Анил Анантасуами: Какво е необходимо за да се изучава екстремна астрофизика

Бих искал да говоря днес за това, което мисля, че е едно от най-големите приключения, с което са се захванали хората, което е стремежът да се разбере Вселената и мястото ни в нея. Моят личен интерес в тази област, и страстта ми към нея, започнаха по-скоро случайно. Бях си купил копие на тази книга, "Вселената и д-р Айнщайн" -- използвано копие с меки корици от книжарница за втора употреба в Сиатъл. Няколко години след това в Бангалор, ми беше трудно да заспя една нощ, и взех тази книга, мислейки си, че ще ме приспи за 10 минути. Но както се случи, я прочетох от полунощ до пет часа сутринта наведнъж. И останах с това интензивно усещане на страхопочитание и ободряване от Вселената, и нашата собствена способност да разберем толкова, колкото сме постигнали. И това чувство не ме е напуснало още.

Това чувство бе повратната точка за мен да променя кариерата си -- от софтуерен инженер, до това да пиша за науката -- така че да мога да споделя радостта си от науката, а също и радостта от общуването с другите. И това чувство също ме отведе на нещо като поклонение, да отида буквално до краищата на света, за да видя телескопи, детектори, инструменти, които хората изграждат, или са изградили, за да проучват космоса, във все по-големи и по-големи детайли. Това ме отведе от места като Чили -- пустинята Атакама в Чили -- до Сибир, до подземни мини, в японските Алпи, в Северна Америка, чак до Антарктида, и дори до Южния полюс.

И днес бих искал да споделя с вас няколко снимки, няколко истории от тези пътувания. Аз прекарах последните няколко години документирайки усилията на някои изключително храбри мъже и жени, които поставят, буквално понякога, живота си на карта, работейки в някои много отдалечени и много враждебни места, така че да могат да уловят и най-недоловимите сигнали от космоса, за да можем да разберем Вселената.

И първо ще започна с кръгова диаграма. И обещавам, че това ще е единствената кръгова диаграма в цялата презентация. Но тя представя състоянието на познанието ни за космоса. Всички теории във физиката, които имаме днес, правилно обясняват това, което се нарича нормална материя -- нещата, от които всички сме направени -- и това са четири процента от Вселената. Астрономите и космолозите и физиците мислят, че има нещо, наречено тъмна материя във Вселената, съставляваща 23 процента от Вселената, и нещо, наречено тъмна енергия, която прониква в структурата на пространство-времето, която съставлява още други 73 процента. Така че, ако погледнете тази кръгова диаграма, 96 процента от Вселената, в този момент на нашите изследвания за нея, не са известни или не са добре проучени. И повечето от експериментите, телескопите, които отидох да видя, по някакъв начин се опитват да разрешат този въпрос, тези две двойнствени мистерии за тъмната материя и тъмната енергия.

Първо ще ви отведа до подземна мина в северна Минесота, където хората търсят нещо, наречено тъмна материя. И идеята е, че те търсят знаци за частици от тъмна материя, сблъскващи се с един от техните детектори. И причината, поради която те трябва да слязат под земята е, че ако правят този експеримент на повърхността на Земята, същия експеримент ще бъде залят от сигнали, които могат да бъдат причинени от неща като космически лъчи, обкръжаващa радио активност, дори и собствените ни тела. Може да не вярвате, но дори и нашите собствени тела са достатъчно радиоактивни, за да нарушат този експеримент. Така че те слизат дълбоко в мините, за да намерят нещо като обкръжаваща тишина, което ще им позволи да чуят звука на частиците тъмна материя, които удрят детектора им.

И аз отидох да видя един от тези експерименти, и това е всъщност -- можете едва да го видите, и причината за това е, че там е напълно тъмно. Това е една пещера, която е останала от миньорите, които са напуснали тази мина през 1960 година. И физиците дошли и започнали да я използват по някое време през 80-те години. И миньорите в началото на миналия век работели, буквално, при светлината на свещи. А днес, вие ще видите това във вътрешността на мината, на половин миля (800 метра) под земята. Това е една от най-големите подземни лаборатории в света. И, между другото, те търсят тъмна материя.

Има и друг начин за търсене на тъмна материя, който е косвен. Ако тъмната материя съществува в нашата Вселена, в нашата галактика, тогава тези частици трябва да се сблъскват заедно и да произвеждат други частици, за които знаем -- една от тях е неутрино. И неутриното може да се открие по подписа, който оставя, когато то удря водните молекули. Когато неутрино удари водна молекула, то излъчва нещо като синя светлина, изблик на синя светлина, и като се търси тази синя светлина, може по същество да се разбере нещо за неутриното и след това, косвено, нещо за тъмната материя, която може да е създала това неутрино. Но трябват много, много големи количества вода за да се направи това. Имате нужда от нещо като десетки милиони тона вода -- почти гигатон от вода -- за да имате някакъв шанс за хващане на това неутрино. И къде по света ще намерите толкова вода? Ами руснаците имат резервоар в собствения си заден двор.

Това е езерото Байкал. Това е най-голямото езеро в света. То е 800 километра дълго. То е около 40 до 50 километра широко на повечето места, и от един до два километра дълбоко. И това, което руснаците правят е, че те правят тези детектори, и ги потапят на около километър под повърхността на езерото, така че да могат да гледат за тези проблясъци от синя светлина. И това е сцената, която ме посрещна, когато се приземих там. Това е езерото Байкал, в разгара на сибирската зима. Езерото е изцяло замръзнало. И линията от черни точки, които виждате на заден план, това е ледения лагер, където физиците работят. Причината, поради която те трябва да работят през зимата е, понеже те не разполагат с пари, за да работят през лятото и пролетта, за което, ако го правеха, ще им трябват кораби и подводници, за да вършат своята работа. Така че те чакат до зимата -- езерото е напълно замръзнало -- и те използват този метър дебел лед като платформа, на която да установят ледения си лагер и да си вършат работата.

Така че това са руснаците, работещи на леда, в разгара на сибирската зима. Те трябва да пробиват дупки в леда, да се гмуркат във водата -- студена, студена вода -- да държат здраво инструмента, да го извадят, да правят всякакви ремонти и технически поддръжки, каквито са необходими, да ги върнат обратно, и да се махнат преди леда да се стопи. Тъй като тази фаза на солиден лед продължава само два месеца и е пълно с пукнатини. И трябва да си представите, има цяло езеро, подобно на море под него, движещо се. Все още не разбирам този руснак, работещ гол до кръста, но това може да ви покаже колко усърдно работи. И тези хора, тази шепа хора, работят от 20 години, търсейки частици, които могат или не могат да съществуват. И те са посветили живота си на това. И за да ви дам представа, те са похарчили 20 милиона за 20 години. Това са много екстремни условия. Те работят със съвсем оскъден бюджет. Тоалетните са буквално дупки в земята, покрити с дървена барака. И са толкова примитивни, но те правят това всяка година.

От Сибир към пустинята Атакама в Чили, за да видим нещо, наречено "Много голям телескоп." "Много големия телескоп" е едно от тези неща, които астрономите правят -- те наименоват телескопите си без въобръжение. Мога да ви кажа, със сигурност, че следващият, който планират се нарича "Изключително голям телескоп." (Смях) И няма да повярвате, но следващия, след това ще се нарича "Изумително голям телескоп." Но въпреки това, той е извънредно технологично достижение. Това са четири 8,2 метрови телескопа. И тези телескопи, наред с други неща, те се използват за проучване как разширяването на Вселената се променя с времето. И колкото по-добре разберем това, толкова по-добре ще разберем каква е тази тъмна енергия, от която е направена Вселената

И една технология, с която искам да ви оставя, по отношение на този телескоп е огледалото. Всяко огледало, има четири от тях, е изработено от едно парче стъкло, монолитна част от високотехнологична керамика, която е стрита и полирана до такава прецизност, че единственият начин да разберете колко е прецизна, е да си представите град като Париж, с всичките си сгради и Айфеловата кула, ако стриете Париж с такава точност, ще останете с издутини, които са един милиметър високи. И това е вида полиране, на което тези огледала са били подложени. Невероятен набор от телескопи. Ето още един изглед на същото. Причината, поради която трябва да се изграждат тези телескопи в места като пустинята Атакама, се дължи на високата надморска височина на пустинята. Сухия въздух е много добър за телескопите, и също така, облачната покривка е под върха на планината, така че телескопите имат около 300 дни на ясно небе.

И накрая, искам да ви отведа до Антарктида. Искам да прекарам по-голямата част от времето си на тази част от света. Това е последната граница на космологията. Някои от най-невероятните експерименти, някои от най-екстремните експерименти, се извършват в Антарктида. Бях там, за да видя нещо, наречено продължителен полет с балон, което, в основни линии, отвежда телескопи и инструменти чак до горните слоеве на атмосферата, горната част на стратосферата, на 40 километра нагоре. И там те правят техните експерименти, и след това балона, полезния товар, се снишава. Това сме ние, приземяващи се на Ледения шелф Рос в Антарктида. Това е американски товарен самолет C-17, който ни пренесе от Нова Зеландия да Макмърдо в Антарктида. И тук сме на път да се качим в автобуса ни. И не знам дали можете да разчетете надписа, но е написано: "Иван Грознибус." И това ни отведе до Макмърдо.

И това е сцената, която ви посреща в Макмърдо. И едва ли ще можете да различите тази хижа тук. Тази хижа била построена от Робърт Фалкън Скот и хората му, когато за първи път дошли в Антарктида, на първата си експедиция до Южния полюс. Понеже е толкова студено, цялото съдържание на тази хижа е все още такова, както са го оставили, с остатъците от последната храна, която са сготвили, все още там. Това е необикновено място. Това е самото Макмърдо. Около хиляда души работят тук през лятото, и около 200 през зимата, когато е напълно тъмно в продължение на шест месеца.

Бях тук, за да видя изстрелването на този определен инструмент. Това е експеримент с космически лъчи, който беше изстрелян чак до горната стратосфера на височина от 40 километра. Това, което искам да си представите е, че това са два тона тегло. Така че с помощта на балон се пренся нещо, което е два тона на височина от 40 километра. И инженерите, техниците, физиците трябва да сглобят всичко на Ледения шелф Рос, защото Антарктида -- няма да навлизам в причините, поради които -- но това е едно от най-благоприятните места за изстрелване на тези балони, с изключение на времето. Времето, както можете да си представите, това е през лятото, и вие стоите върху 200 фута (70 метра) от лед. И отзад има един вулкан, който има ледници на самия връх. И това, което трябва да направят е, че те трябва да сглобят целия балон -- плата, парашута и всичко -- на леда и после да го напълнят с хелий. И този процес отнема около два часа.

И времето може да се промени, докато те сглобяват всичко това. Например, тук те полагат балоновата материя зад себе си, която евентуално ще бъде напълнена с хелий. Тези два камиона, които виждате в самия край, превозват 12 бутилки, всички от сгъстен хелий. Сега, в случай, че времето се промени преди началото на изстрелването, те трябва да опаковат всичко обратно в кутиите им, и да го пренесат обратно към станцията Макмърдо. И този балон конкретно, понеже трябва да излети с два тона тегло, е изключително голям балон. Само материята тежи два тона. За да се намали теглото, тя е много тънка, толкова тънка, колкото опаковката на сандвич. И ако те трябва да я опаковат обратно, те трябва да я поставят в кутии и да стъпят върху нея, така че да се побере отново в кутията -- с изключение на това, че когато го правили за първи път, това било направено в Тексас. Тук, те не могат да го направят с обувките, които носят, така че те трябва да си събуят обувките, и да влязат босоноги в кутиите в този студ, и да свършат тази работа. Това е посвещението, което имат тези хора.

Тук балона се пълни с хелий, и можете да видите, че това е страхотна гледка. Ето една сцена, която ви показва балона и полезния товар от край до край. И така балона се пълни с хелий от лявата страна, а плата всъщност се разпростира чак до средата, където има електроника и взривни вещества, които са свързвани към парашут, и след това парашута е свързан с полезения товар. И не забравяйте, цялото това окабеляване се прави от хората при изключителен студ, при минусови температури. Те носят около 15 килограма дрехи и неща, но трябва да свалят ръкавиците си, за да направят това. И бих искал да ви покажа старта.

(Видео) Радио: Добре, пускайте балона, пуснете балона, пускайте балона.

Анил Анантасуами: И най-накрая бих искал да завърша с две снимки. Това е обсерватория в Хималаите, в Ладак в Индия. И нещото, което искам да видите тук е телескопа от дясната страна. И най-вляво там е 400-годишен будистки манастир. Това е близък план на будисткия манастир. И аз бях поразен от съпоставянето на тези две огромни дисциплини, които има човечеството. Едната е проучването на космоса и външата страна, а другата е проучване на нашата вътрешна страна. И двете се нуждаят от тишината по някакъв начин.

И това, което ме порази беше, че на всяко място, където отидох, за да видя тези телескопи, астрономите и космолозите са в търсене на определен вид тишина, дали е тишина от радио замърсяване, или светлинно замърсяване, или нещо такова. И беше много очевидно, че ако унищожим тези тихи места на Земята, ние ще останем с планета, без възможността да гледаме навън, защото няма да можем да разберем сигналите, които идват от космоса.

Благодаря ви.

(Ръкопляскания)