Гонка за Нобелем

Брайан Китинг, 2018

Инсайдерская история о том, как ученые пытались открыть одну из главных тайн космологии и сбились с пути, обольщенные блеском Нобелевского золота. Каково это – быть очевидцем Большого взрыва? В 2014 году астрономы, вооруженные самым мощным в истории наземным радиотелескопом BICEP2, сочли, что увидели искру, воспламенившую Большой взрыв. Миллионы человек по всему миру смотрели прямую трансляцию пресс-конференции из Гарвардского университета, на которой было объявлено об этом эпохальном открытии. Но действительно ли космологи прочитали космический пролог или же, загипнотизированные мечтой о Нобелевской премии, были обмануты галактическим миражом? Брайан Китинг – космолог и разработчик эксперимента по исследованию реликтового излучения BICEP – рассказывает историю захватывающего открытия, сделанного в ходе программы BICEP2, и о последовавшей научной драме. Научный азарт и стремление разгадать тайну рождения Вселенной приводят автора в разные уголки земного шара – от Род-Айленда до Южного полюса, от Калифорнии до Чили, и в это путешествие, наполненное личными откровениями и глубокими прозрениями, он приглашает читателя. Китинг рисует яркую картину мира современной науки с его ожесточенной конкуренцией и нередкими разочарованиями. Он провокационно утверждает, что Нобелевская премия, вместо того чтобы способствовать научному прогрессу, иногда оказывается препятствием, поощряя в ученой среде конкуренцию и жадность, заставляя неоправданно торопиться с открытиями и тормозя смелые научные инновации. Вдумчиво переосмысливая намерения Альфреда Нобеля, Китинг предлагает практические решения по реформированию премии и свое ви́дение научного будущего, в котором космологи смогут наконец-то заглянуть в начало времен.

Глава 1

Космический пролог

Всякий, всматривающийся в одну из четырех вещей, лучше было ему не являться на свет: что наверху? что внизу? что прежде? что после?

ТАЛМУД, ТРАКТАТ ХАГИГА 11Б, 450 ГОД Н.Э.

Одни утверждают, что время началось вместе с рождением Вселенной в ходе события, которое принято называть Большим взрывом. Другие считают, что время — континуум без начала и конца. Третьи склоняются в пользу космологических теорий, предполагающих, что «взрыв» был не один, а бесконечное множество. К счастью для моих коллег-теоретиков, их заявки на гранты не рассматриваются талмудистами V в. Но даже у этих древних мудрецов находятся двойники среди современных космологов, в том числе Стивен Хокинг, назвавший вопрос о том, что предшествовало Большому взрыву, таким же бессмысленным, как и вопрос: «Что находится к северу от Северного полюса?»

Почему альтернативы Большого взрыва, такие как модели стационарной Вселенной, циклической Вселенной или Большого отскока, не находят поддержки среди самых блистательных умов космологии? Да, они не так широко известны, как теория Большого взрыва, в их честь не названы сериалы, но на протяжении всей истории они привлекали многих светил науки, от Аристотеля до Альберта Эйнштейна и современных космологов вроде Роджера Пенроуза. Модели без Большого взрыва входят в моду и выходят из моды чаще, чем широкие галстуки на Уолл-стрит. Некоторые, в том числе лауреат Нобелевской премии Стивен Вайнберг, считают, что эти альтернативы привлекают многих светских ученых, помимо прочего, тем, что позволяют «деликатно обойти проблему генезиса». Если не было Большого взрыва, не нужно искать и его «инициатора».

Самое интригующее, с какой легкостью эти альтернативные теории отвечают на вопрос о том, что предшествовало Большому взрыву: наш нынешний космос родился в результате большого схлопывания или сжатия — мучительной гибели предыдущей вселенной? Но все это только предположения. Лично меня всегда мучил другой вопрос: можно ли с помощью инструментов современной космологии, таких как компьютеры, телескопы, сверхчувствительные датчики и, разумеется, человеческие мозги (т. е. на основе реальных наблюдений и реальных данных), определить, существовало ли начало у самого времени?

Вернуться к «началу всех начал», если таковое вообще было, в свете сегодняшних космологических знаний — значит подтвердить или опровергнуть доминирующую теорию космогенеза, известную как инфляция. Предложенная в начале 1980-х годов инфляционная модель служила неким средством, которым космологи надеялись излечить смертельные, как казалось, раны, обнаруженные в теории Большого взрыва в ее первоначальном понимании. Что это за изъяны, я объясню ниже. Назвать теорию инфляции смелой было бы преуменьшением: она утверждает, что наша Вселенная началась со стремительного расширения (лат. inflatio — «вздутие»), происходившего с непостижимой скоростью — скоростью света или даже быстрее! К счастью, согласно гипотезе, такое расширение продолжалось лишь в первую крохотную долю секунды существования Вселенной. За этот микроскопический промежуток времени была сформирована матрица современного космоса. Все, что когда-либо существовало и будет существовать (по крайней мере, в космическом масштабе), — огромные скопления галактик и геометрия пространства между ними — было предопределено именно в этот момент.

Более 30 лет инфляционная модель оставалась удручающе бездоказательной. Некоторые говорили, что ее невозможно доказать. Но все сходились в одном: если космологи сумеют обнаружить уникальный сигнал в излучении ранней Вселенной^[13], известном как космический микроволновой фон (cosmic microwave background — CMB), то билет в Стокгольм обеспечен.

И вот в марте 2014 года представления человечества о космосе пошатнулись. Группа ученых, участником и одним из основателей которой был я, дала утвердительный ответ на вечный вопрос: у времени было начало.

17 марта 2014 года

Этой даты я ждал несколько долгих недель. Наша команда лихорадочно завершала обработку результатов своих исследований, чтобы обнародовать их. Мы в тысячный раз пересматривали данные и критически обсуждали мельчайшие аспекты того, что должно было стать одним из величайших научных открытий в истории человечества. В высококонкурентном мире современной космологии ставки вряд ли могли быть выше. Если мы были правы, наше открытие позволило бы приподнять завесу тайны над рождением Вселенной. А каждого из нас ожидали стремительный взлет карьеры и научное бессмертие. Проще говоря, подтверждение теории инфляции Вселенной гарантировало нобелевское золото.

Но что, если мы ошибались? Это было бы катастрофой не только для нас как ученых, но и для самой науки. Финансирование проекта было бы закрыто, профессиональные репутации безнадежно испорчены, и про постоянные академические должности, о которых мечтает любой университетский преподаватель, пришлось бы забыть. Едва блеснувшее золото Нобеля потускнело бы. И вместо славы нас ожидали крушение надежд, смятение и, возможно, даже позор.

Ставки были сделаны. 17 марта 2014 года руководители группы, уверенные в качестве наших результатов, провели в Гарварде специальную пресс-конференцию, где объявили, что в ходе экспериментов BICEP2^[14] были получены, пусть и косвенные, данные о первых родовых муках Вселенной.

BICEP2 — это небольшой телескоп, второй из серии, установленный в Антарктиде. К изобретению первого телескопа я приложил руку больше десяти лет назад, будучи скромным постдоком в Калтехе (Калифорнийском технологическом институте). Эта работа стала следствием моей давней одержимости идеей обнаружить видимые следы таинственного рождения Вселенной.

Конструкция BICEP была простой. Маленький рефракторный телескоп — зрительная труба наподобие Галилеевой, с двумя линзами, преломляющими входящий свет и направляющими его не к человеческому глазу, а на современные сверхчувствительные детекторы. Поскольку телескоп работает тем лучше, чем в более «стерильном» — свободном от разнообразных земных помех — месте он установлен, наш выбор пал на Южный полюс. Целью было обнаружить следы космической инфляции, отпечатавшиеся на послесвечении Большого взрыва — реликтовом излучении.

В течение нескольких лет BICEP2 искал закручивания и завихрения в поляризации космического микроволнового фона, которые, по мнению космологов, могли быть вызваны только гравитационными волнами, сжимающими и расширяющими пространство-время, по мере того как они прокатываются по зарождающейся Вселенной. Что могло породить эти волны? Инфляция, и только инфляция. Если бы BICEP2 зарегистрировал такую вихревую поляризацию, это доказало бы существование первичных гравитационных волн — и, следовательно, подтвердило бы гипотезу космической инфляции.

Наконец мы их увидели. И поняли: пути назад нет.

* * *

Пресс-конференция из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики привлекла внимание всего мира. Больше 10 млн человек смотрели ее прямую трансляцию в интернете. Пресса, от ведущих новостных изданий наподобие The New York Times и The Economist до провинциальных газет в индийской глубинке, пестрела громкими заголовками. Мои дети узнали об этом от учителей в школе. Мою мать засыпали вопросами ее партнеры по маджонгу.

Глядя прямой эфир, я читал комментарии с места событий. «Я присутствую на пресс-конференции в Гарвардском университете, — писал физик из MIT Макс Тегмарк, — где только что было объявлено об одном из важнейших, на мой взгляд, научных открытий в истории. Уже через несколько часов его будет обсуждать весь мир, и думаю, что уже в ближайшее время оно принесет по крайней мере одну Нобелевскую премию».

Наконец-то ученые увидели то, что хотел увидеть весь мир. Команда BICEP2 сумела прочитать космический пролог — единственную, по сути, историю, которая не начинается in medias res^[15].

Но в марте 2014 года я оказался не участником, а всего лишь одним из зрителей этого грандиозного шоу. Оставаясь официально членом команды BICEP2, я уже активно работал над другим проектом под названием POLARBEAR, целью которого было обнаружение тех же реликтовых инфляционных отпечатков. За пару лет до роковой пресс-конференции научный руководитель BICEP2 Джон Ковач поставил под сомнение мою приверженность проекту. Руководитель эксперимента в науке — эквивалент генерального директора, и наш гендиректор Ковач счел меня скорее конкурентом, чем соавтором. Я сделал ставку не на ту команду и проиграл. В мире ведется добрый десяток экспериментов по поиску вихревых мод (B-мод) поляризации в реликтовом излучении, и POLARBEAR был всего лишь одним из участников этой гонки.

Когда на сцену вышли четверо ведущих исследователей проекта BICEP2, стало ясно, что эпохальное открытие может войти в историю без меня. В лучшем случае мою фамилию укажут в скромной сноске. Учитывая темпы и масштабы развития современной науки, хорошо, если за всю научную карьеру ученому выпадает хотя бы один шанс претендовать на престижного Нобеля. И я знал, что этим шансом для меня был BICEP2. Шансом, который я упустил. Меня охватили смешанные чувства: радость и негодование, гордость и ревность, ощущение победы и поражения.

И все же меня одолевали сомнения. По всем меркам это казалось революционным открытием. Но так ли это было на самом деле? Выступая в 1974 году перед выпускниками Калтеха, легендарный физик Ричард Фейнман предостерег: «Главный принцип — не обманывать самого себя. А себя как раз легче всего обмануть». Космологи, как никто другой, осознают эту опасность и с невротической одержимостью, которой мог бы позавидовать сам Вуди Аллен, стараются избежать предвзятых выводов (confirmation bias) — склонности человека видеть то, что он хочет видеть, и игнорировать все, что противоречит ожидаемым результатам. От этой когнитивной ошибки не застрахован никто. Даже ученые, вопреки распространенному мнению, редко могут похвастаться абсолютной беспристрастностью. Ученые тоже люди, и ничто человеческое им не чуждо. Когда сталкиваются желания и данные, эмоции порой берут верх над очевидностью. Мы в команде BICEP2, разумеется, помнили о предостережении Фейнмана, но исключить все искажающие факторы было просто невозможно. Не могли ли мы просмотреть что-то важное?

Самым тревожным аспектом сигнала BICEP2 была его сила. Как выразился один из членов нашей группы, это все равно что в поисках иголки в стоге сена обнаружить лом. Во время нашего заявления мы опасались критики со стороны главного конкурента — команды из Европейского космического агентства, которая вела исследования в том же направлении с помощью космического телескопа Planck стоимостью в миллиард долларов. Еще до пресс-конференции BICEP2 команда Planck не стала рассматривать сигнал В-мод, в два раза более слабый, чем зарегистрированный нами. Космологи ожидали услышать шепот. Мы же услышали рев.

В ходе пресс-конференции серверы Гарварда с трудом справлялись с массовым наплывом зрителей со всего мира. Веб-трансляция постоянно подвисала и тормозила, но я сумел расслышать, как Джон Ковач сказал: «Я хотел бы подчеркнуть вклад других участников, которые сотрудничали с проектом BICEP2 на протяжении многих лет, в том числе группы Брайана Китинга из Калифорнийского университета в Сан-Диего…»

Что ж, по крайней мере он назвал меня первым. До этой минуты я сомневался, вспомнят ли они вообще о моем участии в проекте. Еще неделю назад логотип нашего университета UCSD (Калифорнийского университета в Сан-Диего) красовался в верхней части слайдов PowerPoint, рядом с логотипами четырех других институтов, отвечавших за реализацию проекта BICEP2. Теперь же ему было отведено скромное место в самом низу. Конечно, по степени вероломства этот поступок вряд ли мог сравниться с путинской аннексией Крыма (что произошло на следующий день после пресс-конференции), но как бы то ни было, наши имена шли последними.

Заслужил ли я такое поражение? В конце концов, я сделал ставку не на ту команду… Для уверенности перед пресс-конференцией я позвонил своему другу Марку Каменковски, астрофизику из Университета Джона Хопкинса. «В твоей жизни будет еще масса пресс-конференций», — успокоил он меня по телефону. «Надеюсь, не таких, как эта», — со вздохом отозвался я. 17 марта 2014 года Марк сидел рядом с четырьмя ведущими исследователями проекта BICEP2 в качестве независимого консультанта и комментировал для прессы это сложное научное открытие. Я был рад за него. Именно его работа не в последнюю очередь вдохновила меня в 2001 году на создание BICEP. Но больше я не входил в круг избранных. Уже несколько лет.

Пресс-конференция продолжалась еще час, экстатический восторг бил через край, и подвисающие гарвардские серверы лишь добавляли сюрреалистичности происходящему. Смотреть на будущих нобелевских лауреатов и не видеть себя среди них было настоящей мукой. Не в силах больше сносить эти страдания, я выключил компьютер и поехал в университет, чтобы в уединении своего кабинета предаться жалости к себе.

Внезапно зазвонил телефон. Это был Джим Саймонс, миллиардер, математик и меценат, финансирующий проект Simons Array в нашем университете. Система Simons Array занималась поиском тех же сигналов, которые теперь обнаружил BICEP2. Джим был коллегой моего отца и с годами стал моим наставником и другом. Он знал, что именно я изобрел BICEP, и был озадачен, не увидев меня на пресс-конференции. Что стряслось? И почему команде BICEP2 удалось опередить команду Simons Array? «Что происходит, Брайан?» — настойчиво спрашивал он со своим резким бостонским акцентом. И правда, что же тогда происходило?

Примечания

13

Или реликтовом излучении. — Прим. науч. ред.

14

BICEP (сокр. от англ. Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) — серия экспериментов по исследованию реликтового излучения, осуществляемых с помощью соответствующей аппаратуры. Аббревиатура используется для обозначения как программы, так и телескопов и участников экспериментов. — Прим. ред.

15

В середине/в разгар событий (лат.). — Прим. пер.