Почему космос называют «ускорителем для бедных», какая связь между астрономическими открытиями и навигатором и почему важно уметь ставить перед собой задачи, которые до этого никто не решал? На фестивале Science Bar Hopping об этом рассказал астрофизик Сергей Попов. «Бумага» публикует основные тезисы из его выступления о пользе астрономии.
Сергей Попов
астрофизик и популяризатор науки, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга, профессор РАН
— Зачем нужна фундаментальная наука вообще? Поскольку из всех фундаментальных наук я достаточно хорошо знаю только одну — астрофизику, мы будем рассматривать этот вопрос на ее примере. Хотя я убежден, что большая часть того, о чем я буду говорить, применима ко всем наукам.
Шесть причин изучать астрономию
Непредсказуемое применение в будущем
— Конечно, никто не представлял, что ньютоновские наблюдения за падающим яблоком и рассуждения о том, что Луна движется примерно так же, хотя на нас и не падает, будут использованы в конечном счете в космической технике. Именно такие непредсказуемые изменения часто встречаются и являются основой для типичной аргументации, зачем нужно заниматься фундаментальной наукой: когда-нибудь это пригодится.
Новые открытия в фундаментальных науках редко сразу входят в дом. Но и так бывает. Например, в конце 1960-х — начале 1970-х годов началась эра рентгеновской астрономии. Тогда появились средства доставки спутника в космос. Далеко не астрономические спутники были самыми первыми [в космосе], но наконец и астрономов спросили: «Можете ли вы что-то интересное запустить?» А что астрономам интересно запустить? Интересно запустить детектор, который на Земле не работает вообще.
Решили, что можно отправить в космос рентгеновский детектор — это совсем другой взгляд на мир. Однако для начала нужно было придумать эти детекторы. И, соответственно, была создана компания American Science and Engineering Inc., которая по заказу, оплачиваемому из госбюджета США, придумала астрономические рентгеновские детекторы. А потом та же фирма ту же технологию использовала для первого рентгеновского досмотра багажа в аэропорту.
И еще один пример. Как мы ориентируемся? Смартфон связывается со спутником, спутники каким-то таинственным способом знают, где находятся они и где находитесь вы. Но в конечном счете, как устроена эта система? За какие гвоздики, вбитые в небо, она цепляется?
Гвоздики — это квазары. Прелесть в том, что квазар сам по себе очень маленький, размером примерно с орбиту Земли, и находится где-то в миллиардах световых лет от нас. Это означает, что с точки зрения нас, землян, он неподвижен — гвоздик, вбитый в небесную сферу.
То есть нужно заниматься странной и бесполезной астрономией непонятно зачем, чтобы в итоге были открыты квазары, а затем на них была построена вся высокоточная система навигации.
Возможность наблюдать процессы, которые нельзя воспроизвести в земной лаборатории
— Яков Борисович Зельдович (советский физик и астрофизик, один из создателей советского ядерного и термоядерного оружия — прим. «Бумаги») не зря говорил: «Вселенная — это ускоритель для бедных». Во Вселенной происходят удивительные процессы, которые в земных лабораториях мы не можем повторить. Например, взрыв сверхновой или рождение черной дыры.
Астрономия — важная наука для развития всей физики, потому что она может изучать явления в экстремальных условиях. Один из самых экстремальных примеров — частицы высоких энергий.
На Земле есть Большой адронный коллайдер, в котором мы ускоряем частицы до каких-то энергий. А из космоса к нам каждый день прилетают частицы с энергией в сотни миллионов раз больше. И мы их ловим. Конечно, такие частицы прилетают не в очень большом количестве, и поэтому нужно строить большие установки, чтобы их отслеживать. Самая крупная обсерватория для этих целей находится в Аргентине.
Вы можете меня спросить: «Откуда берутся такие частицы?» Мы не знаем. Среди космических частиц, есть, например, нейтрино. Нейтрино научились ловить от Солнца. Но хочется изучать нейтрино высоких энергий, и для этого строятся совершенно фантастические установки. Например, есть нейтринные детекторы, которые используют большие объемы воды для такого наблюдения. Один из лучших проектов в естественных водоемах сейчас реализуется на Байкале (Байкальский нейтринный телескоп — нейтринная обсерватория, находящаяся на дне озера Байкал — прим. «Бумаги»).
Есть совершенно потрясающая установка IceCube в Антарктиде (нейтринная обсерватория на антарктической станции «Амундсен — Скотт» — прим. «Бумаги»). Она действительно позволяет ловить нейтрино высоких энергий, и мы совершенно не понимаем, откуда они берутся. Когда узнаем, ответ наверняка не перевернет наше представление о том, как устроена Вселенная, но ведь далеко не каждое важное открытие на это способно.
Разработка технологий
— На эту тему была большая статья в «Коммерсанте». В ней шла речь про технологии, которые разрабатывает NASA. К примеру, LED-дисплей, который у вас у всех в карманах — это технология NASA, разработанная для космических исследований. Теперь мы всем этим пользуемся.
То есть решение научных задач — потрясающий драйвер технологий, потому что нам всё время нужно лучше. Почему нам нужен новый телескоп? (Речь о телескопе «Джеймс Уэбб», который запустили в космос 25 декабря 2021 года — прим. «Бумаги») Потому что всё, что можно было открыть со старым, мы уже открыли.
Коммуникация с обществом
— Показывать обществу необходимость каждой отдельной науки — сложная задача. Поэтому нужен какой-то другой подход. А он заключается в том, что общество должно быть в контакте с наукой. В настоящее время астрономия, в частности, выполняет роль пресс-службы науки. Потому что, с одной стороны, астрономия очень красивая, а с другой — это современная серьезная наука, которая сейчас переживает расцвет и поэтому может здорово коммуницировать с обществом.
Подготовка кадров
— Нам нужны профессора физики. Если вы возьмете просто людей, которые наизусть заучили десять томов Ландау и Лифшица (цикл учебных пособий по теоретической физике — прим. «Бумаги»), хорошего преподавателя физики не получится. А значит, на выходе не будет хороших инженеров.
Для того чтобы быть профессором физики, нужно заниматься физикой. Не зря во многих странах наука развивается именно в университетах. Там работают люди, которые здесь и сейчас делают науку. Они не просто могут прочитать и пересказать книгу — такие люди называется популяризаторами. Но невозможно из популяризаторов создать штат профессоров для хорошего университета, где готовят инженеров или врачей, например.
Мы чему в основном учим студентов в научной среде? Даем им задачи, которые до этого никто не решал. И мы не знаем на них ответ. В этом смысле творится наука, и само осмысление этого очень существенно.
То есть необходимо научиться ставить и решать такие задачи, которые никто никогда не решал, и чтобы при этом они были актуальны и важны. Этот навык как раз и формируется в голове у части студентов. И это совсем не soft skill. Это очень важный навык, который поможет где угодно. Для этого и стоит заниматься наукой и поддерживать ее. Она формирует у людей специфический тип мышления, а разнообразие типов мышления очень важно.
Раннее привлечение в науку
— Проблема в том, что наука стала большой и сложной. Начинать заниматься ей поздно, я бы сказал, теперь вообще нельзя. Что такое поздно? Сейчас поздновато — это лет 20 или немногим больше.
Я с некоторым удивлением читаю биографии известных ученых XIX — начала XX века. Особенно где-нибудь в Англии. Вот он до 19 лет изучал английскую поэзию, а потом ему стала интересна математика, и он стал великим математиком. Сейчас это становится сложнее и сложнее.
Кроме того, наук разных много. Можно ошибиться. Нужно много всего попробовать и перебрать, прежде чем выбрать. Астрономия решает здесь важную проблему. Она позволяет очень рано, еще в средних классах школы, соприкоснуться с миром серьезной науки физико-математического направления. Сначала просто разглядывая, что нарисовано на красивой картинке, а потом пытаясь узнать, что же она на самом деле означает. Человек сталкивается с необходимостью разбираться в формулах, и они для него приобретают реальный смысл.
