, что определенные виды научной деятельности, такие как анализ и интерпретация данных, кодирование, разработка теорий и даже написание статей, не будут иметь ничего общего с тем, чем сегодня занимаются астрономы. А поскольку биология сейчас также стремительно развивается, у меня даже есть шансы дожить до этого всего и проверить свои прогнозы, оставаясь живым и энергичным! По крайней мере, я на это надеюсь.
Решение «спора Хаббла»
Чанда Прескод-Вайнштайн – доцент кафедры физики и преподавательница женских и гендерных исследований в Университете Нью-Гемпшира; удостоена награды за свою книгу «Неупорядоченный космос: путешествие в темную материю, пространство-время и несбыточные мечты» (Bold Type Books, 2021).
На 2023 год астрономы уже почти столетие спорят о том, насколько быстро расширяется пространство-время. Так что я буду реалисткой и скажу, что об этом они будут спорить еще пятьдесят лет.
Сегодня мнения ученых относительно скорости расширения Вселенной, известной как постоянная Хаббла, значительно разошлись. Одна группа считает, что в современной Вселенной две галактики, разделенные расстоянием в 1 миллион парсеков (1 Мпк или 3,26 миллиона световых лет), удаляются друг от друга примерно на 73 километра в секунду. Другая, опираясь на измерения ранней Вселенной и космологические модели, утверждает, что эта скорость составляет примерно 68 км/с/Мпк. Есть даже те, у кого это число достигает 69 км/с/Мпк.
Споры вокруг закона Хаббла, как теперь называют эту дискуссию, – это тернистый путь, при прохождении которого каждого ученого ждет высокая награда. Того, кто сможет привести действительно убедительные аргументы в пользу своих данных – таких, что выдержат испытание временем, – запомнят за измерение длины «самой большой линейки» во Вселенной. Возможно, к 2073 году человечество будет лучше понимать, что лежит в основе этого космического ускорения – все более быстрого расширения пространства-времени.
Интересно то, как следующие поколения астрономов будут решать подобные этой, а также другие глобальные проблемы. Для преодоления сегодняшней климатической катастрофы сообществам всего мира придется существенно пересмотреть свой образ жизни: от «приземленных» вопросов ежедневного использования воды и транспорта до более необычных – как понять происхождение Вселенной. Ни одна сфера человеческой деятельности не может оставить без внимания проблему изменения климата, даже астрономия.
К тому же, необходимо тщательно подумать о влиянии космических запусков на местные экосистемы, а также на перемещенные в связи с этим общины, например, выселенные со своих земель из-за строительства космодрома Алкантара афро-бразильские киломбо. Еще одна ситуация – с Тридцатиметровым телескопом на Мауна-Кея – подтверждает: традиционные подходы к возведению объектов на землях коренных народов не способствуют хорошим отношениям между ними и астрономами. Важно разработать четкие этические нормы по использованию территорий для таких целей.
Пятьдесят лет – это не так уж и долго; человечество может достичь большего, и именно сейчас время действовать по-настоящему!