Создают ли столкновения пульсаров всё золото Вселенной? | Cosmic Queries #112

Коротко

Нил Деграсс Тайсон и соведущая Негин Фарсад разбирают вопросы патронов StarTalk: от ретрансляционных микроспутников (бессмысленны для связи — космос пуст, но осмысленны как заправочные станции) до происхождения золота Вселенной в столкновениях пульсаров, зафиксированных LIGO. Тайсон формулирует ключевое различие между «мы пока не умеем» и «запрещено законами физики»: сверхзвук существовал в кончике мокрого полотенца задолго до авиации, а полёт на Марс упирается не в технологии, а в геополитическую мотивацию. Подробно разбирается миф о влиянии полнолуния: фаза Луны не связана с её гравитацией, высокие приливы полнолуния — заслуга Солнца, повышенная рождаемость объясняется тем, что беременность равна почти ровно 10 лунным циклам, а лунный свет — это отражённый солнечный. Слияния чёрных дыр не излучают свет и «скучны», тогда как столкновения пульсаров производят золото, платину, иридий и серебро — и подтверждаются обычными телескопами по наводке LIGO. Финал — об эмерджентности времени и об ИИ как естественном продолжении эволюции мозга, с аналогией про психологический барьер 4-минутной мили Роджера Баннистера.

Главный тезис

Существует принципиальная разница между тем, что мы ещё не научились делать, и тем, что запрещено законами физики — почти все исторические заявления о «невозможном» путали первое со вторым, и реальные барьеры чаще оказываются технологическими, мотивационными или психологическими, чем физическими.

Ключевые идеи

• 2:56 — ретрансляционные станции в космосе бессмысленны для связи: проще направить собственный луч прямо на Землю, а блокировка сигнала планетой — не проблема, потому что космос пуст и всё движется
• 6:59 — узлы между планетами нужны не для связи, а как заправочные станции: космические танкеры без жёсткого расписания будут пополнять их топливом, как обычные АЗС
• 4:29 — Марс за неделю вместо девяти месяцев достижим при постоянном ускорении 1G с разворотом корабля на полпути для торможения; ограничение — топливо, а не физика
• 10:36 — щелчок мокрого полотенца — это мини-звуковой удар: кончик движется быстрее скорости звука, то есть сверхзвук существовал в быту задолго до того, как «эксперты» объявили звуковой барьер непреодолимым
• 12:56 — законы физики не выбрасываются, а вкладываются друг в друга: при низких скоростях уравнения Эйнштейна превращаются в уравнения Ньютона, поэтому Ньютон — частный случай, а не ошибка
• 13:58 — полёт людей на Марс — вопрос геополитической мотивации, а не возможностей: на Марсе уже стоит аппарат размером с SUV и летал вертолёт
• 18:02 — красное смещение — это исключительно про скорость, а не про расстояние: связь с дистанцией возникает только потому, что в расширяющейся Вселенной дальние галактики удаляются быстрее
• 20:12 — технически противоположность красному смещению — фиолетовый сдвиг (за синим в спектре идут индиго и фиолетовый), но терминология застряла на «синем»
• 24:37 — повышенная рождаемость в полнолуние объясняется арифметикой: беременность длится почти ровно 10 лунных циклов, так что зачатые в романтическое полнолуние рождаются в полнолуние
• 25:25 — фаза Луны не связана с её гравитацией: притяжение зависит от расстояния, а высокие приливы полнолуния создаёт Солнце, выстроившееся в линию с Землёй и Луной
• 28:22 — лунный свет — это отражённый солнечный (спектры идентичны, Тайсон показал это ещё в 8-м классе), а уличный фонарь ярче полной Луны — но фонари ни в чём не обвиняют
• 35:38 — слияние чёрных дыр невозможно подтвердить световым телескопом в принципе: они не излучают свет, поэтому LIGO — это телескоп нового типа, подтверждающий сам себя
• 37:10 — столкновения пульсаров — источник большей части золота Вселенной: высокоинтенсивный ядерный синтез рождает золото, платину, иридий и серебро, и эти события видны всем телескопам по наводке LIGO
• 38:28 — самые ценные вопросы — те, что ещё не заданы: до открытия чёрных дыр нельзя было спросить, почему их слияния «скучны»
• 47:16 — ИИ, превосходящий человека, — не противоестественность, а естественная эволюция любопытного мозга: пчела строит улей, термит — термитник, человек — города и ИИ

Почему это важно

Эпизод выходит на фоне эпохи многоканальной астрономии: LIGO доказал, что гравитационные волны — полноценный новый «орган чувств», а совместное наблюдение слияния пульсаров гравитационными и световыми телескопами закрыло вопрос о происхождении тяжёлых элементов — золото в обручальном кольце буквально родом из столкновения мёртвых звёзд. Параллельно Тайсон ведёт другую войну — против бытовой космической мистики (полнолуние, приливы, «влияние Вселенной на судьбу»), которая выживает за счёт selection bias и человеческого эго. Упомянутые игроки — NASA (Artemis, марсианские аппараты), Китай (маглев как пример «невозможного», ставшего инфраструктурой), научное сообщество LIGO — иллюстрируют его главный аргумент: лимитирует не физика, а воля и деньги.

Идеи

• Ретрансляция в космосе проигрывает прямому лучу: ретранслятор имеет смысл только если усиливает сигнал, а для этого нужен источник энергии
• Полное солнечное затмение как модель «блокировки сигнала»: достаточно подождать четыре минуты — всё в космосе движется
• В миссии Artemis астронавты занимали крошечную долю ракеты — всё остальное было топливом, которое полностью сожгли к возвращению
• Медленная логистика дешевле быстрой: танкеры-заправщики не привязаны к расписанию, поэтому экономика заправочных узлов сходится
• Тело эволюционировало под 1G — путешествие при 2G физиологически некомфортно, поэтому 1G-ускорение задаёт «крейсерский режим» межпланетных полётов
• Пули превышали скорость звука задолго до заявлений о непреодолимости звукового барьера — опровержение уже лежало в кармане у заявлявших
• «Невозможно» в науке валидно только при нарушении хорошо проверенных законов; всё остальное — «я пока слишком глуп, чтобы понять, как»
• Птицы летают — значит, законы физики полёт не запрещают; запрет и неумение — две совершенно разные вещи
• Писатели-фантасты 1950-х, верившие в пришельцев, не верили в высадку на Луну раньше чем через 200 лет — даже самые смелые недооценили экспоненту
• После 1969-го «мы можем высадиться на Луне» стало точкой отсчёта возможностей цивилизации и постоянным риторическим лейтмотивом
• Смещение спектра может уходить за пределы видимого диапазона — в инфракрасный, микроволновый, радио — но по семантической инерции всё равно зовётся «красным»
• Спектральные линии водорода, углерода, азота — «отпечатки пальцев» элементов, по сдвигу которых измеряется скорость галактик
• Термин «Большой взрыв» придумал противник теории — как насмешку в радиопередаче, а название прижилось
• Андромеда показывает синее смещение: на малых масштабах локальная гравитация побеждает расширение Вселенной
• Приливы в новолуние так же высоки, как в полнолуние (то же выравнивание Солнце—Луна—Земля), но никто не замечает — Луны не видно
• В исламских культурах «новолунием» называют первый видимый серп Рамадана, хотя астрономическое новолуние наступает раньше и невидимо
• Неподготовленный глаз считает Луну «полной» 4 дня из 30 — значит ~10% любых случайных событий «выпадают на полнолуние», и только о них рассказывают
• Приступ при серпе Луны никто не репортит — кинематографичность полнолуния создаёт асимметрию свидетельств
• Оборотень, которому нужно увидеть Луну для превращения, должен превращаться от любого солнечного света — лунный свет тот же солнечный
• Расчёт LIGO: событие раз в миллион лет на галактику × миллиард галактик = регулярные детекции через несколько дней после включения
• LIGO определил массы сливающихся пульсаров и сказал обычным телескопам, где искать — и событие появилось во всех диапазонах
• Слияния чёрных дыр не производят ничего, кроме ряби пространства-времени — «скучные» события против «золотоносных» пульсарных
• Общая ДНК у марсианской жизни означала бы панспермию: жизнь зародилась на Марсе, прилетела на астероиде — и все земляне суть потомки марсиан
• Жизнь на Марсе вовсе без ДНК была бы интереснее: это перевернуло бы биологию, показав второй независимый способ существования жизни
• Микробная жизнь не приходит со словами «возьми меня к своему лидеру» — а пришельцев Тайсон повёл бы не к лидерам, а на бранч с мимозой
• Время может быть эмерджентным — как, по некоторым гипотезам, и сознание: не фундаментальное свойство Вселенной, а возникающее при действии в ней
• Эйнштейн: время определено так, чтобы движение выглядело простым — операционалистское определение вместо метафизического
• Интригующие идеи нужны на периферии науки именно для того, чтобы не было комфортно с уже известным
• Рекорд 4-минутной мили считался непреодолимым, пока Баннистер его не побил — после чего его стали бить постоянно

Инсайты

• Главный фильтр для прогнозов о будущем: отличать «запрещено законами физики» от «пока не умеем» — почти все громкие предсказания невозможного проваливали именно этот тест
• Научные теории не опровергаются, а вкладываются: новая обязана содержать старую как предельный случай, поэтому «законы физики оказались неверны» — неправильная рамка, правильная — «область применимости сузилась»
• Лимит больших технологических рывков — политическая воля и экономика, а не знание; вопрос «когда», а не «возможно ли»
• Люди систематически недооценивают экспоненциальный рост технологий — даже профессиональные визионеры
• Научная терминология формируется исторической случайностью (и даже насмешкой) и потом не пересматривается — слова переживают свою точность
• Мистические корреляции при разборе разлагаются на арифметику, selection bias и «кинематографичность» памяти — заметные совпадения репортятся, незаметные нет
• Космические суеверия питает эго: желание, чтобы Вселенная имела отношение лично к твоей жизни — крысы космос в своих делах не обвиняют
• Новый инструмент наблюдения — это новый орган чувств, открывающий канал, принципиально недоступный старым, а не улучшение старых
• Редкое, умноженное на масштаб Вселенной, становится частым: статистика больших чисел превращает чудо в рутину наблюдений
• Рост площади знания увеличивает периметр незнания — прогресс измеряется появлением вопросов, которые раньше нельзя было даже сформулировать
• Дискомфорт с известным — предусловие открытия; комфорт консервирует картину мира
• Многие «физические» барьеры на деле психологические нормы, рушащиеся после первого прецедента
• Антропоцентризм мешает увидеть собственные творения (города, ИИ) как продолжение биологической эволюции, а не её нарушение

Фреймворки

• Два типа «невозможного»: (1) запрещено хорошо проверенными законами физики — не случится никогда; (2) мы пока не научились — вопрос технологий, мотивации и времени. Тест: если в природе или быту аналог уже существует (птицы летают, полотенце щёлкает сверхзвуком), пункт автоматически попадает во вторую категорию
• Принцип вложенности теорий: новая теория не отменяет старую, а включает её как предельный случай (уравнения Эйнштейна при малых скоростях и слабой гравитации переходят в ньютоновские) — поэтому «сломанные» законы продолжают работать там, где были проверены

Цитаты

«There is a difference between what we have not yet learned to do and what is prohibited by the laws of physics» — 0:00 Есть разница между тем, что мы ещё не научились делать, и тем, что запрещено законами физики

«Oh no! I broke Neil deGrasse Tyson!» — 0:19 О нет! Я сломала Нила Деграсса Тайсона!

«do not tell me that the laws of physics prevent us from flying» — 11:21 Не говорите мне, что законы физики мешают нам летать

«Мы можем высадить человека на Луну, но мы не можем накормить голодных или что-то в этом роде» — 15:12

«as the area of our knowledge grows, the perimeter of our ignorance also grows» — 38:36 По мере роста площади нашего знания растёт и периметр нашего незнания

«I think about questions that have not yet been asked» — 38:28 Я думаю о вопросах, которые ещё не были заданы

«The moon's phase is not connected to its gravity» — 25:25 Фаза Луны не связана с её гравитацией

«If you were born during the full moon, then you got pregnant during the full moon» — 24:45 Если вы родились в полнолуние — значит, вас зачали в полнолуние

«If you turn into a rooster under the lunar light, you must turn into a rooster every minute of the day» — 28:25 Если ты превращаешься в оборотня под лунным светом, ты должен превращаться в оборотня каждую минуту дня (в SRT whisper-ошибка: «rooster» вместо «werewolf»)

«rats do not blame space for what it does specifically» — 29:19 Крысы не обвиняют космос в том, что он делает с ними лично

«we believe that most of the gold in the universe is formed as a result of pulsar collisions» — 37:25 Мы считаем, что большая часть золота во Вселенной образуется в результате столкновений пульсаров

«from black holes collisions nothing is formed they are just boring» — 37:29 При столкновениях чёрных дыр ничего не образуется — они просто скучные

«This is a rare event that will then happen often» — 34:55 Это редкое событие, которое при этом будет происходить часто

«time is determined so that movement looks simple» — 44:55 Время определено так, чтобы движение выглядело простым

«as a measurement of our existence we are hostages of the present» — 45:10 Как измерение нашего существования, мы — заложники настоящего

«only when you are not comfortable with what is known, real discoveries happen» — 45:44 Настоящие открытия происходят только тогда, когда тебе некомфортно с уже известным

«And I will definitely not take them to our leaders. I will take them to the brunch» — 42:15 И я точно не поведу их к нашим лидерам. Я поведу их на бранч

«it was a psychological barrier, not a barrier created by the laws of physics» — 48:04 Это был психологический барьер, а не барьер, созданный законами физики

Факты

• Первая детекция LIGO: два сливающихся объекта массой примерно по 30 солнечных; обнаружение произошло через несколько дней после включения детектора
• LIGO = лазерный интерферометр гравитационно-волновой обсерватории
• Столкновения пульсаров производят золото, платину, иридий, серебро через высокоинтенсивный ядерный синтез; слияния чёрных дыр не производят ничего
• Приливная сила Солнца примерно втрое меньше лунной
• Беременность у женщин почти точно равна 10 лунным циклам
• Неподготовленный глаз воспринимает Луну как полную около 4 дней; опытный наблюдатель определяет момент полнолуния с точностью до 12 часов
• Термин «Большой взрыв» произнёс в радиопередаче астрофизик-противник теории, сторонник вечной неизменной Вселенной (в SRT он назван «Fred Phailly» — судя по контексту, Фред Хойл)
• Миссии Apollo летали на Луну по законам Ньютона; Artemis облетела Луну и вернулась, истратив почти всю массу аппарата как топливо
• На Марсе работает аппарат размером с SUV, туда же доставляли вертолёт
• Андромеда имеет синее смещение — она сближается с нашей галактикой
• Поезда на магнитной левитации уже работают в Китае
• Роджер Баннистер первым выбежал милю из 4 минут, после чего рекорд стали бить регулярно
• Тайсон в 8-м классе на научной ярмарке показал идентичность спектров Солнца и Луны
• Соведущая Негин ведёт подкаст Fake The Nation и участвует в Wait, Wait, Don't Tell Me (NPR), который записывается в Чикаго в зале примерно на 800 человек

Источники

• LIGO — лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория
• Исаак Ньютон и Альберт Эйнштейн — законы движения и гравитации, теория относительности
• Фред Хойл (в SRT «Fred Phailly») — автор термина «Большой взрыв»
• Брайан Грин — физик Колумбийского университета, кого Тайсон рекомендует по теме эмерджентности времени
• Роджер Баннистер — первая миля из 4 минут
• Книга Тайсона об инопланетянах и пределах физики (в SRT упомянута как «take me to my leader»; доступна в печати и в аудио, озвучена автором)
• Негин Фарсад: подкаст Fake The Nation, книга о том, как смешить белых людей, шоу Wait, Wait, Don't Tell Me (NPR)
• Миссии Apollo и Artemis (NASA)

Рекомендации

• Тайсон рекомендует свою книгу об инопланетянах и законах физики — печатная и аудиоверсия (озвучена им самим) доступны везде, где продаются книги
• Негин советует посетить живую запись Wait, Wait, Don't Tell Me — формат сильно выигрывает вживую

Итог

Вселенная не запрещает почти ничего из того, что люди объявляли невозможным — запрещают это незнание, нехватка мотивации и психологические барьеры, а настоящие чудеса вроде золота из столкновений пульсаров открываются тем, кто строит инструменты для вопросов, которые ещё никто не догадался задать.