Сергей Попов: Мы живем в такие времена, когда сакральными местами становятся научные центры

Ольга Орлова: В каждой научной области есть такие задачи, решением которых может стать результат уровня Нобелевской премии, или наоборот, предсказанный эффект не будет получен, и тогда годы жизни были потрачены впустую. О физиках, которые поставили на кон свою жизнь, мы решили расспросить доктора физико-математических наук, ведущего научного сотрудника Государственного астрономического института имени Штернберга Сергея Попова.

Здравствуйте, Сергей. Спасибо, что пришли в нашу программу.

Сергей Попов: Здравствуйте.

Сергей Попов родился в Москве в 1971 году. В 1995 году окончил Физический факультет МГУ. В 1998 защитил кандидатскую диссертацию на тему "Популяционный синтез двойных систем после вспышки звёздообразования и эволюции одиночных нейтронных звёзд". В 2011 году получил степень доктора наук. Работает ведущим научным сотрудником Государственного астрономического института имени Штернберга МГУ. Много времени уделяет популяризации науки: пишет научно-популярные статьи, выступает с публичными лекциями, лауреат фонда "Династия".

О.О.: Я сегодня пригласила вас поговорить о таких странных людях в науке, которые решают, казалось бы, самые-самые важные задачи. Такие задачи уровня, за которую могут дать Нобелевскую премию или самые лучшие премии мира, самые почётные, которые бывают. И в каждой области есть такие задачи. Но, как правило, к этим людям по-разному относятся в научном сообществе.

С.П.: Дело в том, что бывают разные проблемы. Бывают проблемы, про которые кажется, что их можно решить за 5-10 лет, и сделать это достаточно гарантированно, прямо ясно, как с полётом на Луну или Марс, можно описать бюджет, и задача решаема. Взяли, сделали и полетели. Есть задачи, которые завязаны практически на удачу, потому что мы плохо знаем свойства исследуемых объектов. То есть, как правило, теория что-то нам предсказывает, а точно, что надо померить, мы не знаем, потому что есть диапазон параметров. И, наверное, нужно такую простую интерпретацию дать. Вот представьте, Коперник написал книгу: Солнце в центре, мы крутимся вокруг. Из этого следует простое предсказание: звёзды на небе будут смещаться, то есть сегодня они выглядят смещёнными относительно того, какими они были полгода назад – параллакс. И многие люди тогда попробовали померить этот параллакс, например, Тихо Браге, лучший наблюдатель того времени. Ничего не нашёл. И поэтому ему не нравилась эта модель. Он придумал свою.

Но человек, который очень убеждён в коперниканской системе, например, Галилей, взял бы и всю свою жизнь до остатка, до конца, безо всяких споров со святой инквизицией потратил бы на то, что точнее, точнее и точнее пытался бы измерить эти параллаксы. Сейчас мы знаем, что в XVII веке он этого не сделал. То есть Галилей не сделал бы больше ничего, а пытался найти эти параллаксы, что сразу бы доказало правильность коперниканской системы мира. И в современной науке есть тоже похожие задачи, когда нужно найти, как правило, какую-нибудь частицу.

О.О.: Когда нужно открыть такое явление, которое потом объяснит сразу много разных явлений и тем самым даст огромный прорыв для науки, для этой области. Но, с другой стороны, риск получается стопроцентный.

С.П.: Риск получается действительно близкий к 100%. Особенно если мы говорим об экспериментах. У теоретиков часто проще: сегодня подумал об этом, завтра подумал об этом…

О.О.: А это так получается, как правило, что теоретики обычно выдвигают такие вещи, а экспериментаторы должны положить на это всю жизнь.

С.П.: Да, экспериментаторы страдают, действительно. И есть много таких примеров, когда теория кажется очень хорошей, и заказ в этом смысле, конечно, формирует научное сообщество, которое базируется на теоретических работах в этом смысле. А потом люди решают, искать или не искать. Например, предложили частицу аксион, она очень важна была бы, её очень важно найти. Есть люди, которые пытаются это сделать. И, действительно, люди десятилетиями продолжают попытки. Это не значит, что у него есть какой-то один девайс, он сидит перед ним и смотрит много лет. Это всё непрерывно совершенствуется, делаются новые установки, ищется под них финансирование. Кадры текущие могут меняться. Но обычно люди, руководящие экспериментом, могут потратить на это всю жизнь. И есть несколько областей, где люди уже это сделали.

О.О.: Одно из таких явлений, очень важных для теоретической физики, на поиски которого ушли многие годы – это гравитационные волны.

С.П.: Гравитационные волны в современном их понимании – это предсказание общей теории относительности, или, строго говоря, любой геометрической теории гравитации. Мы бы, конечно, хотели понять, как устроена гравитация, как она работает. Поскольку мы непрерывно находимся в ней и для многих вещей вокруг… Вы пользуетесь GPS – строго говоря, для вас уже начинает быть важна теория относительности, или, по крайней мере, для тех, кто обеспечивает работу. Или, как обычно, гибнут цивилизации – вы хотите через кротовую нору перебраться в другую галактику и тем самым спастись. Для вас тоже важно понимать гравитацию. И в этом смысле…

О.О.: Позволит ли она нам это сделать?

С.П.: Да. И в этом смысле основной пафос, чем нравится части людей "Интерстеллар" – как раз утверждение о том, что если вы не будете думать о важных вещах, что вы можете столкнуться с такими проблемами, что выяснится, что зря вы не думали. Проблема в том, что гравитация – самое слабое из четырёх взаимодействий, и гравитационные волны очень слабые. Я размахиваю руками – испускаются гравитационные волны. Но я это делаю медленно…

О.О.: А мы это не ощущаем?

С.П.: Да. Нужно, чтобы что-то тяжелое быстро размахивалось, например, сливались две чёрные дыры или две нейтронные звезды. Тогда по пространству-времени побежит рябь. И люди с конца 1960-х – начала 1970-х начали их искать. То есть эти люди уже потратили свою жизнь. Она действительно у части людей уже закончилась. И они ничего не нашли, потому что или должно повезти, то есть, например, очень близкая сверхновая довольно несимметрично взорвалась бы, и тогда люди получили какой-то сигнал. Но этого не произошло. Поэтому сейчас технология дошла до такого уровня, когда вроде бы мы через год-два гарантированно увидим это событие, но это дорогие проекты. То есть не сильно утрирую, перед американцами стоял выбор: денег хватало или на то, чтобы открыть бозон Хиггса раньше, чем ЦЕРН, или искать гравитационные волны. Они выбрали гравитационные волны и построили LIGO и засыпали туннель в метро в штате Техас огромного размера, где мог бы стоять их сверхпроводящий суперколлайдер. То есть это действительно важная задача. И от комьюнити был большой вопрос. Я помню, мы все писали письма, что да, засыпьте его и по крайней мере сохраните. По крайней мере, ЦЕРН и так сделает. А давайте найдём гравитационные волны.

И есть разные группы. Поскольку всегда, вот это очень важно, была надежда, что да, что-то взорвётся. Это был прямо аргумент тем, кто даёт денег, например. Вы знаете, представьте, вы сейчас нам не дадите денег, а через 10 лет взорвётся, и все будут чувствовать себя дураками.

И было много групп в мире, например, в Италии было очень много групп, у нас прямо в институте была группа и есть, которая занималась экспериментами именно такого типа…

О.О.: Искали гравитационные волны, да?

С.П.: Да, именно примерно по той методике, которая началась в первых работах Вебере в 1960-1970-е годы.

О.О.: И чем это дело кончилось у российской группы, которая работает у вас в Институте имени Штернберга?

С.П.: Гравитационные волны не нашли, как и остальные, естественным образом. Сейчас заканчивается апгрейд и американских, и европейских детекторов, достраивается японский. И действительно через год-два-три они начнут регистрировать сигналы. Это совсем другие детекторы, на другой технологии, на других масштабах. Люди тем не менее придумывают, что они могут сделать, поскольку в науке…

О.О.: Извините, а у российской группы просто нет денег на такой современный детектор?

С.П.: Я бы сказал – да. И в принципе, может быть, я бы сказал, что поскольку это действительно очень дорогие проекты и надо было делать всё равно международные. То есть или очень полноценно входить в какой-то, например, в Брагинске очень крупный специалист в этой области с физического факультета МГУ и его группа были тесно связаны с американским проектом LIGO. Это такой хороший подход, то есть люди внесли свой большой вклад, они были востребованы.  И действительно финансовые проблемы играют важную роль. Но при этом люди думают, как можно сделать дешёвый эксперимент, который не был бы полностью бесполезным. И, скажем, группы в нашем институте сейчас заканчивают монтаж установки, которая будет работать по модифицированной технологии. Может быть, им повезёт. То есть в любом случае это не такая штука, которую можно один раз открывать, вот, Галилей посмотрел на небо в телескоп, и всё, нам больше смотреть не надо. Нужно, чтобы работало много установок. Иногда это играет важную роль. Поэтому да, если повезёт, если что-то близко интересное произойдёт, они могут получить и сигнал с этой будущей установки.

О.О.: Как вы думаете, ощущения людей, которые работали, получается, уже несколько десятилетий, и они понимают, что результат может достаться совсем не им, и скорее всего вероятность велика, что научный результат получат конкуренты. Вообще этот момент конкуренции в науке по сравнению с другими областями человеческой деятельности, допустим, конкуренции в искусстве, в бизнесе, насколько он специфичен или не специфичен? Или всё так же, как у всех?

С.П.: Наверное, какая-то специфика есть у всех в любой области. С другой стороны, да, всегда обидно, когда хотел что-то сделать. На более мелком масштабе мы в науке, я думаю, все с этим сталкивались. Была какая-то идея. И вроде бы что-то начали делать. Хоп – появилась статья других людей на эту же тему. И, конечно, это чувство малоприятное. Но я никогда не тратил десятилетия на одну задачу, так чтобы уж совсем переживать. Наверное, это такое чувство тяжёлое. С другой стороны, поскольку всё это так размазано во времени, может быть, время лечит и как-то помогает, но я думаю, что будут проблемы: тёмное вещество когда-то скорее всего найдут, там точно работает в мире много конкурирующих групп. Одна из них заявляет, что она уже нашла.

О.О.: Вы имеете в виду тёмную материю?

С.П.: В принципе сама идея о том, что должна быть тёмная материя… Мне больше нравится "тёмное вещество", потому что материя – это какая-то совсем прямая калька с "dark matter". "Matter" мы переводим как "вещество", поэтому можно говорить "тёмное вещество". Сама идея появилась примерно в 1930-е годы. Но тогда не шла речь о том, что это какой-то другой вид частиц. Сейчас мы знаем, что тёмное вещество не может быть сделано из протонов, нейтронов, из того, из чего состоим мы. Она не может быть нейтрино, не может быть, в общем, самыми обычными частицами, которые мы открыли. Она быть не может. Это должен быть какой-то другой сорт частиц, которые плохо взаимодействуют сами с собой и с нами, то есть через нас непрерывно они сейчас пролетают.

О.О.: Да, электромагнитным излучением это никак невозможно зафиксировать. Это вещество не реагирует. И при этом, в чём неприятность ситуации, что оно составляет практически 26% всего вещества во Вселенной.

С.П.: Поэтому здесь ещё проще объяснять, почему это важно. Вселенная состоит на четверть из чего-то непонятного.

О.О.: И это нас пугает?

С.П.: Зависит от точки зрения.

О.О.: Нас точно пугает.

С.П.: Хорошо. Тёмные силы нас злобно гнетут. К счастью или к несчастью, у теоретиков есть очень много кандидатов в частицы тёмного вещества. И для каждого кандидата есть огромный диапазон параметров, которыми эта частица может обладать. Поэтому предсказать, как их искать, довольно трудно. Есть надежда и электромагнитная. Если частицы тёмной материи имеют античастицы или сами себе античастицы, то они при аннигиляции будут всё-таки порождать и электромагнитное излучение. Люди это ищут. Но это не прямой метод, он такой астрономический. А физики очень не любят астрономический метод. Им надо, чтобы это происходило прямо здесь.

И поэтому есть всякие лабораторные методы поиска. Выглядит это примерно так. Представим, что у нас есть ядра какого-то элемента. Они в такой кристаллической решётке стоят. И мы их изолировали от всего. Мы следим не за тремя ядрами, а за огромным количеством. Вот они стоят, мы их от всего изолировали, они немножечко дрожат, потому что имеют какую-то температуру или из-за квантовых флуктуаций. И вдруг одно из этих ядер как-то сместилось и встало обратно. То есть явно об него что-то ударилось. Но вы изолировались от всего. И тогда очень хороший вариант, что пролетела частица тёмной материи, ударила по ядру. И вы можете измерить параметры этой частицы.

О.О.: И так мы эту частицу тёмной материи обнаружили, потому что что-то воздействовало.

С.П.: Методы могут быть похожими. То есть что-то должно произойти. Например, это ядро не просто сдвинулось, а излучило что-то или во что-то превратилось, что-то с ним произошло.

О.О.: А кто так делает? Кто из научной группы этим занимается?

С.П.: Таких экспериментов много. И здесь ключевым моментом является, наверное, создание подземной лаборатории. То есть в мире есть несколько крупных подземных лабораторий. На мой взгляд, самая известная в Италии – Гран-Сассо. Задача – изолироваться от всех внешних излучений, в основном, от космических. Поэтому или вы можете зарыться в землю. То есть в Америке, например, в Канаде они очень любят шахты использовать для этого. И там есть большие залы, их можно расширять, ставить там оборудование. Можно пойти другим способом: у вас есть гора, и вы копаете в ней туннель. Иногда это само собой получается. Например, есть туннель под Монбланом, там как машины ездят. И у них есть ответвления, там стоит научное оборудование. Иногда это копается специально. В Гран-Сассо создавали специально, у нас на Северном Кавказе в Баксане есть крупная подземная лаборатория, в первую очередь у Института ядерных исследований. И там можно ставить разные эксперименты. Такие эксперименты не очень дорогие, если сравнивать с ЦЕРНом, с поиском гравитационных волн. И поэтому много групп работает. То есть в мире есть, я боюсь соврать, но, я думаю, сейчас десятки или около десятка экспериментов, связанных с поиском тёмного вещества.

Более того, послушав специально большой семинар, который нам Дима Горбунов устраивал, стало ясно…

О.О.: А Дима Горбунов – это сотрудник Института ядерных исследований как раз, где одна из групп работает на Баксане?

С.П.: Он очень сильный теоретик. И я понял, что если в ближайшее десятилетие они ничего не найдут, это теоретиков совершенно не удивит. У них есть и такое. Если до этого семинара я постоянно спорил с коллегами, что в течение года откроют частицы тёмного вещества и всё время проигрывал…

О.О.: А вы на что спорили?

С.П.: На вино.

О.О.: И каждый раз проигрывали?

С.П.: Каждый раз проигрывал.

О.О.: Есть ещё такие задачи, такие же важные фундаментальные, к которым наши исследователи, наши научные группы имеют такое отношение? Чтобы вы, например, видели сами или читали про учёных, которые занимаются десятилетиями такими задачами, решения которых все ждут?

С.П.: Если есть хорошая подземная лаборатория с инфраструктурой, там можно очень много всяких экспериментов проводить. И на Баксане очень много экспериментов проводится самых разных. Например, из совсем недавно появившегося – это эксперимент по поиску аксионов от Солнца, потому что такая действительно важная частица.

О.О.: А чем она важна?

С.П.: Она была придумана, для того чтобы объяснить некие проблемы в экспериментах с ядерным взаимодействием. Люди придумали механизм, как всё можно объяснить, но побочным продуктом, как с параллаксом и коперниканской системой, всегда есть какой-то побочный продукт, который и является предсказанием. А в науке очень важно, чтобы сбывались предсказания. Почему все так быстро полюбили ньютоновскую теорию гравитации? Потому что Галлей, пользуясь этими уравнениями, предсказал возвращение кометы. И она вернулась. А уж когда открыли Нептун, стало ясно, что теория имеет прямо потрясающую предсказательную силу.

Вот для остальных теорий это тоже важно. И для соответствующей модели, которая действительно очень хорошо справляется с проблемами. Таким предсказанием является аксион. Его ищут самыми разными способами, в ЦЕРНе ищут очень красивым способом. Мне вообще всегда нравится, как люди придумывают, как что-то утилизировать можно. Валяются лишние магниты от создания Большого адронного коллайдера… Один из таких больших магнитов направляют на Солнце. Есть красивый механизм: от солнца летит аксион, в этом магните он может превратиться в квант электромагнитного излучения, его можно зарегистрировать очень здорово. Можно по-другому искать. Ребята придумали, на Баксане реализован проект, они ищут летящие от Солнца аксионы, ставят уже интересные пределы. То есть люди, конечно же, непрерывно получают результаты. Они публикуются, они улучшают пределы. Они говорят, что аксион или ещё какая-то частица не может быть такой, а может быть только ещё более неуловимой. И когда у вас есть подземная лаборатория, там много чего можно сделать. Например, я с удивлением узнал, что в Баксане был поставлен рекордный предел на вещь, про которую я вообще никогда не знал, что это может быть – распад электрона. Электрон как-то вроде совсем такая стабильная частица. Но можно исследовать и стабильность совсем стабильных частиц.

О.О.: То есть Баксан – это такое страшное место, где распадаются даже стабильные частицы?

С.П.: Где это можно искать. Один мой знакомый как раз хотел сделать такой проект. Он говорит: есть же прямо в науке такие сакральные места, где что-то происходит. Мы теперь живём в таком мире, где сакральные места – это какие-то крупные научные лаборатории, ЦЕРН, ещё что-то, там всё это и будет замечено.

О.О.: Давайте раскроем тайну нашим зрителям, потому что то, что вы сейчас рассказывали, это ведь часть сценария научно-популярного фильма о тех научных группах, которые всю свою жизнь положили на решение самых важных фундаментальных задач и которые не знают, чем закончатся их поиски. Расскажите об этом фильме, о вашей задумке. Это совместный проект с Дмитрием Завильгельским, он режиссёр.

С.П.: Действительно, Дмитрий какое-то время назад заинтересовался научной тематикой. И, обсуждая с ним, что бы можно было интересное сделать, я сказал, что есть такие странные люди, которые, как мне кажется, делают выбор, который определяет их дальнейшую жизнь. И выбор может привести к тому, что жизнь у них будет очень странной. То есть они всю жизнь делать что-то сложное, нетривиальное, и с большой вероятностью этим всё и закончится. То есть никакого положительного результата они не получат. Диме показалось, что это интересная идея. И мы составили действительно большой список, встречались с разными людьми, смотрели, про что интереснее рассказывать, про что менее интересно. В итоге выбрали трёх героев, которые представляют три направления поисков. И это будет рассказ про поиски гравитационных волн, аксионов и монополей, и действительно идея поговорить с людьми, которые прямо в этом долго участвовали.

О.О.: Вы при личном общении с ними чувствовали, есть у них ощущение, что это достаточно трагическая судьба, когда ты всю жизнь кладёшь на то, что может и не дать никакого результата?

С.П.: В принципе нет, потому что занятие это всё равно интересное. Я для себя пытаюсь выяснить, о чём люди думают в этот момент. Так складывается жизнь. Так постепенно всё сложилось. И альтернативой было делать всё равно что-то менее интересное, что-то очень похожее, но что-то не связанное с научным поиском.

О.О.: А как коллеги относятся к таким людям, которые делают ставки на почти нерешаемые задачи?

С.П.: Тут всё-таки существенный вопрос, какую задачу люди выбирают. У меня тоже начало проясняться немножко. Есть действительно важные задачи, которые так или иначе обновляются. То есть если научное сообщество понимает, что оно само и сформулировало эти задачи, и люди за них берутся, то тогда это всё равно интересно. Даже вот эти нулевые результаты, но всё улучшающиеся верхние пределы – это очень здорово. Другое дело, это чаще скорее у теоретиков встречается, что у экспериментаторов. Люди выбирают действительно какую-то странную задачу: по какой-то внутренней причине им интересно ей заниматься. Они ей занимаются. Математик может всю жизнь доказывать какую-то теорему. Если он больше ничего не делает, то да, к нему могут относиться немножко странно.

В эксперименте, в наблюдениях, вот, у нас в астрономии так тоже может быть. Конечно, люди будут косо смотреть на человека, который ищет какое-нибудь странное явление, не занимаясь ничем другим.

О.О.: Если бы у вас лично был бы выбор, заниматься такой задачей, которая почти не решаема, или просто уйти из науки и заняться чем-то другим, вы бы что решили?

С.П.: Наверное, я бы всё-таки взял нерешаемую задачу. То есть мне бы это всё равно было интереснее, поскольку это как-то связано с наукой. Есть какие-то другие вещи. Можно заняться популяризацией науки, но всё равно остаться рядом.

О.О.: В итоге нашей беседы у меня есть блиц-вопросы, которые подразумевают лаконичные ответы.

Есть такой небезызвестный философ Дугин. И он говорит частенько о том, что развитие космонавтики, изучение космоса, астрофизика – это дело богомерзкое и вообще постыдное для людей. Что бы вы ему возразили?

С.П.: В такой ситуации я всё время думаю, что бы ему сказал доктор Хаус. Улыбаюсь и молчу, поскольку произнести это вслух нельзя.

О.О.: А какой совет вы бы дали студенту, который пришёл бы к вам с желанием заняться именно такой огромной, почти не решаемой задачей?

С.П.: Я бы всё-таки посоветовал ему подумать, как это можно совместить с чем-то другим. И посоветовал бы ему раз в несколько лет пересматривать эту мысль и быть готовым к тому, чтобы всё-таки сменить область.

О.О.: Кто самая трагичная фигура в истории астрономии и астрофизики?

С.П.: Мне кажется, что, например, Вебер, который начинал эксперименты по поиску гравволн, и, более того, считал, что он видел один из всплесков. И, тем не менее, все думают, что это не так. Для меня это выглядит трагично.

О.О.: Потому что в истории науки осталась история его ошибки?

С.П.: Скорее не ошибки. Осталась история длинных безуспешных попыток пробить стену. Хотя многим было ясно, что, наверное, нужно подождать и думать над другими технологиями скорее, чем пытаться заниматься с существующими.

О.О.: Спасибо большое. У нас в программе был доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института имени Штернберга Сергей Попов. 

Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник государственного астрономического института им. Штернберга Сергей Попов о физиках, которые пытаются найти ответы на сложнейшие вопросы, поставив на карту свою научную репутацию и жизнь.