От мореплавателя до звезды мировой астрофизики: интервью с ученым Лайманом Пейджем

Доктор Лайман Пэйдж —эксперт в области астрофизики и почетный профессор Принстонского университета.

В 2018 году был награжден премией Breakthrough Prize за участие в разработке спутника WMAP, с помощью которого ученые смогли получить точные данные о космическом микроволновом фоне, косвенно подтверждающем теорию большого взрыва.

Лодка или карьера ученого

Я получил степень бакалавра по физике в небольшом американском университете. На четвертом курсе решил заняться подачей документов на магистратуру, но появились некоторые личные обстоятельства и результаты моих экзаменов не были так хороши, как хотелось бы. Поэтому пришлось отложить идею поступления.

И здесь начинается самое интересное. Я гулял по кампусу своего университета, когда увидел объявление о наборе команды на исследовательскую миссию в Антарктику. 

Подал документы и отправился в качестве исследователя-инженера на станцию Мак-Мердо в Антарктике. Там я проработал 15 месяцев.

Когда вернулся, поговорил с главным исследователем нашего проекта Мартином Померанц. Он спросил, готов ли я вернуться в университет и получить степень доктора. Предложение я не принял, потому что были вещи, которыми нужно было заняться прежде, чем стану ученым.

Взял накопленные деньги, купил себе лодку и ушел в открытое плавание. Приплывал куда-нибудь, искал любую работу — плотником, техником, маляром, — и так по кругу. На это у меня ушло два с половиной года.

Однажды, когда моя лодка в очередной раз сломалась посреди океана, я все-таки решил: «Окей. Пора получать докторскую».

Так я поплыл от Карибского моря через Ямайку, Флориду, все восточное побережье до Бостона, штат Массачусетс. Оставил судно и пошел стучаться в двери университетов.

Princeton University Website

Учеба MIT и работа плотником

Одним из университетов, куда я пришел, был MIT. Там был один прекрасный профессор, который согласился меня выслушать и познакомил с университетом. А его секретарша даже предложила напечатать мне мое первое резюме.

Было неловко от того, что его у меня до сих пор не было, и я решил купить печатный станок и сделать его самостоятельно. Затем стал искать людей, которые бы наняли меня в лабораторию.

Каждый человек, с которым я знакомился, спрашивал одно и то же: «Почему ты вдруг перестал плавать и занялся физикой?»

Рэй Уайс дал мне место в своей лаборатории. Я работал плотником в Бостоне по будням, а в выходные занимался исследованиями.

Да, возможно. Но стоит отметить, что я не наслаждался этим процессом. Просто так вышло, что вещи, которые я делал в лаборатории Уайса, были действительно хороши. И еще более важно то, что профессор тоже так думал.

Я ремонтировал любые виды оборудования, создавал новое из того, что вышло из строя, потому что знал, как это делать. В итоге, пересдал вступительные экзамены, прошел несколько собеседований и показал хорошие результаты для поступления в MIT.

Солнце — главная проблема

На данный момент мы исследуем реликтовую радиацию, оставшуюся после большого взрыва, известную как радиация космического микроволнового фона.

Поскольку реликтовая радиация происходит от большого взрыва, ей необходимо преодолеть путь от видимого края вселенной до нас. Зная, что вселенная имеет форму сферы, мы рассчитали, что этот путь она преодолела за 13,8 млрд лет.

Когда мы захотели изучить этот вопрос более детально, то столкнулись с такой огромной проблемой, как Солнце. Мы не можем видеть сквозь него. Температура Солнца равна примерно 6000 градусам Кельвина, а исследуемая нами радиация — около 3 градусов Кельвина.

Представьте, что вы смотрите на звезды днем: вы знаете, что они там, но вы их не видите, верно? Проблема — солнечный свет. Необходимо подождать до ночи, чтобы увидеть хоть что-то. Поэтому, мы не можем засечь радиацию, используя земные телескопы, но мы можем это сделать, используя специальный спутник. После обработки полученной информации, мы создали эту прекрасную карту.

О спутнике WMAP и том, почему он нам нужен

Мы заинтересованы не только в получении данных о температуре во вселенной (что по-прежнему очень важно), а именно в ее небольших изменениях. Необходимо было создать специальный спутник, который смог бы постоянно получать информацию с орбиты Солнца.

Нам нужно видеть, что температура немного выше в одном месте и намного выше в другом. Такую точную информацию невозможно было получить с поверхности Земли.

Эта информация позволяет нам воссоздать гравитационный ландшафт ранней вселенной. Мы знаем содержание вселенной того времени — только протоны и электроны, крутящиеся вокруг друг друга и превращающиеся в водород; и темное вещество, которое пока нами не изучено. С течением времени они попадали в гравитационные массы и в последствии создали галактики и звезды.

Соответственно, гравитационные массы, о которых мы говорим, носят в себе параметры ранней вселенной. Процессы, которые вели к созданию карты реликтовой радиации, тоже закодированы в этих гравитационных массах.

Резюмируя все вышесказанное с точки зрения человека, который не является астрофизиком, мы знаем следующее: у вселенной есть своя история, и она расширяется.

Теория простыми словами

Во-первых, это дает нам возможность рассчитать возраст вселенной. Это довольно круто. Во-вторых, теперь мы можем предположить, что вселенная была геометрически плоской.

Если мы установим лазерные лучи между Землей, какой-нибудь далекой галактикой, другой далекой галактикой, и обратно к нам, создав треугольник в небе, то сумма всех углов будет равна 180 градусам. Если же вселенная не была бы плоской, то сумма углов не сложилась бы таким образом.

Позвольте предоставить вам более понятный пример того, о чем я говорю, и зачем нам это все нужно.

Если вы смотрите на определенный ландшафт, то увидите, что в одном месте очень много холмов. В другом месте — огромные горные цепи. Где-нибудь еще вы найдете пляж. Исходя из того, что вы можете наблюдать, довольно легко понять, что у этих мест есть определенные фундаментальные различия.

Анализируя эти различия, вы можете заключить, что в горной местности, скорее всего, будет много льда и остроконечные скалы; а климат пляжной местности, скорее всего, жаркий. Мы делаем то же самое, но в масштабах вселенной.

Princeton University Website

На самом деле, все гораздо проще, чем кажется. Это выглядело примерно так: «Окей, у меня есть идея. Давай сделаем это». Мы также знали, что если у нас будет шанс на проведение космической миссии, то мы смогли бы получить ценную информацию о вселенной с высокой точностью. Собственно, это все.

Как представить идею NASA

Для начала разработали эксперимент. Мы были знакомы с техникой, которая нам понадобится, и также смогли рассчитать оптические параметры.

Мы знали точное место, на которое хотели отправить наш спутник — точка Лагранжа между Землей и Солнцем. Это в 5 раз дальше, чем обычные спутники, так как спутники в основном отправляют на орбиту Земли.

Мы знали, что и как делать, поэтому представители NASA были впечатлены нашим предложением и согласились проспонсировать проект.

Логистика до орбиты Солнца выглядела следующим образом. Спутнику понадобился месяц, чтобы добраться до точки, а затем он отправлял информацию каждый день на протяжении 9 лет. Мы получали информацию, анализировали ее и шаг за шагом создавали карту.

Что круче: Нобелевская премия или Breakthrough Prize

Я очень рад, что это получил премию Breakthrough Prize. Это было совершенно неожиданно. Как вы можете знать, большинство наград достаются теоретикам, а в нашей команде только один астрофизик-теоретик — Дэвид Спергель. Но большинство из нас предпочитают прикладной подход: нам ближе расчеты, анализ и вычисление способов получения информации.

Jesse Grant

Я бы не стал их сравнивать премию Нобеля и Breakthrough Prize, обе награды — огромная честь. Эти премии гораздо больше зависят от вашей удачи сделать то, что нужно, тогда, когда нужно. Когда я покинул свою лодку, то по счастливому стечению обстоятельств попал в ту самую лабораторию. Если бы в этой истории хоть что-то было иначе, кто знает, где бы я оказался?

Чтобы у вас было более четкое представление о нашей команде, я расскажу вам один важный момент. Когда мы только все это начинали, у нас не было ни единой зацепки — маленькие гравитационные ландшафты никто и никогда не видел. Природа могла быть таковой, что их невозможно было бы засечь. Это не должно было сложиться именно так.

Появление Вселенной

Я бы сказал, что на данный момент у нас есть представление о том, как вселенная развивалась с момента появления до сегодняшнего дня. Мы знаем, что не все части пазла сложены правильно, и не понимаем многое из того, что можем видеть.

Но вопрос того, как это все начиналось, до сих пор открыт. На сегодня самая популярная и самая изученная теория — теория большого взрыва. Она предполагает, что очень давно произошло какое-то масштабное событие, давшее начало процессу расширения пространства и времени.

Существует еще несколько других теорий. Например, одни предполагают, что до огромного взрыва была еще одна фаза, что фактически взрыв не был тем самым началом. Но нам определенно нужно больше измерений. Однако даже в этом случае мы не можем быть уверены.

Princeton University Website

Будущие исследования

Если большой взрыв все-таки произошел, то он должен был оставить за собой гравитационные волны размером со вселенную. Мы также должны видеть их в космическом микроволновом фоне. Этим мы и занимаемся — ищем доказательства большого взрыва.

Также, возвращаясь к краям видимой вселенной, мы изучаем то, как содержимое вселенной могло повлиять на свет, который берет начало на краю вселенной.

Зная, что свет сталкивается со звездами, метеоритами, черными дырами и другим содержимым вселенной, можно предположить, что он был подвергнут определенным изменениям. Поэтому, основываясь на информации об изменениях, мы также можем узнать что-то новое о вселенной.