Спроби передбачити досягнення в сфері науки та техніки на пів століття вперед можуть здатися безглуздими. Проте є причина, через яку вчені готові йти на ризики: астрономія – це галузь, у якій погляд на п’ятдесят років у майбутнє не є таким уже й надуманим. Проєкт космічного телескопа імені Джеймса Вебба (JWST), що нині здійснює революцію в цій сфері, було вперше запропоновано в письмовій формі в 1996 році – за чверть століття до запуску. Над його послідовниками вже давно ведуться роботи. Ученим ж залишається лише прогнозувати, які результати принесуть наступні покоління «флагманських» обсерваторій.
Проєкти майбутнього
Джон Кромвелл Мазер – старший науковий співробітник проєкту космічного телескопа імені Джеймса Вебба; лауреат Нобелівської премії з фізики 2006 року «за відкриття природи космічного мікрохвильового фонового випромінювання» (спільно з Джорджом Смутом).
«Легше думати про те, що людство може побудувати, аніж про те, що може виявити, адже в процесі будівництва ми спостерігаємо певний прогрес. Окрім того, під рукою завжди є різноманітні довідники та збірники інструкцій, як-от опубліковані Національною академією наук США десятирічні звіти комітетів».
Учені вже давно завалені роботою над концепціями різних обсерваторій. У планах новий космічний телескоп для пошуку населених світів – Habitable Worlds Observatory – «Габбл» наступного покоління, що вивчатиме схожі на Землю екзопланети навколо подібних до Сонця зірок. Паралельно розглядаються пропозиції створення Origins Space Telescope – обсерваторії для досліджень у далекому інфрачервоному діапазоні, яка дала б змогу виявляти молекули в холодних й запилених об’єктах та спостерігати формування зірок і планет. І звичайно науковці прагнуть сконструювати новітній рентгенівський телескоп Lynx для кращого розуміння екстремальних температур навколо чорних дір, а також вибухів різних типів і масштабів. Проте навіть будуючи один телескоп на двадцять років, людство не матиме всіх вище перерахованих до 2083 року, а потім знадобляться ще десятиліття, щоб використовувати їх та аналізувати отримані дані. Наші десятирічні огляди – це насправді книги побажань на сторіччя вперед.
Однак що людству до снаги пізнати? На мою думку, життя розвивається за законами термодинаміки, що означає: воно зароджується швидко там, де є сприятливі для цього умови. Проте ніхто не знає, що саме визначає відрізок часу, протягом якого це життя переростає в цивілізацію, та й невідомо, які умови є сприятливими. Науковці впевнені тільки в тому, що схожі на нашу планетні системи – чотири кам’янисті планети, пояс астероїдів і чотири холодні газові гіганти – надзвичайно рідкісні. Цілком можливо, що єдиний природний супутник Землі, який стабілізує її нахил, є необхідною умовою лише людського існування. Пошук іншого, подібного на нашу домівку, місця, безумовно, є найскладнішою проблемою в астрономії, що потребує набагато більших телескопів аніж ті, які наразі можна спроєктувати. Побудувати їх можливо буде – ніякі закони природи цьому не перешкоджають – але не сьогодні, не завтра й не наступного року.
Гадаю, людство віднайде в ранньому Всесвіті щось дивне. Перші об’єкти, що з’явилися після Великого вибуху, точно всіх здивують. Підтвердженням цьому є численні відкриття телескопа імені Джеймса Вебба, до прикладу, нещодавнє: ранні галактики є набагато більшими, яскравішими, гарячішими та швидшими, ніж передбачалося раніше.
Проте досі невідомо, як утворилися надмасивні чорні діри в центрах галактик або ж як вони так швидко розвинулися до надзвичайно великих розмірів. Так само науковці не розуміють темну матерію та темну енергію, що не були передбачені загальною теорією та які неможливо спостерігати в лабораторних умовах. Все, що вчені знають про них на сьогодні, – це їхній гравітаційний вплив на звичайну матерію.
Переломний момент може настати будь-якої миті, і коли він наступить, перше, що прийде в голову: «Чому ніхто про це не подумав? Це ж було так очевидно!» Ймовірно, науковці знайдуть пояснення у викривленні геометрії простору-часу, вищих вимірах і квантовій механіці, що здивувало б навіть Айнштайна. Вони вже мають справу із загадковою квантовою заплутаністю: вимірювання, проведене для частинки в одному місці, матиме миттєвий вплив на іншу деінде у Всесвіті. Можливо, обчислення хвильових функцій, рівнянь, що описують нескінченність квантових можливостей, нарешті будуть детально сформульовані.
До того ж, окрім потужних телескопів сучасний світ пропонує нові обчислювальні інструменти, що дають змогу не тільки передбачати погоду за допомогою гідродинамічних кодів, а й створювати «фільми» про історію Всесвіту на основі гіпотетичних вихідних даних і законів фізики. Такі моделювання, правда, обмежені, оскільки в міру того, як об’єкти розвиваються та стають меншими й гарячішими, розрахунки – ускладнюються.
Подолати цю проблему, на мою думку, зможе штучний інтелект, зменшивши кількість операцій, необхідних для отримання хороших результатів. Я вважаю, немає закону, який перешкоджав би загальному штучному інтелекту (AGI) – формі ШІ, що справді розуміє слова, які використовує, – «спілкуватися» з нами. З огляду на мільярди щорічно витрачених доларів і величезні прагнення, що лежать в основі, це лише питання часу. Не потрібно розуміти, як він працює, щоб мати змогу застосовувати, адже ми також не до кінця розуміємо людський мозок. Просто потрібно бути готовими до див!
Астрономічна мандрівка тривалістю в 50 років
Іветт Сендес – радіоастроном із Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру, яка досліджує змінні та перехідні джерела. До сфери її наукових інтересів зокрема належать наднові та події припливного руйнування.
Коли я уявляю далеке майбутнє, єдине, що мене по-справжньому захоплює, – це будівництво великого радіотелескопа на зворотному боці Місяця. Таке місце розташування є важливим, оскільки апарат буде захищений від усіх радіоперешкод, що надходять із Землі. Окрім того, він зможе вловлювати найнижчі частоти з далекого космосу, які блокуються іоносферою нашої планети. Однак ця обсерваторія, ймовірніше, буде автоматизованою, тому що дистанційні спостереження вже давно стали рутиною. Її робота призведе до нових наукових відкриттів, про які астрономи ще не здогадуються!
Попри це я впевнена: на Землі, як і раніше, будуть проводитися багато радіоастрономічних досліджень – звичайно, за умови, якщо людство зможе врегулювати «поведінку» великих супутникових угруповань і не вичерпає всі природні ресурси через катастрофічну зміну клімату. Це пов’язано насамперед з революцією в наступному десятилітті внаслідок будівництва та введення в експлуатацію найбільшої у світі радіообсерваторії під назвою Square Kilometer Array (SKA) в Австралії та Південній Африці, а також Дуже Великого Масиву радіотелескопів нового покоління Next Generation Very Large Array (ngVLA) у Північній Америці.
До того ж, від конструювання SKA і ngVLA до 2073 року така сама відстань у часі, як від будівництва в 1970-х роках Дуже Великого Масиву до сьогодні, що до цих пір залишається моїм основним науковим інструментом. Хоча можна спостерігати великий оптимізм щодо зниження вартості космічних запусків протягом найближчих десятиліть, у ситуації з величезними масивами радіотелескопів, які буквально охоплюють континенти, дешевше буде підтримувати та модернізовувати ці «робочі конячки» на Землі, аніж запускати нові в космос.
З погляду науки я абсолютно впевнена: людство віднайде докази існування життя деінде у Всесвіті, ймовірніше, не через ознаки позаземних цивілізацій, а виявивши біосигнатури на екзопланетах. Зрештою, життя – це хімічний процес, тому зверхньо стверджувати, що воно виникло лише на Землі. У найближчі п’ятдесят років наші технології зможуть це зробити.
Окрім того, до 2073 року я дуже хотіла б побачити першу за майже 400 років наднову в Чумацькому Шляху – потенційно достатньо яскраву, щоб спостерігати її на власні очі. У галактиці таких розмірів кожні 50-100 років має з’являтися наднова, і, здається, «нашу» науковці вже пропустили. Невідомо, коли буде наступна можливість її спіймати, але така подія або стане найголовнішою у моїй кар’єрі, або ж найбільшим розчаруванням, якщо на неї доведеться чекати ще стільки часу.
І насамкінець ніхто не знає точно, що готує майбутнє для астрономії. Єдине, що можна сказати з впевненістю, ці п’ятдесят років вестимуть нас крізь незабутню астрономічну мандрівку. А там і не довго до наступного проходження комети Галлея в 2061 році, що насправді є найдальшим прогнозом, який я розглядала у своєму житті в статусі науковиці. З появою астрономії ніхто й гадки не мав, що таке темна енергія чи швидкі радіосплески, або що екзопланети зустрічаються так само часто, як зірки. Сьогодні це складає основу всіх досліджень. Не можу дочекатися, щоб побачити, як усе розвиватиметься далі!
Космічна інфляція
Адам Рісс – американський астрофізик з Університету Джонса Гопкінса; лауреат Нобелівської премії з фізики 2011 року «за відкриття прискореного розширення Всесвіту за допомогою спостережень за далекими надновими» (спільно з Солом Перлматтером і Брайаном Шмідтом).
Спочатку процитую фразу, яку приписують багатьом відомим людям, від лауреата Нобелівської премії з квантової фізики Нільса Бора до легендарного бейсболіста та філософа Йоґі Берра: «Робити прогнози складно – особливо щодо майбутнього».
Протягом найближчих п’ятдесяти років я з нетерпінням чекаю «великих відповідей на одвічні запитання»: що таке темна енергія та темна матерія? чому Всесвіт такий плаский? чи була коли-небудь інфляція?, а також на нещодавні, як-от: чому він розширюється швидше та здається більш однорідним, ніж передбачає наша найкраща модель?
Інфляція – потужна теорія, а також основна гіпотеза, що пояснює деякі особливості Всесвіту, як-от площинність, які складно тлумачити в інших випадках. Однак її ще не підтвердили експериментально з високим ступенем достовірності. А оскільки теорія є досить загальною щодо спостережуваних явищ, науковці не змогли відкинути альтернативні сценарії. До них відноситься, наприклад, «екпіротичний Всесвіт» (з грецьк. «вогонь» або «пожежа»), в якому Великий Вибух, що ми знаємо, – це лише один «великий стрибок у циклі великих стрибків» (циклічна модель існування Всесвіту). Доступні в 2073 році дані, ймовірно, будуть набагато точнішими.
П’ятдесят років – відносно тривалий проміжок часу; вище поставлені запитання існують менше. Тому я сподіваюся, що за цей період науковці отримають хоча б одну або дві відповіді, однак також будуть і нові запитання.
Ближче до горизонту
Алан Штерн – планетолог і член Національної наукової ради США; керував 14 місіями та науковими інструментами NASA, зокрема New Horizons до Плутона та поясу Койпера.
На мою думку, протягом наступних п’ятдесяти років планетарна наука просунеться настільки далеко, що перевершить усі сьогоднішні досягнення. За моїми оцінками, звершення цього періоду затьмарять успіхи 1970-х і 2020-х років, а це багато про що говорить.
Хочу вірити, що людство вже матиме напівпостійні дослідницькі станції на декількох світах Сонячної системи, принаймні на Місяці та Марсі. До того часу в нашому розпорядженні повинні бути набагато більші та витриваліші ракети-носії: або на основі термоядерного синтезу, або з потужними електричними двигунами, що в рази скоротило б час подорожі. Тільки уявіть: Марс за кілька тижнів, Плутон і пояс Койпера – за рік!
Окрім цього, на Землі «на повну» працюватимуть 100-метрові телескопи, здатні виявляти та вивчати об’єкти в процесі їхньої еволюції; величезні масиви радіо- та субміліметрових телескопів і навіть повітряні стратосферні обсерваторії. З усіма цими можливостями науковці нарешті каталогізують тіла будь-яких розмірів аж до внутрішньої Хмари Оорта та отримають зображення всього до поясу Койпера з геологічно цікавою роздільною здатністю, яку сьогодні можуть забезпечити лише космічні апарати. І насамкінець звичною справою стане доставка зразків із найрізноманітніших місць космосу на Землю – або взагалі до позаземних лабораторій, щоб захистити нашу планету від можливого шкідливого забруднення.
Проте найсильніше на планетологію, я вважаю, вплине штучний інтелект. На той час він стане настільки потужним, що певні види наукової діяльності, як-от аналіз та інтерпретація даних, кодування, розроблення теорій і навіть написання статей, не матимуть нічого спільного з тим, чим сьогодні займаються астрономи. А оскільки біологія зараз також стрімко розвивається, у мене навіть є шанси дожити до цього всього та перевірити свої прогнози, залишаючись жвавим й енергійним! Принаймні я на це сподіваюся.
Вирішення «суперечки Габбла»
Чанда Прескод-Вайнштайн – доцентка кафедри фізики та викладачка жіночих і ґендерних студій в Університеті Нью-Гемпшира; відзначена нагородою за свою книгу «Невпорядкований космос: подорож у темну матерію, простір-час та нездійснені мрії» (Bold Type Books, 2021).
Станом на 2023 рік астрономи вже майже сторіччя сперечаються про те, наскільки швидко розширюється простір-час. Отже, я буду реалісткою і скажу, що про це вони сперечатимуться ще п’ятдесят років.
Сьогодні думки науковців щодо швидкості розширення Всесвіту, відомої як стала Габбла, значно розійшлися. Одна група вважає, що в сучасному Всесвіті дві галактики, розділені відстанню в 1 мільйон парсеків (1 Мпк або 3,26 мільйона світлових років), віддаляються одна від одної приблизно на 73 кілометри за секунду. Інша, спираючись на вимірювання раннього Всесвіту та космологічні моделі, стверджує, що ця швидкість становить приблизно 68 км/с/Мпк. Є навіть ті, у кого це число сягає 69 км/с/Мпк.
Суперечки навколо закону Габбла, як тепер називають цю дискусію, – це тернистий шлях, при проходженні якого на кожного вченого чекає висока нагорода. Того, хто зможе навести справді переконливі аргументи на користь своїх даних – таких, що витримають випробування часом, – запам’ятають за вимірювання довжини «найбільшої лінійки» у Всесвіті. Можливо, до 2073 року людство краще розумітиме, що лежить в основі цього космічного прискорення – щораз швидшого розширення простору-часу.
Цікаво те, як наступні покоління астрономів вирішуватимуть подібні до цієї, а також інші глобальні проблеми. Для подолання сьогоднішньої кліматичної катастрофи спільнотам усього світу доведеться докорінно переглянути свій спосіб життя: від «приземлених» питань щоденного використання води та транспорту до більш незвичайних – як зрозуміти походження Всесвіту. Жодна сфера людської діяльності не може залишити поза увагою проблему зміни клімату, навіть астрономія.
До того ж, необхідно ретельно подумати про вплив космічних запусків на місцеві екосистеми, а також на переміщені у зв’язку з цим громади, як-от виселені зі своїх земель через будівництво космодрому Алкантара афро-бразильські кіломбо. Ще одна ситуація – із Тридцятиметровим телескопом на Мауна-Кея – підтверджує: традиційні підходи до зведення об’єктів на землях корінних народів не сприяють добрим відносинам між ними та астрономами. Важливо розробити чіткі етичні норми щодо використання територій задля таких цілей.
П’ятдесят років – це не так вже й довго; людство може досягти більшого, і саме зараз час діяти по-справжньому!