10
Ложная тревога

Мы с Шаулом Ханани встречаемся в Antarctica Hilton.

Нет, это не роскошный отель с фойе, баром и паркингом для снегоходов. Под роскошным названием скрывается по сути сарайчик, в котором можно провести какое-то время, не замерзнув насмерть. Одна дверь, пара окон, две деревянные скамьи – вот и все. Вокруг расстилается безбрежная равнина льда и уплотненного ветром снега. Отопления нет.

С утра я побывал на полигоне для запуска шаров-зондов длительного действия (LDBF) Национального научного фонда недалеко от станции «Мак-Мёрдо» – научно-исследовательской базы США на берегу ледового континента. В огромном ангаре на гигантских лыжах – официально он называется сборочным цехом полезной нагрузки – готовился к пятой и последней миссии телескоп с большой апертурой субмиллиметрового диапазона с базированием на воздушном шаре (Balloon-borne Large-Aperture Submillimeter Telescope, BLAST). Куратором проекта является Марк Девлин из Пенсильванского университета. Как явствует из названия, телескоп изучает Вселенную в радиоволнах длиной в доли миллиметра. С земной поверхности это делать невозможно (микроволновое излучение поглощается молекулами воды в атмосфере), поэтому Девлин и члены его команды на срок до двух недель поднимают инструмент в стратосферу на гигантском воздушном шаре, заполненном гелием.

Во втором зале Ханани следил за ходом собственного эксперимента с использованием воздушных шаров – EBEX («эксперимент Е и В»). В конце дня руководитель лагеря Скотт Баттайон отвез нас обратно в усиленном грузовике-пикапе, но не на базу Мак-Мёрдо – это отняло бы у него слишком много времени, а до перекрестка с ледовой дорогой к «Полю Пегасов», главному аэродрому станции. В Antarctica Hilton мы ждали прибытия Ivan the Terra Bus – автобуса-монстра на гигантских колесах, курсирующего между аэропортом и базой «Мак-Мёрдо».

Шаул Ханани – физик из университета Миннесоты. Почти часовое совместное ожидание в «Хилтоне» дает мне прекрасную возможность узнать все о EBEX. Однако Ханани все сильнее нервничает. Что, если шаттл не придет? Мы совершенно одни во льдах без средств связи.

Цель EBEX – измерение поляризации реликтового излучения. Сегодняшние предполетные тесты оказались многообещающими, рассказывает Ханани. Запуск ожидается недели через две. За время миссии EBEX может сделать революционное открытие. Ханани с коллегами надеются найти скрытые в картинах распределениях поляризаций излучения Большого взрыва отпечатки первичных гравитационных волн, относящихся к моменту рождения Вселенной.

Ivan the Terra Bus наконец появляется красной точкой на белоснежном горизонте. Водитель – все зовут его Шаттл Боб – задержался, застряв в снежном наносе. Через полчаса мы снова на станции, внешним видом и обстановкой напоминающей военную базу.

Я провел неделю на «Мак-Мёрдо» в декабре 2012 г. в качестве одного из трех лекторов сезона Антарктической журналистской программы Национального научного фонда. Это был потрясающий опыт. Я встречался с геологами, исследователями пингвинов, климатологами, охотниками на метеориты (в том числе астронавтом НАСА Стэном Лавом), гляциологами, астрофизиками и многими другими специалистами. Побывал в хижине, которую построил английский исследователь Роберт Фолкон Скотт в 1911 г., прежде чем выдвинуться со своей группой в роковую экспедицию к Южному полюсу. Поднялся на 230-метровый Обзорный холм, где установлен мемориальный крест в память пропавших без вести полярников. Посетил местную церковь и поговорил с Майклом Смитом, священником «Мак-Мёрдо». Послушал, как подвыпивший астробиолог (не будем называть имен) фальшиво поет под караоке в баре «У Галлахера». Наша маленькая группа слетала на вертолете на мыс Пингвинов и мыс Эванса, посетила полигон проекта ледового бурения Wissard и присоединилась к пешей вылазке через ледяные торосы, которые прекрасно смотрятся на фотографиях. Разумеется, я добрался и до полигона для запуска шаров-зондов длительного действия.

Самым памятным событием той недели стала однодневная поездка 10 декабря на станцию «Амундсен – Скотт» на Южном полюсе. Если «Мак-Мёрдо» находится на побережье Антарктического континента вблизи шельфового ледника Росса, то «Амундсен – Скотт» – на географическом Южном полюсе, в самой южной точке земного шара. Мы три часа летели на военном винтовом самолете Lockheed LC-130, оборудованном лыжами. Для полюса денек выдался славный – слабый ветер и всего –37 °С. Тем не менее даже в экипировке для экстремальных холодов я не надеялся пройти около километра от жилой зоны станции до «Темного сектора», где проводится большая часть астрономических экспериментов, поэтому мы взяли гусеничный снегоход.

Одно из самых впечатляющих сооружений в «Темном секторе» – лаборатория IceCube. Еще более впечатляющим является сам научный эксперимент, который идет в ней незримо для глаз. IceCube – крупнейшая в мире нейтринная обсерватория, но увидеть ее невозможно. Она состоит из более чем 5000 сверхчувствительных детекторов света, вмороженных в кубический километр подповерхностного антарктического льда. В здании лаборатории находятся только мощные компьютерные системы. Фотодетекторы IceCube регистрируют чрезвычайно редкие вспышки света в темной прозрачной массе льда, вызванные прохождением нейтрино из космоса. (Я упоминал о нейтрино в главе 5. Это неуловимые субатомные частицы, во множестве возникшие во время Большого взрыва. Они играют важную роль во взрывах сверхновых.)

Недалеко от лаборатории IceCube находится не менее потрясающая обсерватория им. Мартина А. Померанца, названная в честь родоначальника антарктической астрономии, умершего в 2008 г. В одном конце вытянутого двухэтажного здания помещается 10-метровая тарелка «Южного полярного телескопа», в другом – конусообразный кожух, внутри которого находится инструмент BICEP2 – «Картина поляризации фонового внегалактического излучения» (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization, BICEP). Оба эксперимента посвящены реликтовому излучению – слабым космическим радиоволнам, возникшим через 380 000 лет после Большого взрыва. Кожух защищает чувствительный телескоп от паразитарного излучения, вызванного деятельностью человека.

BICEP2 с 26-сантиметровыми линзами меньше иных любительских телескопов, но его фокальная плоскость охлаждена до температуры лишь на четверть градуса выше абсолютного нуля и состоит из 512 невероятно чувствительных сверхпроводящих сенсоров, способных зарегистрировать каждый фотон реликтового излучения. Как и эксперимент EBEX Шаула Ханани, BICEP2 исследует поляризацию реликтового излучения. (По крайней мере исследовал в декабре 2012 г. Затем он был заменен еще более мощным инструментом.)

Реликтовое излучение случайно открыли в 1964 г. американские радиоинженеры Арно Пензиас и Роберт Уилсон. Это самый старый «свет» во Вселенной. Астрономы не могут заглянуть в прошлое дальше эпохи реликтового излучения, поскольку первые 380 000 лет существования Вселенная была слишком горячей, плотной и непрозрачной, чтобы электромагнитные волны могли свободно распространяться в пространстве. Это предел, ближе которого мы не можем подобраться к Большому взрыву.

Как я рассказывал в главе 9, первоначальная ослепительная вспышка высокоэнергетического излучения к настоящему времени поблекла и остыла до почти не воспринимаемого свиста в миллиметровом диапазоне, соответствующего температуре всего на 2,7 градуса выше абсолютного нуля. Чтобы понять происхождение Вселенной, нужно тщательно изучать «холодное эхо», как бы это ни было сложно.

Сложно не только потому, что реликтовое излучение очень слабо, но и из-за поглощения приходящего из космоса микроволнового излучения молекулами воды в атмосфере Земли. (Насыщенная водой пища быстро нагревается в микроволновке именно потому, что молекулы воды практически полностью поглощают энергию микроволнового излучения.) Поэтому до сих пор самым подходящим местом для наблюдения фонового космического излучения является космос. Лучшие карты реликтового излучения с полным покрытием неба составлены тремя последовательными космическими миссиями.

Первой – и, возможно, самой новаторской – стала COBE (Cosmic Background Explorer). Эта миссия выросла из ранней работы Рэя Вайсса в MIT. Запущенный в ноябре 1989 г., спутник COBE впервые обнаружил малые различия температуры реликтового излучения на уровне десятитысячной доли градуса. Крохотные «горячие» и «холодные» точки соответствуют областям чуть более высокой и чуть более низкой плотности в очень молодой Вселенной, из которых впоследствии образовались зародыши будущих галактик и их скоплений. Не будь этих первичных флуктуаций плотности, современная Вселенная была бы темным однообразным океаном водорода и гелия плотностью порядка одного атомного ядра на кубический метр. Не было бы галактик, тем более звезд, планет или людей. Мы обязаны своим существованием этим слабым возмущениям. Главные исследователи проекта COBE Джон Мэтер и Джордж Смут получили Нобелевскую премию по физике за 2006 г. за эти революционные открытия.

Намного более подробные карты реликтового излучения впоследствии составили спутник НАСА WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe – «Зонд для изучения анизотропии реликтового излучения им. Уилкинсона»), запущенный в июне 2001 г., и миссия ЕКА Planck, названная в честь прославленного немецкого физика Макса Планка. Спутник Planck стартовал в мае 2009 г. и поставлял данные до октября 2013 г. Обе миссии принесли очень много информации о ранней Вселенной. В определенном смысле они превратили космологию в точную науку.

Реликтовое излучение можно наблюдать и на Земле – не на уровне моря, конечно, в силу абсорбирующего эффекта земной атмосферы, но из любой достаточно высокой и сухой точки. Установите микроволновой телескоп так, чтобы бóльшая часть атмосферного водяного пара осталась внизу, и приступайте.

Южный полюс – одно из таких уникальных мест. Полярная станция «Амундсен – Скотт» находится на высоте 2835 м над уровнем моря. Более того, холодное небо Антарктиды отличается крайней сухостью (Антарктида классифицируется как пустыня), и водяного пара там мало. В 1999 г. ученые Чикагского университета решили построить здесь DASI (Degree Angular Scale Interferometer – «Интерферометр с градусным угловым разрешением») – впечатляющий инструмент с 13 независимыми детекторами на общей платформе. BICEP1 – маленький предшественник BICEP2 – начал работать в 2006 г. Сооружение 10-метрового «Южного полярного телескопа» было завершено в начале 2007 г.

Другим превосходным местом для наблюдений является Ллано де Чайнантор на севере Чили. На этом высокогорном, более 5000 м над уровнем моря, плато, окруженном вулканами, разместилось 66 тарелок ALMA (Атакамской большой антенной решетки миллиметрового/субмиллиметрового диапазона). От путешествия сюда в буквальном смысле захватывает дух. В ноябре 2004 г., когда я в третий раз побывал в Чайнанторе, работы на ALMA еще не начались – даже дорога к месту размещения обсерватории только строилась, но аналогичный DASI инструмент для наблюдения космического фонового излучения уже действовал. Три года спустя строительство 6,5-метрового телескопа Atacama Cosmology было почти завешено. Как BICEP2, инструмент окружен огромным конусом для защиты от паразитарных излучений, но если вы подниметесь на соседнюю вершину Сьерро-Токо высотой 5600 м, как сделал я в 2013 г., то перед вами откроется великолепный вид на телескоп.

Многие космические и наземные инструменты следят за реликтовым излучением – послесвечением творения или, как его иногда называют, фото Вселенной в младенчестве, – но все последние эксперименты сосредоточены на его поляризации. Это один из святых Граалей космологии – регистрация неуловимых В-мод поляризации реликтового излучения, вызванной первичными гравитационными волнами периода инфляционного состояния очень молодой Вселенной. В этой фразе много профессиональных терминов, но я разъясню их один за другим.

Начнем с поляризации. Свет – это электромагнитно-волновой феномен, как установил Джеймс Кларк Максвелл в конце XIX в. В норме возмущенные электрические и магнитные поля колеблются с одинаковой силой во всех направлениях – горизонтальном, вертикальном, диагональном и всех промежуточных. Но отраженная световая волна становится поляризованной – колебания сильнее выражены в одном направлении, чем во всех остальных.

В поляризованных светозащитных очках остроумно используется этот эффект. Когда солнечный свет отражается от плоской поверхности, например стены, снега или дороги, то приобретает некоторую степень горизонтальной поляризации: колебания отраженных волн становятся заметно сильнее в горизонтальном направлении, чем в вертикальном. Поляризованные солнечные очки блокируют преимущественно колебания по горизонтали, и отраженные волны становятся намного менее яркими. Эффект хорошо заметен, если повернуть очки на 90°, глядя сквозь них одним глазом.

Фотографы хорошо знакомы с поляризацией. Солнечный свет отражается от молекул воздуха и частиц пыли, становясь несколько поляризованным. Если установить перед объективом камеры поворотный поляризующий фильтр, можно сделать небо значительно темнее, что придает изображению особую выразительность.

Конечно, вместо того чтобы фильтровать поляризованный свет, можно изучать его поляризацию для поиска причины этого эффекта. Например, физики, изучающие загрязнение атмосферы, могут измерить силу и направление поляризации солнечного света разных длин волн. Эти данные рассказывают о величине, структуре и составе частиц загрязнителей.

Реликтовое излучение путешествовало по Вселенной 13,8 млрд лет. Поскольку межгалактическое пространство представляет собой практически полный вакуум, реликтовое излучение не должно было сильно поляризоваться. Тем не менее эффект, хотя и крайне слабый, присутствует. Оказывается, реликтовое излучение поляризовано примерно на 1/300 000 долю процента. Это значит, что в любой точке неба реликтовое излучение имеет чрезвычайно слабую тенденцию к колебаниям в определенном направлении.

Столь слабую поляризацию трудно измерить. Представьте, что вы случайным образом рассыпали по полу 60 млн зернышек риса и пытаетесь обнаружить едва выраженное преобладание их ориентации: 29 999 999 зерен ориентированы в пределах 45° по оси восток – запад, а 30 000 001 – по оси север – юг. Примерно такая же чувствительность нужна при измерении поляризации реликтового излучения. Это было впервые сделано DASI в 2002 г.

Откуда взялась эта слабая поляризация? Не вследствие отражения фонового излучения от звезд и планет или его рассеяния межзвездной пылью. Слабая степень поляризации появилась у реликтового излучения в самом начале его путешествия к нам, порядка 13,8 млрд лет назад. Это «отпечаток» неравномерного распределения материи в очень молодой Вселенной. Я уже упоминал о крохотных флуктуациях плотности первичного газа – «зародышах» нынешней крупномасштабной структуры Вселенной. Они привели не только к малым вариациям температуры реликтового излучения («горячие» и «холодные» точки, впервые наблюдаемые COBE), но и к очень слабой степени поляризации в направлениях, различающихся в разных частях неба.

Это все, что нам с вами нужно знать о поляризации реликтового излучения. Перейдем к инфляции, первичным гравитационным волнам и В-моде.

Инфляцией называется то, что происходило со Вселенной в самую первую мельчайшую долю секунды ее существования. Точнее, космологи полагают, что именно так и было. Это не подтвержденная концепция и даже не зрелая теория, а скорее общепринятое обозначение группы гипотетических сценариев, один из которых может быть истинным. Или, как сказали бы большинство космологов, один из них должен быть истинным. Дело в том, что инфляция – единственное доступное нам решение ряда неустранимых проблем первоначальной теории Большого взрыва.

Не стану вдаваться в подробности, главное – это очень краткий период экспоненциального расширения. Прежде чем Вселенной исполнилось 10^–32 секунды (или 0,00000000000000000000000000000001 с), пространство раздулось в два раза примерно 200 раз подряд. В результате расстояния между любыми двумя точками пространства стали примерно в 10⁶⁰ раз больше начальных значений. По окончании невероятно краткой эпохи инфляции началось более знакомое «линейное» расширение Вселенной, идущее гораздо более спокойными темпами. В определенной мере инфляцию можно сравнить с самыми первыми стадиями роста оплодотворенной человеческой яйцеклетки. Сначала количество клеток растет в следующей последовательности: 1, 2, 4, 8, 16 и т. д. К счастью, вскоре экспоненциальный рост прекращается, темпы роста значительно замедляются (иначе вы бы сейчас были больше наблюдаемой Вселенной).

Квантовая механика дает надежное основание верить во «взрыв Большого взрыва», как прозвали инфляцию Вселенной. Более того (опять-таки без углубления в детали), это единственный мыслимый способ объяснить, почему наблюдаемая Вселенная выглядит такой однородной, а пространственно-временной континуум, судя по всему, не имеет глобальной, повсеместной кривизны. Эту идею предложил в 1980 г. Алан Гут, физик-теоретик, в то время работавший в Принстоне. С тех пор ее расширили и изменили, в особенности советско-американский физик Андрей Линде из Стэнфордского университета. Инфляцию Вселенной трудно себе представить и еще труднее принять на веру, но большинство космологов привыкли к этой модели.

Различные инфляционные сценарии отличаются только деталями: что именно вызвало раздувание Вселенной, когда оно началась, насколько быстрым было экспоненциальное расширение, сколько времени длилось, как закончилось и т. д. Проблема, разумеется, в том, что мы не можем заглянуть в прошлое в эту ничтожную 10^–32 долю секунды после рождения Вселенной и увидеть, что в действительности произошло. Реликтовое излучение – самый старый свет из раннего этапа существования Вселенной, который мы имеем возможность изучать, и он был излучен через 380 000 лет после ее возникновения. Как же космологи надеются доказать реальность инфляции, тем более выбрать одну из ее версий?

В этом нам помогут гравитационные волны. Инфляция раздула все в пространстве. Субатомные квантовые флуктуации в новорожденной Вселенной расширились в вариации плотности, оставившие свой отпечаток на реликтовом излучении. Квантовые флуктуации гравитационного поля также должны были раздуться, но не в другие флуктуации плотности, а в первичные волны Эйнштейна, вызвавшие возмущения в самой ткани пространственно-временного континуума. Во всяком случае, в теории. Амплитуда первичных волн зависит от конкретных характеристик инфляции.

Если мы сможем зарегистрировать первичные гравитационные волны, то получим надежное свидетельство того, что инфляция Вселенной имела место. Возможно, мы даже сумеем опровергнуть хотя бы несколько инфляционных сценариев. К сожалению, инфляционные волны никогда не удастся зарегистрировать напрямую. После 13,8 млрд лет расширения пространства они приобрели длины в сотни миллионов световых лет, и у нас нет возможности их измерить. Но они оставили отметину на реликтовом излучении. Получив небольшую поляризацию из-за флуктуаций плотности в молодой Вселенной, оно также приобрело слабую поляризацию в ходе взаимодействия с первичными гравитационными волнами.

Измерение поляризации космического фонового излучения, вызванной инфляционными волнами Эйнштейна, рассказало бы нам, что происходило в самую первую долю секунды после рождения Вселенной. Это уникальный шанс заглянуть за предел 380 000 лет, в самое начало пространства, времени, материи и энергии. Есть лишь одна проблема: поляризация, связанная с первичными гравитационными волнами, в тысячу раз слабее поляризации вследствие флуктуаций плотности, также ничтожной. Как разделить эти два эффекта?

Здесь мы подходим к разговору о В-моде. Представьте, что американский кондитер дал вам много тысяч одинаковых маленьких пирожных, украшенных взбитыми сливками. Вы подозреваете, что среди них может быть несколько европейских пирожных. Но на обоих континентах используется один и тот же рецепт, и пирожные выглядят одинаковыми. Тут вы узнаете (дальнейшее – исключительно моя выдумка), что европейские пекари, выдавливая сливки из кондитерского мешка, всегда поворачивают его по кругу, а американские держат мешок неподвижно. Поэтому американские украшения совершенно симметричны, а европейские слегка закручиваются спиралью в одну или в другую сторону. Теперь их легко различить, хотя сами пирожные одинаковы во всех прочих отношениях.

Нечто подобное свойственно двум типам поляризации. Если вы построите карту, где показана сила и направление поляризации в каждой точке неба, то увидите определенные паттерны. У поляризации, вызванной флуктуациями плотности, эти паттерны симметричны – не имеют определенной «направленности». Они называются Е-модами. У гораздо более слабой поляризации, вызванной первичными гравитационными волнами, наблюдающиеся паттерны имеют слабую дополнительную закрученность вправо либо влево. Это так называемые В-моды. (Использование этих букв восходит к Максвеллу, который обозначал буквой Е электрические поля, а буквой В – магнитные.)

Имеется еще одно затруднение: слабые В-моды могут также формироваться, когда поляризованное реликтовое излучение проходит вблизи массивного скопления галактик. Эффект гравитационного линзирования скопления, сравнимый с релятивистским отклонением луча света Солнцем, придает симметричным в отсутствие этого воздействия Е-модам завихренность, не имеющую ничего общего с инфляцией Вселенной или первичными гравитационными волнами. К счастью, В-моды, образованные гравитационным линзированием, являются мелкомасштабными, с угловыми размерами менее 1°. Они были впервые обнаружены «Южным полярным телескопом» в 2013 г. Таким образом, если вы хотите подтвердить инфляцию и найти свидетельство существования волн Эйнштейна с момента рождения Вселенной, ищите в небе значительно более крупные В-моды с угловыми размерами по крайней мере 1°.

Теперь вы знаете, почему эксперимент Шаула Ханани с воздушными шарами назвали ЕВЕХ. Его целью было различить Е- и В-моды в поляризации реликтового излучения. Открытие крупномасштабных В-мод предполагало бы существование первичных гравитационных волн, таким образом подтверждая теорию космической инфляции. Относительная «сила» В-мод дала бы некоторую информацию о конкретной причине и времени инфляции.

Миссия ЕВЕХ с базированием на воздушном шаре стартовала 29 декабря 2012 г. и длилась около двух недель. Было собрано много интересных данных, но обнаружить В-моды не удалось. Однако во время моего пребывания в Антарктиде телескоп BICEP2, спрятанный в конический воротник, активно собирал результаты измерения поляризации в большой полосе неба Южного полушария. С каждым месяцем данных скапливалось все больше, и паттерны поляризации реликтового излучения становились все более очевидными. В течение 2013 г. командой BICEP2 постепенно овладевала эйфория – сначала осторожная, постепенно все более обоснованная. Казалось, они наконец нашли неуловимые крупномасштабные паттерны поляризационных В-мод – долгожданное доказательство инфляции и, что более важно для нашего с вами разговора, первый четкий отпечаток гравитационных волн, восходящий к первой доле секунды космической истории.

В среду 12 марта 2014 г. Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (CfA) в Кембридже (штат Массачусетс) распространил краткое сообщение: в понедельник, 17 марта, в полдень пройдет пресс-конференция, где будет «сообщено о важном открытии», – и больше ничего. Тесная аудитория Филипса в CfA могла вместить ограниченное количество репортеров, но руководители по связям с общественностью Дэвид Агилар и Кристин Пуллиам организовали прямую видеотрансляцию. По данным их IT-команды, серверы Гарварда легко могли поддержать тысячу одновременных просмотров, так что, казалось, все пройдет прекрасно.

Агилар и Пуллиам не учли, что слухи об объявлении, начавшие распространяться в СМИ («Большой взрыв! Инфляция! Гравитационные волны!»), вызвали ажиотаж, и из-за огромного количества запросов сайт рухнул, едва началась пресс-конференция. Возможность удаленного просмотра, хотя и не сразу, удалось восстановить, но пропускная способность канала оставалась недостаточной.

Джон Ковач из CfA, главный исследователь проекта BICEP2, вспоминает, что никогда ничего подобного не испытывал. Полагаю, никогда прежде он не был и главным участником столь важной пресс-конференции. Иначе начал бы сразу с сути сообщения, вместо того чтобы читать мини-лекцию по истории наблюдений реликтового излучения. Позади него высвечивался титульный слайд с туманной фразой «Регистрация поляризационной В-моды в градусных шкалах при помощи BICEP2». Понять, что это значит, могли только зрители интернет-трансляции, прекрасно разбирающиеся в космологии.

Остальные трое руководителей проекта лишь ухудшили дело. Чао-Линь Куо из Стэнфордского университета попытался растолковать, что такое инфляция и как она могла породить первичные гравитационные волны и паттерны В-моды в поляризации реликтового излучения. «Объяснить эту теорию довольно сложно», – сказал он (с чем я полностью согласен). Джейми Бок из Калифорнийского технологического института и Лаборатории реактивных двигателей НАСА (ЛРД) в Пасадене выдал столь же заумный монолог о методе регистрации. Клем Прайк, один из коллег Шаула Ханани в Университете Миннесоты, рассказал об анализе данных. В общем, все это не производило впечатления, что мир стоит на пороге революции в космологии.

Затем атмосфера изменилась. Агилар и Пуллиам пригласили физика-теоретика Марка Камионковски из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, прокомментировать представленные результаты. Камионковски был единственным человеком за столом, не надевшим черную футболку с надписью BICEP2, чтобы подчеркнуть свою неангажированность. Первое предложение его подготовленного заявления на следующий день оказалось во многих газетах.

«Не каждый день, – сказал он, – проснувшись, мы узнаем нечто совершенно новое о том, что произошло в одну триллионную триллионной от триллионной доли секунды после Большого взрыва». Камионковски назвал открытие BICEP2 «настоящей крутизной» и «утраченным звеном космологии» и продолжил: «Это не просто удача, это сокрушительная победа. Это неопровержимое доказательство инфляции… и первая регистрация гравитационных волн… Если результаты подтвердятся, значит, инфляция отбила нам телеграмму, закодированную в гравитационных волнах и записанную на микроволновое фоновое излучение».

Все оживились. Алан Гут и Андрей Линде – два главных родоначальника теории инфляции – присутствовали в аудитории и с энтузиазмом поделились потрясающим фактом: почти любой инфляционный сценарий предполагает существование параллельных вселенных. Линде сказал репортерам: «Свидетельства в пользу инфляции заставят нас серьезно отнестись к теории множественности вселенных».

«Колебания пространства выдают убойное свидетельство в пользу Большого взрыва» – появилось в тот же день на сайте The New York Times. Заголовок National Geographic гласил: «Открытие Большого взрыва открывает двери в “Мультивселенную”». В новостях ВВС приводились слова Гута, что эксперимент заслуживает Нобелевской премии. В английском еженедельнике New Scientist теоретик из Гарварда Ави Лоеб назвал результаты «самым важным прорывом в космологии за последние 15 лет». Кристин Пуллиам собрала около 3500 вырезок с новостью о заявлении ученых. Сайт BICEP2, где были выложены научные публикации команды, набрал свыше 5 млн просмотров за два дня.

Короткое видео на YouTube, в котором Чао-Линь Куо сообщает новости своему наставнику из Стэнфорда Андрею Линде (записанное задолго до пресс-конференции), разошлось по всей сети. Видно, что Линде и его жена Рената Каллош (также физик-теоретик) взволнованы сообщением Куо. Когда они открывают дверь своего дома, Куо говорит всего лишь: «Итак, у меня для вас сюрприз. Пять сигма, это 0,2» – имея в виду неожиданно сильный сигнал с высоким уровнем статистической значимости. Каллош обнимает его; вскоре откупоривается бутылка шампанского.

Однако у шумихи и эйфории есть крупный недостаток. Многочисленные осторожные оговорки, сопровождавшие сообщение команды BICEP2, зачастую оставлялись без внимания, особенно неспециалистами. Это, безусловно, не была вина ученых. Все исследователи, присутствовавшие на собрании, и все эксперты, давшие интервью журналистам, единодушно подчеркивали: «Если это правда», «если результаты подтвердятся», «если это будет подтверждено другими экспериментами», «требуется дальнейшее тщательное изучение». Но многие пропускали предупреждения мимо ушей и слышали только «Большой взрыв», «прорыв», «множественные вселенные» и «Нобелевская премия».

И конечно, «гравитационные волны». Камионковски со всей определенностью заявил, что это было бы важное достижение, совершенное всего за год до столетнего юбилея ОТО Альберта Эйнштейна. Это не прямая регистрация волн, но косвенные свидетельства их существования были бы почти столь же убедительны, что и в случае знаменитого пульсара Халса – Тейлора и других двойных систем нейтронных звезд. В 1970-х гг. ученые вывели существование гравитационных волн, как вывели бы существование вора из факта исчезновения вещей и открытой двери дома. Теперь же были обнаружены, образно говоря, следы взломщика на клумбе.

Если все подтвердится.

Сразу после пресс-конференции другие физики-теоретики высказали свои сомнения. Сигнал В-моды, о котором сообщали экспериментаторы, был намного сильнее, чем все ожидали. Выводы не вполне согласовывались с предварительными результатами других экспериментов. Могла ли команда BICEP2 быть уверена, что ее наблюдения имеют лишь одно возможное объяснение?

Это были обоснованные сомнения, о чем Джон Ковач и его коллеги прекрасно знали. BICEP2 изучал область неба, значительно удаленную от плоскости Млечного Пути, чтобы свести к минимуму риск загрязнения сигнала активным излучением. Дело в том, что частицы пыли в Млечном Пути также излучают в микроволновом диапазоне, и в присутствии магнитных полей эти волны могут проявлять слабую поляризацию с В-модой и всем прочим. Если бы измерения проводились на нескольких различных длинах волны, было бы проще устранить эту потенциальную проблему. К сожалению, детекторы BICEP2 были восприимчивы лишь к волнам определенной длины – 2 мм с соответствующей частотой 150 ГГц.

Стремясь убедиться, что они не заблуждаются, члены команды воспользовались самой качественной доступной информацией о распределении пыли в Млечном Пути. Кроме того, они хотели сравнить свои результаты со свежими данными чувствительного спутника Planck EKA, который изучал космическую пыль. Ковач предложил команде Planck провести совместный анализ двух баз данных, но получил вежливое предложение подождать, пока та опубликует собственные наблюдения, – то есть, вероятно, еще год или два.

Между тем телескоп BICEP2 демонтировали в 2013 г. Эксперимент был завершен, анализ данных почти закончен. Отложить обнародование результатов на два года, рискуя быть обойденными другими? Или рассказать коллегам, что удалось обнаружить?

Ответ стал очевиден в апреле 2013 г. на конференции в Европейском центре космических исследований и технологий в Нордвейке (Нидерланды). Конференция называлась «Вселенная, какой ее увидел Planck» и представляла собой углубленный разбор первых научных результатов миссии. На второй день конференции команда проекта Planck показала предварительные карты распределения галактической пыли и ее поляризованного излучения.

Карты – визуальное представление количественных научных данных, а не конкретные цифры. Результаты были предварительными, и переснятый на смартфон слайд из презентации в PowerPoint не лучший материал для работы, но лучше это, чем ничего. Команда BICEP2 решила действовать. Ученые подготовили статью для Physical Review Letters, и в начале января 2014 г. Ковач обратился в отдел связей с общественностью своего института. Возможно, новости заслуживают пресс-конференции?

Обычно университет или исследовательский институт не выносит на публику научные результаты, прежде чем посвященная им статья будет принята к публикации. Исключение делается, только если один или два анонимных рецензента имели возможность внимательно прочитать ее и прокомментировать. (Вероятно, вы помните, что Альберта Эйнштейна шокировал этот процесс коллегиальной экспертизы в давние 1930-е гг.) Однако отдел связей с общественностью Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики не захотел так долго ждать. Его сотрудники были убеждены, что новости все равно просочатся, и провели короткий научный симпозиум по проекту BICEP2 утром 17 марта 2014 г. в аудитории Филипса. К этому собранию и была приурочена пресс-конференция.

Увы, результаты не выдержали проверки временем, как и предрекали первые критики. Внимательно изучив данные – они были опубликованы на сайте проекта в день пресс-конференции, другие ученые нашли серьезные недостатки в подходе команды Ковача к решению проблемы загрязнения галактической пылью. Скоро стало ясно, что смелые заявления участников BICEP2 следует приправить крупицами скепсиса (или, скорее, пыли). В том же году наконец начался совместный анализ с командой проекта Planck, и первоначальный вариант статьи о BICEP2 пришлось переписывать. Анализ дал значительно более низкую оценку относительной выраженности крупномасштабных паттернов В-моды. С учетом сомнений в измерениях невозможно исключить вероятность того, что они вообще не выявляются. Итак, нет убедительного свидетельства существования первичных гравитационных волн. Нет доказательства инфляции Вселенной. Нет революции в науке.

Во всяком случае, пока нет.

Оглядываясь в прошлое, Джон Ковач не слишком сожалеет о том, как все обернулось. Наука – это бесконечный процесс получения данных и корректировки выводов, замечает он. Более того, сами ученые никогда не скрывали все неопределенности и вероятные ловушки, и их профессиональная репутация не пострадала. «Мы узнали нечто важное о научной коммуникации в эпоху интернета, – добавляет Ковач. – Необходимо предельно четко осознавать все, что вы делаете или говорите. Нужно также проследить, чтобы все потенциальные проблемы были полностью освещены». (Я бы добавил, ваш интернет-канал должен иметь достаточную пропускную способность.)

Я пишу эти строки почти через три года после обнародования результатов эксперимента BICEP2. Между тем Keck Array – инструмент из пяти телескопов, аналогичных использовавшимся в BICEP2, собранных на одной платформе, – в течение нескольких лет сканирует небо на двух частотах. Он уже работал во время моей поездки в Антарктиду в декабре 2012 г. В мае 2016 г. к поиску присоединился более крупный и эффективный инструмент BICEP3, разместившийся в самой южной точке земного шара. BICEP3 имеет апертуру 68 см и содержит 2560 микроволновых детекторов.

Намного больший «Южный полярный телескоп», а также Атакамский телескоп на Ллано де Чайнантор на севере Чили теперь оборудованы поляризационно-чувствительной камерой. Действует еще много не столь крупных инструментов и проектов с забавными названиями, например: «Кихот» (QUIJOTE), «Белый медведь» (POLARBEAR), «Амеба» (AMiBA) и CLASS. Китайские астрономы строят в Тибете новый телескоп для изучения микроволновой поляризации. Продолжаются эксперименты с воздушными шарами, наследники EBEX Шаула Ханани, в частности Spider и PIPER. В любой момент один из этих проектов может увенчаться заявлением о первой регистрации крупномасштабных паттернов В-моды, а значит, и гравитационных волн, возникших в момент рождения Вселенной.

Гонка стала конкурентной как никогда, говорит Ковач. В то же время достигнут небывалый уровень кооперации. Многие ученые участвуют более чем в одном эксперименте. Разные команды совместно анализируют данные. Научное сообщество строит планы на будущее. Возможно, года через два пора будет задуматься о новой космической миссии.

Случай с BICEP2 стал поучительным для участвовавших в нем ученых. Команды LIGO и Virgo тоже многое из него усвоили. С самого начала экспериментов по поиску гравитационных волн в 1960-х гг. были и сомнения, и ложные сенсации, и опровержения, приводившие к большим конфузам. Шумиха, сопровождавшая преждевременное оглашение результатов BICEP2, не укрепила и без того шаткую репутацию этой области исследования. Команды LIGO и Virgo решили не объявлять о регистрации космических гравитационных волн, пока не будут абсолютно уверены в своих выводах и результаты не пройдут проверку коллегами-рецензентами. И даже тогда коммуникация со СМИ и общественностью должна осуществляться профессионально и должным образом контролироваться.

Усовершенствованная LIGO была почти готова к работе. Детекторы в Хэнфорде и Ливингстоне получили «полное запирание», что в случае интерферометра аналогично получению первого изображения на новом оптическом телескопе. Состоялся первичный ввод в эксплуатацию. Ученые, инженеры и техники проводили последние тесты и проверки. Два детектора были включены в режиме инженерной проработки. В пятницу, 18 сентября 2015 г., должен был состояться официальный старт научного запуска № 1.

Попутно ученые, занятые в проекте LIGO, совершенствовали протоколы: что делать в случае регистрации, как проверять ее подлинность, когда информировать прессу, почему важно ничего никому не говорить, пока не будет абсолютной уверенности в каждом заявлении. Для всего имелись правила и рекомендации. С учетом повышенной чувствительности усовершенствованных детекторов можно было рассчитывать на первую регистрацию волн Эйнштейна в течение нескольких недель или месяцев.

Можно было…

Если повезет.