Гонка за Нобелем. История о космологии, амбициях и высшей научной награде

Наследники творения

Потребовались века, чтобы космическая пыль заслужила наше признание. Пыль создает планеты и целые галактики. Пыль — основа жизни. Но у пыли есть и темная сторона. Она заслоняет от нас свет далеких звезд, создавая иллюзию, будто космос сосредоточен вокруг нас. Этот творец миров и разрушитель эго астрономов (вместе с их нобелевскими мечтами) по-прежнему остается для нас непостижимым. Размер, форма, состав и происхождение космических пылинок остаются загадкой. Мы не понимаем механизм намагничивания пыли и мало что знаем о магнитном поле Млечного Пути, которое задает ориентацию пылевым частицам и таким образом вызывает поляризацию реликта.
Мы не можем жить без пыли — это ясно. Вопрос в том, смогут ли космологи ужиться с ней? Чтобы заглянуть в самые удаленные уголки Вселенной и в ее самое далекое прошлое, вплоть до Большого взрыва, космологам нужно пробиться сквозь всю эту космическую грязь.
В настоящее время специально для этой цели реализуется амбициозный проект под названием BFORE — The B-mode Foreground Experiment («Эксперимент по исследованию В-мод переднего плана»), возглавляемый бывшим аспирантом Эндрю Ланге Филом Маускопфом из Аризонского университета. Новаторский аэростатный телескоп предназначен для охоты за пылью, что успешно проделывали исследователи сверхновых, прежде чем совершили свое достойное Нобелевской премии открытие. Космологи, работающие над BFORE, надеются, что им удастся обнаружить под толщей пыли инфляционные поляризационные сигналы. Такие инновационные проекты невероятно важны для космологии, поскольку позволяют приподнять завесу тайны над самой неуловимой субстанцией во Вселенной.
«…и сделаю потомство твое, как песок земной…»
Бытие 13:16
Хотя то, что пришлось отказаться от заявлений с BICEP2, стало разочарованием, я могу честно сказать, что не испытывал депрессии после случившегося. Игра продолжалась. В опровержении нашего открытия имелся по крайней мере один положительный момент: человечество снова было готово выслушать всех участников пятого раунда Великих дебатов. Живем ли мы в единственном космосе, который переживает циклы рождения-смерти? Или мы живем в постоянно самовоспроизводящейся Мультивселенной, состоящей из бесчисленного множества карманных вселенных? Мир опять может слушать обе стороны Великих дебатов, которые возобновятся с новой волнующей силой.
Ставки в этих дебатах будут еще выше, чем прежде. Главный критик инфляции Пол Стейнхардт обратился к создателям инструментов для космологических исследований с призывом продолжать эти поиски, но с новой степенью ответственности. «Теперь космологи знают, что мир пристально следит за их усилиями, — написал он в Nature. — На этот раз они должны осуществить измерения в широком диапазоне частот, чтобы распознать эффекты переднего плана, а также провести все необходимые тесты, чтобы исключить другие источники путаницы. Любые результаты должны быть объявлены только после надлежащего процесса рецензирования. Если понадобится провести пресс-конференцию, надо надеяться, научное сообщество и СМИ потребуют, чтобы она сопровождалась полным комплектом документов, включая детали систематического анализа и пакет данных, достаточных для осуществления объективной проверки». Стейнхардт настоятельно советовал экспериментальным космологам, отправляясь в новую экспедицию по поиску самых древних следов в истории, придерживаться высочайших стандартов экспериментальной науки и профессиональной этики. К наставлениям Стейнхардта я добавляю еще одно: агностицизм в отношении Нобелевской премии.
Что есть поражение? Не что иное, как урок; не что иное, как первый шаг к чему-то лучшему.
Уэнделл Филлипс
Несмотря на то что первоначальные выводы эксперимента BICEP2 были дискредитированы, наша область экспериментальной космологии словно обрела второе дыхание. Около полудюжины экспериментальных групп по исследованию поляризации микроволнового фона с удвоенным рвением взялись за поиски первичных сигналов.
В декабре 2014 года, когда шумиха поутихла, Джим Саймонс позвонил мне второй раз за тот год. Теперь я был гораздо спокойнее, чем в марте. «Я разговаривал с людьми в Принстоне. Я знаю, что вы конкурируете с ними с проектом POLARBEAR, которым ты руководишь с Адрианом Ли», — начал Джим. (Речь шла о проекте Atacama Cosmology Telescope/ACT — «Космологический телескоп в Атакаме», который вели Лайман Пейдж, Сьюзан Стаггс и Дэвид Спергель из Принстонского университета и Марк Девлин из Пенсильванского университета.)
«Но я подумал, — продолжил Джим, — почему бы вам, парни, не объединить силы вместо того, чтобы конкурировать?»
Джим задал отличный вопрос: действительно, почему бы нам не работать вместе? Совместными силами можно добиться гораздо большего, чем по отдельности! Вообще-то Джим всегда задает правильные вопросы и вкладывает деньги в то, чтобы получить на них ответы. Как и фонд Альфреда Нобеля, фонд Саймонсов, созданный Джимом и Мэрилин Саймонс в 1994 году, награждает «фундаментальные или нацеленные на открытия научные исследования, предпринимаемые в поисках более глубокого понимания явлений нашего мира».
Прежде чем стать брокером на Уолл-стрит, Саймонс был профессором математики. И вот в конце 2014 года этот финансовый магнат предложил нам слияние. Речь шла не о консолидации корпораций, а об объединении усилий в исследованиях космоса ученых, которые прежде соперничали друг с другом. Никогда раньше команды такого масштаба не объединялись. Напротив, в сообществе исследователей реликтового излучения царила состязательность, не уступающая извечной конкуренции между Восточным и Западным побережьем и хип-хоп-баттлам 1990-х годов.
Альянс, предложенный Джимом, означал сдвиг парадигмы. Разумеется, неминуемы были родовые муки. Но если какая-либо организация и могла помочь этому процессу, так это фонд Саймонсов, который уже успешно катализировал сотрудничество между самыми разными научными дисциплинами — от геномики до квантовых вычислений.
Доводы Джима были убедительны: иметь две группы в Чили буквально в двух шагах друг от друга — расточительно. Многие виды работ дублировались; коллаборация позволила бы использовать ресурсы фонда гораздо эффективнее, чем способна каждая из двух групп по отдельности. Сотрудничество уже стало ключевым катализатором многих успешных проектов, поддерживаемых фондом Саймонсов. (Интуитивно Джим Саймонс обозначил одно из главных препятствий, мешающих Нобелевской премии способствовать прорывным открытиям, приносящим «наибольшую пользу человечеству»: исторический акцент на ученых-одиночках, ограничение числа лауреатов в год до трех.)
В конце 2014-го, после развязки истории с пылью в проекте BICEP2, Джим предлагал мне мыслить масштабно. Было очевидно, что я не могу все сделать один. Но у меня не было времени играть в теннис со всеми ведущими игроками! Вместо этого я пригласил Марка Девлина из Пенсильванского университета и Сьюзан Стаггс из Принстона. Внешне мое приглашение выглядело просто как встреча с выдающимися астрономами. Но как только они прибыли на факультет, я начал зондировать почву. Я расспросил их о том, как, по их мнению, должен выглядеть эксперимент следующего поколения по исследованию реликта. Сколько телескопов они бы использовали, какие частоты выбрали бы, какие детекторы предпочли?
После визита исследователей из команды ACT я взялся за своего основного партнера — Адриана Ли из Калифорнийского университета в Беркли. Адриан — всемирно известный создатель инструментов для космологических исследований и разработчик инновационных сверхпроводящих болометров, используемых в телескопах POLARBEAR и Simons Array. Мне нужно было заручиться поддержкой Адриана, чтобы двигаться дальше. И он меня поддержал.
13 820 000 000 + 50 лет
В июне 2015 года Принстонский университет организовал трехдневные торжества, посвященные 50-летнему юбилею открытия реликтового излучения Пензиасом и Уилсоном. В один из тех дней Джим Саймонс пригласил меня на ланч. Он хотел узнать, как обстоят дела с его предложением создать «супергруппу» по исследованию реликта. Пока Джим ел, я увлеченно рисовал на салфетках идеи, над которыми размышляли Ли, Делвин, Стаггс и я.
Чтобы осуществить эксперимент следующего поколения, нам требовалось построить обсерваторию с чувствительностью на порядок выше, чем у BICEP2. Хотя 512 поляризационных детекторов BICEP2 были чрезвычайно чувствительны, все они работали на одной частоте. Нам же нужно было вести измерения в широком диапазоне частот. Это требовало десятков тысяч детекторов. Низкие частоты были необходимы, чтобы исключить вклад синхротронного излучения Млечного Пути; высокие частоты — чтобы исключить вклад пыли. Эта новая суперобсерватория позволила бы нам взяться и за решение других увлекательных проблем космологии: измерить массу нейтрино; изучить, как образуются гигантские скопления из тысяч галактик; исследовать темную энергию.
Наконец я сообщил Джиму, что совместный проект должен стать прототипом для еще более амбициозного эксперимента по исследованию микроволнового фона, который пока находился в стадии разработки предложения. Предполагался эксперимент, который при удачном стечении обстоятельств сможет получить финансирование Министерства энергетики США и Национального научного фонда. Этот проект был своего рода мечтой. Он относился к так называемому Четвертому этапу экспериментов по исследованию реликтового фона, что, несомненно, должно было впечатлить государственные агентства. В общей сложности в эксперименте предполагалось использовать полмиллиона детекторов, установленных на нескольких телескопах в двух местах: в Чили и на Южном полюсе.
Я сказал Джиму, что перепрыгнуть сразу через три ступени — от количества детекторов, используемых в проекте BICEP2, до уровня Четвертого этапа — практически невозможно. Эксперимент, схему которого я нарисовал на салфетке, позволил бы преодолеть разрыв между двумя поколениями экспериментов и вернуть науке ее фантастические возможности. Но это недешево.
Джим добавил, что помимо наших мозгов и его денег управление таким масштабным проектом также требует на порядок более высокого уровня дисциплины и организации, чем обычно. Я согласился, сказав, что нам нужен профессиональный менеджер — должность, которая обычно не предусмотрена в научных проектах. «Как насчет твоего старшего сына?» — пошутил Джим. «У него большая нагрузка в детском саду», — ответил я, расплывшись в глупой самодовольной улыбке.
Возвращаясь с ланча, мы не один час бродили по территории кампуса Принстонского университета вокруг здания увитой плющом библиотеки, рассуждая о науке и предаваясь воспоминаниям. От потенциальных конкурентов меня отделяло несколько шагов. Все это выглядело немного абсурдно. Здесь, совсем близко от того места, где Дикке и его команда работали над радиометрами для измерения микроволнового фона и узнали о том, что Пензиас и Уилсон «обскакали» их в нобелевском открытии, я излагал свои идеи, которые в один прекрасный день могли привести к настоящим научным прорывам, даже если они были тщательно подготовлены, а не произошли случайно.
В конце того дня Джим задал мне еще один вопрос: «Через сколько лет это будет написано в учебниках, если ты окажешься прав?» Я сказал, что, по моим прикидкам, лет через 10–20. «Давай попробуем уложиться в десять!» — предложил он.
* * *
Остаток года руководители команд из Simons Array и ACT тесно взаимодействовали друг с другом, прорабатывая детали того, что должно было стать новой главой в экспериментальной космологии. Как всегда, первым важным вопросом было название. Последовав примеру Галилея, который считал лесть патронам вполне достойным научным методом, мы назвали наш проект Simons Observatory — Обсерваторией Саймонса — и заверили своих покровителей в том, что революционные астрономические открытия не заставят себя ждать.
Далее последовала скрупулезная работа над техническими деталями, чтобы представить проект фонду Саймонсов: дизайн, бюджет, график. Предполагалось наличие множества телескопов: несколько больших, таких как телескоп ACT, диаметром 5 м, и несколько поменьше, наподобие BICEP, диаметром около 30 см. Мы хотели сохранить ту же локацию в пустыне Атакама — это одно из лучших мест для астрономических наблюдений на планете. Измерения требовали широкого спектра частотных каналов, чтобы вычислить влияние пыли и исключить его.
Мы разработали комплект учредительных документов, где была детально прописана законодательная структура проекта вкупе с эффективной внутренней и внешней системой сдержек и противовесов. Внешнему Консультативному комитету, состоящему из группы авторитетных ученых, надлежало давать нам беспристрастные советы. Их техническая поддержка была крайне важна. Более того, их независимый контроль, как мы надеялись, позволит нам избежать некоторых болезненных ошибок эксперимента BICEP2.
Учредительные документы Simons Observatory включали в себя устав, список руководителей и правила совместной работы. Я стал директором Simons Observatory, отвечающим за контроль над ресурсами фонда. Текущее руководство должен был осуществлять «представитель» проекта, и, согласно уставу, он менялся каждые два года. Первым таким представителем стал Марк Девлин из Пенсильванского университета. Его должен был сменить Адриан Ли из Беркли, а того — Сьюзан Стаггс из Принстона. Быть представителем крупного научного проекта ничуть не проще, чем генеральным директором крупной корпорации; но я не сомневался в талантах Девлина, Ли и Стаггса и был уверен, что при желании каждый из них мог бы управлять компанией из списка Fortune 500.
Слияние двух экспериментов означало соединение усилий около 200 человек — почти в четыре раза больше, чем количество людей, работавших над BICEP2. Мы представили наше предложение в фонд Саймонсов в конце 2015 года, и уже в начале 2016 года, после моего выступления в Обществе стипендиатов фонда Саймонсов на Манхэттене, Энди Миллис, заместитель директора Фонда по физическим наукам, сообщил нам отличную новость: «Мы приняли решение финансировать Обсерваторию Саймонсов!» Это была первая важная победа. Следующим шагом нашего предприятия стал выпуск пресс-релиза.
Параллели между пресс-релизом Simons Observatory и освещением пресс-конференции BICEP2 щекотали мне нервы. По всему миру СМИ носились с новостью, как это было с BICEP2. И не без причины: ставки были как никогда высоки. На этот раз я был в центре внимания. Но больше всего меня волновала перспектива работать с лучшими и самыми яркими представителями молодежи и старшего поколения, многие из которых прежде привыкли соперничать. Теперь мы сумели преодолеть довлевший над нами дух состязательности и объединить силы ради достижения общей цели: узнать, как все начиналось и, возможно, как все будет дальше.

 

Показать оглавление

Комментариев: 0

Оставить комментарий