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 (для связи бессмысленны, космос пуст, но как заправочные станции самое дело) 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

Есть 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, а 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, около 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.