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

Веет ветер свободы

Жизнь в Пало-Альто в 1999 году для постдока с мизерной зарплатой в 35 000 долларов, из которой вычитали кредит за обучение, прямо сказать, была несладкой. Мое настроение менялось обратно пропорционально индексу NASDAQ. Бум на фондовом рынке в конце 1990-х поднял цены на жилье до небес.
Единственная квартира, которую я мог себе позволить, находилась в нескольких световых годах от университетского кампуса, на главной ветке Калтрейна, соединяющей Кремниевую долину с деловым центром. Как раз напротив моих окон находилась «точка Х», где машинисты были обязаны давать 150-децибельный гудок, предупреждая потенциальных самоубийц о неотвратимом роке. Первый гудок раздавался в пять утра. Говорят, что именно наблюдение за движением поездов вдоль платформы вдохновило молодого Эйнштейна разработать новые концепции света, энергии и материи. К счастью, Эйнштейн не жил рядом с линией Калтрейн, иначе он никогда не придумал бы свое знаменитое E = mc2.
Хорошо, если мне удавалось поспать пять часов. Я был вымотан и подавлен. Конечно же, мой руководитель Сара обратила на это внимание. Иногда я засыпал прямо в лаборатории, и мне снился телескоп нового типа, способный заглянуть в самое далекое прошлое, вплоть до Большого взрыва и рождения нашей Вселенной. С Сарой своими идеями я не делился. У нее были собственные заботы — свои телескопы и испытательный срок перед постоянным контрактом. Я же после десяти лет университетской учебы жаждал самостоятельности: хотел работать над собственными идеями, решать собственные задачи, вести собственные астрономические исследования. Я хотел свободы.
Первые месяцы в Стэнфорде я был всецело поглощен недавно опубликованной работой под названием «Руководство по изучению поляризации» (Polarization Pursuers’ Guide), написанной космологами Эндрю Джаффе, Марком Каменковски и Лимином Вангом. Как и «Полевой справочник звезд и планет» Пасачоффа 16 лет назад, это руководство стало моим священным писанием. Оно поразило меня: впервые я услышал о том, что существует возможность экспериментальным путем исследовать первые мгновения космической истории, этот таинственный этап рождения Вселенной, называемый инфляцией (обещаю, что в 7-й главе я расскажу о ней во всех подробностях).
Более того, эти три космолога утверждали, что увидеть, действительно ли инфляция имела место, можно с помощью небольшого телескопа. С таким же маленьким телескопом, как тот, что я разработал для своей докторской диссертации. Я знал, что у небольших телескопов имеется масса преимуществ: они гораздо проще, дешевле и подчас даже эффективнее своих гигантских собратьев. Теперь же я узнал, что с помощью небольшого телескопа, улавливающего микроволны, а не излучение оптического диапазона, которое мы называем светом, как это делал телескоп Галилея, можно изучать инфляционный этап ничуть не хуже, чем с помощью огромного дорогостоящего телескопа. Это звучало слишком хорошо, чтобы быть правдой.
Однажды вечером, когда я сидел в лаборатории и, как обычно, мечтал о собственном телескопе, в дверь вошла Сара Чёрч. Она сказала мне, что недовольна ни моей работой, ни моим поведением, ни моей трудовой дисциплиной. Поэтому она меня увольняет. Моя карьера завершилась, едва успев начаться. У меня в голове проскользнула дурацкая мысль, что и в этом мы с Галилеем похожи: у обоих плохие отношения с Церковью. Я не мог спорить с Сарой. Она была права. Те полгода, что я провел в Стэнфорде, мечтая о собственных проектах, мне следовало потратить на работу над ее проектами.
Было стыдно и горько. Я переехал на Запад, чтобы стать светилом науки, предметом гордости своего отца, а вместо этого мне придется впервые за 20 лет жить под его крышей, спать на его диване и выслушивать упреки мачехи в том, что им приходится кормить безработного. Казалось, что легче предстать перед судом Святой инквизиции…
Когда Сара ушла, мой взгляд упал на лабораторный журнал. На его обложке была секвойя — эмблема Стэнфордского университета, а под ней девиз: Die Luft der Freiheit weht — «Веет ветер свободы». Да уж, меня как ветром сдуло, подумал я, но, с другой стороны, теперь я свободен! Я не связан никакими обязательствами (коль скоро мне не обязаны теперь платить).
До увольнения мне приходилось участвовать в чужих экспериментах. Теперь я мог сосредоточиться на собственных идеях. Но мне нужна была поддержка. Легко убедить себя в собственной незаурядности. Труднее склонить к этой мысли других. К счастью, наука была на моей стороне: не только я, но и некоторые именитые космологи считали, что исследовать начальный этап рождения космоса возможно экспериментальным путем. А для этого мне требовались три вещи: крутая команда, захватывающий проект и подходящее место для наблюдений.
Сара обеспечила мне щедрое выходное пособие. Некоторое время она продолжала денежные выплаты и познакомила меня со своим бывшим научным руководителем Эндрю Ланге, космологом-экспериментатором из Калтеха. Спустя несколько недель после моего увольнения, в июне 2000 года, Сара позвонила мне и сказала, что Ланге будет выступать в Стэнфорде. Я был уверен, что это станет репетицией благодарственной речи будущего нобелевского лауреата.
Почему я так думал? В апреле 2000 года эксперимент BOOMERanG, осуществленный командой Ланге, привел к потрясающему открытию. Телескоп, поднятый к верхней границе стратосферы с помощью гелиевого воздушного шара, зарегистрировал специфический паттерн в реликтовом излучении, который позволил определить возраст, состав и структуру Вселенной более точно, чем когда-либо прежде. На мой взгляд, этот эксперимент, возглавляемый талантливым и харизматичным научным руководителем, верной дорогой вел к Нобелевке. Можно сказать, что он позволил решить геометрическую задачу в буквальном смысле вселенского масштаба — измерить кривизну пространства Вселенной.
Зал Стэнфордского университета, где выступал Ланге, был забит до отказа. Прежде я никогда не встречал такого ученого — наполовину Стив Джобс, наполовину Тони Роббинс. Спокойный и уверенный в себе, он буквально загипнотизировал аудиторию, когда принялся рассуждать о будущих направлениях развития космологии. Свое выступление Ланге начал с захватывающего рассказа о том, как работали сверхчувствительные болометры (от греческого «измерители излучения»). Болометры — это приборы, измеряющие электромагнитное излучение, сначала превращая его в тепло, а потом, определяя рост температуры, преобразуя тепло в электрические сигналы. Паутинные болометры телескопа BOOMERanG (рис. 1) поглощали космическое микроволновое фоновое излучение с помощью мелкоячеистой сетки. Микроволны, как и световые волны, являются разновидностью электромагнитного излучения, только микроволны в несколько тысяч раз длиннее волн видимого света.
Идея конструкции болометров, описанных Ланге, была подсказана самой природой — величайшим изобретателем во Вселенной. Паук сводит к минимуму затраты биологической энергии, плетя паутину, которая способна ловить ровно столько мух, сколько ему необходимо для выживания. Он не плетет сплошное полотно, которое ловило бы всех насекомых подряд, — это требовало бы слишком больших биологических затрат. Но не плетет и слишком редкую паутину, сквозь которую свободно пролетали бы мухи. По словам Ланге, частота плетения паутины на их болометрах была идеально выверена для того, чтобы улавливать микроволны, порожденные Большим взрывом, средняя длина которых составляет около 2 мм. Ланге был гениальным рассказчиком. Аудитория слушала его затаив дыхание.
Благодаря собранным с помощью BOOMERanG данным космологи выяснили, что наша Вселенная — плоская. Это означает, что если нарисовать треугольник между тремя звездами, тремя галактиками или любыми другими внеземными объектами, то, независимо от размеров треугольника, сумма его внутренних углов всегда будет равна 180° — как у тех треугольников, которые древнегреческий математик Евклид рисовал на папирусе несколько тысячелетий назад. Это открытие было таким же революционным для современной науки, как доказательство Эратосфена, что Земля не плоская, в 200 году до н. э. В свою очередь, это открытие подтверждало теорию инфляции, согласно которой Вселенная должна быть плоской, поскольку первичное гиперрасширение пространства должно было полностью сгладить любую кривизну, какой бы значительной она ни была вначале. (Как именно инфляция разгладила громадную кривизну пространства-времени, я подробно расскажу в главе 7.)

 

 

Когда Ланге и его группа опубликовали свои поразительные результаты, космолог Майкл Тернер из Чикагского университета назвал это «днем, который изменил космологию». Хотя за шесть месяцев до этого группа, возглавляемая физиком из Принстонского университета Лайманом Пейджем, опубликовала данные, указывающие на те же выводы, многие ученые сочли результаты эксперимента BOOMERanG более убедительными, заявив, что они подтверждают теорию инфляции. Однако Ланге сказал, что результаты их эксперимента на самом деле не доказывают факта инфляции. В лучшем случае они могут рассматриваться как косвенное свидетельство. Тот тип измерений, который проводил BOOMERanG, в принципе не позволял подтвердить инфляционную модель с достаточной степенью достоверности.
После выступления Ланге согласился уделить мне несколько минут. Я так много слышал о нем, что казалось, будто хорошо с ним знаком. Ему было 42 года, в Калтех он пришел в 1993 году после стремительного взлета карьеры от новоиспеченного постдока в 1987 году до профессора Калифорнийского университета в Беркли. Калтех сделал все, чтобы переманить Ланге к себе, считая, что он продолжит свой взлет. BOOMERanG доказал, что они были правы. По слухам, Ланге был самым популярным профессором в Калтехе, и лекция, которую я только что услышал, полностью это подтверждала.
Ростом чуть выше 180 см, в оксфордской рубашке с двумя расстегнутыми пуговицами вместо общепринятой одной, Ланге напоминал мне рекламного агента 1950-х годов. Из-за его пристального, пронизывающего взгляда казалось, будто он всецело сосредоточен на мне, отчего слова застревали у меня в горле. Ланге поразил меня, когда сказал, что читал мою диссертацию и счел ее «сильной». Разумеется, я принял комплимент без всяких возражений. Потом он поинтересовался моими планами после Стэнфорда, словно не было никакого постыдного увольнения. «Почему бы вам не приехать в Пасадену? Мы бы могли кое-что обсудить», — сказал Ланге.
Через месяц я прибыл в Пасадену и остановился в захудалом мотеле в миле от фешенебельного кампуса Калтеха. Я нервно репетировал свою речь, понимая, что это мой единственный шанс произвести впечатление на величайшего шоумена в космологии. И вот решающий день настал: выступая перед Ланге и его группой, я описал им свой телескоп мечты, которым был одержим весь последний год. Это был инновационный телескоп, основанный на принципах, изложенных в «Руководстве по изучению поляризации», и способный заглянуть намного дальше в прошлое, чем BOOMERanG. Мимоходом я заметил, что, согласно «Руководству», небольшой телескоп может быть не менее эффективен, чем гораздо больший по размеру и, следовательно, более дорогой. Это было в духе того же рационально-минималистского подхода, который лежал в основе паутинных болометров телескопа BOOMERanG. Ланге был впечатлен и после моей презентации спросил, не хочу ли я присоединиться к его команде. Я сказал: «Да!», прежде чем он успел закончить предложение.
Два месяца спустя я начал работать над проектом, который впоследствии привел к созданию телескопа BICEP. Я знал, что у меня есть все шансы на успех, и решил добиться его во что бы то ни стало. Помимо меня в лаборатории Ланге работали еще шесть постдоков. С его энтузиазмом, славой и блестящим умом, а также с нашей фанатичной приверженностью космологии группа была силой, с которой приходилось считаться.
Ланге часто устраивал у себя дома вечеринки и явно наслаждался ролью старшего товарища. Вскоре мы с ним стали близкими друзьями. Частенько он делал наставления, которые называл «отеческими советами»: делился житейской мудростью в самых разных областях, от тонкостей научной карьеры до темы отцовства. Последнее, хотя и не было актуальным для меня на тот момент, производило глубокое впечатление. Ланге буквально боготворил своих трех сыновей. Его кабинет был музеем их детского творчества. Все полки были заставлены их школьными «научными проектами», среди которых ютились его собственные награды и детали настоящих ракет, которые он запускал в космос.
По понедельникам Ланге с восторгом рассказывал мне, чем они с сыновьями занимались в выходные: ночевали в палатке в горах, запустили модель ракеты в пустыне Мохаве и т. п. Было ясно, что сыновья для него всё, и это стало для меня воодушевляющим откровением: оказывается, можно быть одним из самых гениальных ученых в мире и при этом — хорошим отцом! Думаю, Ланге вряд ли догадывался, насколько я ценю общение с ним: я скрывал от него историю отношений со своим отцом.
И вот четыре года спустя, под руководством Эндрю, я оказался у самого основания планеты и на самой вершине научного мира. Мы построили телескоп BICEP, получили финансирование и были готовы начать эксперимент, о котором я мечтал много лет, — эксперимент, с помощью которого мы могли увидеть начало космоса и времени. Но потом, почти сразу же после того как я прибыл на Южный полюс, время остановилось.
Декабрь 2005 года
«Сколько ему осталось?» — спросил я у брата. «Не знаю, — ответил он, — но тебе лучше вернуться как можно скорее». В этот момент коммуникационный спутник исчез за ледяным горизонтом и связь прервалась. Я был испуган и одинок.
Глядя на массивный сине-белый BICEP, я вспомнил свой маленький телескоп из детства. Только теперь мне пришло в голову, что, как и BICEP, тот был преломляющим телескопом, который использовал линзы для сбора и фокусировки света от удаленных объектов, и в этом смысле ничем не отличался от зрительной трубы, через которую Галилей разглядывал небо над Падуей несколько столетий назад. Всего за несколько дней до этого BICEP увидел «первый свет» (так называют первое официальное использование телескопа для астрономических наблюдений) — знаменательное событие для любого телескопа и его создателей. Приключение только начиналось. Но для меня оно закончилось.
Я вспомнил, как много всего изменилось с тех пор, как я купил свой первый телескоп. Тогда я не подозревал, как сложится моя жизнь. Я просто понял, что моей путеводной звездой будет наука, а не религия. В то время мы не общались с отцом. Сегодня же я не знаю, сколько минут общения нам с ним осталось.
Почитай отца твоего и мать твою, чтобы продлились дни твои на земле…
Исход 20:12
Хотя отец был атеистом, но любил эту пятую заповедь. Он часто цитировал ее, когда просил меня принести ему что-нибудь из холодильника. Отец поднимал палец в небо и шутливо грозил мне Божьей карой, если я его ослушаюсь. «Помни пятую заповедь, сын мой!» — грозно восклицал он, а я изображал притворный испуг.
Я начал изучать свои иудейские корни всего за несколько лет до экспедиции на Южный полюс. Чтобы разорвать негативный отеческий цикл, запущенный моим дедом и отцом, я принялся искать образцы для подражания — другие примеры отцов — всюду, где мог их найти. Я даже обратился к давно умершим людям, таким как библейские патриархи. Отец неохотно мирился с моим новообретенным интересом к вере, в которой я родился, скептически замечая: «Я не верю в Бога, но я верю в дьявола, потому что он заставил тебя поверить в Бога».
В подростковом возрасте, когда отношение Церкви к Галилею серьезно пошатнуло мою веру, я бы, возможно, с ним согласился. Но теперь, имея за плечами кое-какой жизненный опыт и мудрость, хотелось более методично изучить вопросы веры. Как ученый я считал, что каждое фактологическое утверждение может быть проверено с использованием инструментов экспериментальной науки. Почему изучение религии должно отличаться от исследования клеток или космоса? Священное Писание должно быть доступно для эмпирической проверки или по крайней мере для опровержения.
Для этого мне требовалось разработать эксперимент (оставалось только надеяться, что это не окажется пустой затеей!). Я начал думать о том, как можно проверить библейские утверждения с точки зрения науки. Разумеется, я был не первым, кто решил это сделать. Мне было известно о теологическом аргументе, известном как пари Паскаля.
Еще в XVII веке французский философ Блез Паскаль придумал свой знаменитый способ оценить два противоположных убеждения: Бог есть/Бога нет. Для каждой из двух возможностей Паскаль описал по два сценария и провел анализ издержек и преимуществ для каждого из четырех вариантов. Например, наказание для безбожника, если Бог есть, — вечные муки, что, пожалуй, хуже даже, чем последипломная учеба. Но Паскаль думал о минимизации страданий; ученого не интересовала фундаментальная истинность или ложность этих противоположных гипотез. Кроме того, его аргумент предполагал, что в случае существования Бога награда за покорность ожидает человека лишь после смерти. Но как протестировать эти две гипотезы здесь и сейчас?
И вот я решил взять конкретные библейские постулаты и постараться их опровергнуть. Если мне удастся это сделать, я покажу несостоятельность и самого Священного Писания. Но какую Божественную гипотезу взять? Тщательно изучив текст Библии, я понял, что только одна из десяти заповедей, а именно пятая заповедь, обещает непосредственное вознаграждение еще при земной жизни. Почему никто прежде не обратил на это внимания?
Поразительно, что книга, столь почитаемая (и оскорбляемая) за свои проклятия и моральные предписания, сама предлагает способ протестировать ее утверждения. Награда за соблюдение пятой заповеди — продление земной жизни — особенно привлекала меня как физика. Это было равносильно эйнштейновскому эффекту замедления времени, только применительно к реальной жизни. Но если замедление времени по Эйнштейну требовало ускорения, близкого к скорости света, то пятая заповедь давала мне возможность испытать мою неокрепшую веру: почитая своего отца, заботясь о нем, утешая до последних дней, можно экспериментально протестировать Библию. И я был уверен, что разоблачу обман.
Я позвонил Эндрю Ланге и рассказал ему о болезни отца. Он знал, как много значит для меня BICEP, но считал, что семья важнее любой науки. «Брайан, тебе нужно бросить все и поехать к отцу», — сказал он.
Я знал, что он прав. Но все-таки не мог избавиться от чувства горечи. Эта поездка на Южный полюс должна была стать самым большим приключением в моей жизни, путешествием к началу времен и — если бы наши поиски оказались успешными — дорогой к Нобелевской премии. Отец был уверен в успехе моего грандиозного предприятия.
Во всем этом была горькая ирония. Годами я вынашивал идею приподнять завесу тайны над происхождением Вселенной, тогда как моя собственная версия оставалось в целом загадкой. И вот в тот самый момент, когда мое «дитя» BICEP достигло зрелости, я был вынужден покинуть его ради человека, который бросил меня еще в детстве. В глубине души я знал, что в моей жизни еще будет много телескопов, а отец есть отец, несмотря на все его недостатки.
Итак, в декабре 2005 года мне пришлось прервать свою экспедицию на Южный полюс и вернуться на север. Впрочем, из того места, где я находился, все пути лежали на север. Нужно было просто следовать по невидимому меридиану, соединяющему меня с отцом, который сейчас умирал где-то там, за ледяным горизонтом.
Показать оглавление

Комментариев: 0

Оставить комментарий