Кип Торн: о гравитационных волнах, путешествиях во времени и создании фильма «Интерстеллар»

Я отлично помню, как примерно пятнадцать лет назад модерировал коллоквиум с приглашенным лектором, который выступал с докладом о гравитационно-волновой обсерватории LIGO, только-только начинавшей свою работу по сбору данных. Сопоставив достигнутый уровень чувствительности с тем, который еще предстояло покорить, присутствовавшие в зале ученые после выступления сошлись во мнении: «У них ничего не получится». Разумеется, сегодня мы знаем, что все получилось, и триумфальное заявление об открытии гравитационных волн в 2016 году принесло Нобелевскую премию 2017 года Райнеру Вайссу, Кипу Торну и Барри Бэришу. Именно поэтому мне невероятно приятно приветствовать в подкасте самого Кипа Торна. Кип немного приоткроет завесу над историей создания LIGO и выскажет несколько бескомпромиссных суждений о Нобелевском комитете. Однако его удивительная и насыщенная карьера не ограничивается только этим: мы также обсудим, осуществимы ли путешествия в прошлое через червоточины и каковы его дальнейшие планы в кинематографе после оглушительного успеха «Интерстеллара».

Кип Торн защитил докторскую диссертацию по физике в Принстоне и в настоящее время является почётным профессором теоретической физики имени Ричарда Фейнмана в Калифорнийском технологическом институте. Он заслуженно считается одним из ведущих мировых экспертов в области общей теории относительности; его фундаментальный вклад охватывает изучение гравитационных волн, черных дыр, червоточин и релятивистских звезд. Его решающая роль в зарождении и руководстве проектом LIGO была удостоена Нобелевской премии по физике 2017 года. Он является автором и соавтором множества изданий, включая монументальный учебник «Гравитация». Торн выступил исполнительным продюсером культового фильма 2014 года «Интерстеллар», в основу которого легла оригинальная концепция, разработанная им совместно с Линдой Обст. Его достижения отмечены бесчисленными наградами, а сам он не раз становился участником легендарных пари.

Введение

ведущий: Здравствуйте, дорогие друзья, и добро пожаловать в подкаст Mindscape. С вами его ведущий Шон Кэрролл. Уверен, многие из вас прекрасно помнят февраль 2016 года — если память мне не изменяет, всего два с половиной года назад, — когда научное сообщество объявило о первом в истории прямом фиксировании гравитационных волн, долетевших до нас из глубин космоса. Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO зафиксировала сигналы от слияния двух черных дыр массами около 30 солнечных, которые кружились и сближались друг с другом миллиард лет назад, порождая гравитационные волны, — и мы наконец смогли их поймать. Сигнал был зарегистрирован еще в сентябре 2015 года, но официальный анонс прозвучал в феврале 2016-го, вызвав бурю эмоций. Это поистине эпохальное достижение, наступления которого мы ждали долгие десятилетия. Оно навсегда займет почетное место в учебниках по истории науки как один из краеугольных камней нашего миропонимания. Но за этим триумфом кроется колоссальный объем титанического труда и несокрушимой стойкости.

Любое крупномасштабное физическое или астрономическое исследование требует колоссальных усилий. Чтобы открыть бозон Хиггса, потребовалось возвести Большой адронный коллайдер стоимостью 10 миллиардов долларов, задействовать тысячи специалистов и потратить уйму лет. Разница лишь в том — и я ни в коем случае не умаляю подвиг первооткрывателей бозона Хиггса, о которых я даже написал книгу и которыми искренне восхищаюсь, — что ученые в целом знали о его существовании и понимали алгоритм поиска. Они шли по проторенной дорожке физики высоких энергий, хотя им и приходилось изобретать инновационные технологии. С гравитационными волнами ситуация складывалась совершенно иначе: многие скептики утверждали, что волн достаточной амплитуды в природе просто не существует, а другие были уверены, что даже в случае их наличия создать детектор с требуемой чувствительностью технически нереально.

Наш сегодняшний гость — Кип Торн, который наряду с Рэем Вайссом и Роном Дривером стоял у истоков коллаборации LIGO еще с 1970-х годов. Здесь потребовался гигантский объем не только интеллектуальной работы: как теоретик, Торн должен был просчитать, сколько именно источников гравитационных волн таит Вселенная, какова их мощность и как они будут выглядеть на мониторах детекторов. Но помимо этого понадобилось десятилетиями пробивать финансирование и заручаться поддержкой академического сообщества ради строительства этой исполинской установки. У LIGO была непростая судьба: самая первая версия детектора изначально даже не рассчитывала зарегистрировать реальные астрофизические сигналы. В проект вложили миллиард долларов, построив инструмент, который, как все понимали, с первого раза ничего не увидит в небе — и прогнозы оправдались. Обсерваторию пришлось кардинально модернизировать до версии Advanced LIGO, прежде чем удалось зафиксировать искомое. В каком-то смысле это стало триумфом человеческого духа и наглядным доказательством того, что отступать нельзя. И Кип Торн, безусловно, воплощает в себе лучшие качества ученого, сделавшего этот прорыв возможным.

Конечно, имя Кипа широко известно по множеству других причин. Он написал ряд прекрасных книг и внес огромный вклад в самые разные разделы релятивистской астрофизики. Одно из его самых знаменитых теоретических достижений — обоснование гипотезы о том, что червоточины могут функционировать как машины времени: отыскав стабильную червоточину, теоретически можно совершить путешествие в прошлое. Именно эти изыскания привели его ко второй карьере — в качестве сценариста и кинопродюсера. Кип стал главным идеологом блокбастера «Интерстеллар». Поэтому сегодня мы поговорим не только о LIGO и гравитационных волнах, но и о путешествиях во времени, киноиндустрии и многом другом. Выпуск обещает быть захватывающим, так что давайте начнем.

Гравитационные волны и Нобелевская премия

ведущий: Кип Торн, добро пожаловать в подкаст Mindscape.

Кип Торн: Чрезвычайно рад быть здесь.

ведущий: Среди всех ваших заслуг вы, несомненно, будете особенно гордиться тем, что стали первым нобелевским лауреатом, у которого берет интервью подкаст Mindscape.

Кип Торн: Не уверен, что это большая честь. Нобелевские лауреаты обычно уже отыграли свою партию.

ведущий: Вовсе нет, ведь я едва не пригласил в подкаст Фрэнсис Арнольд.

Кип Торн: Это было бы великолепно.

ведущий: Вот видите. Значит, остальные нобелевские лауреаты вполне ничего.

Кип Торн: Да, парочка найдется.

ведущий: Итак, вы получили премию в 2017 году, а не в 2018-м, верно?

Кип Торн: Совершенно верно, в 2017-м.

ведущий: За открытие гравитационных волн. Общая канва событий всем известна. Но прежде чем погрузиться в физику, скажите, что вы почувствовали в момент, когда долгожданный сигнал был наконец обнаружен: облегчение или эйфорию? Проект-то длился долгие годы.

Кип Торн: Да уж. Для меня это заняло полвека.

ведущий: Понимаю. Это…

Кип Торн: Довольно долго.

ведущий: Не то слово. Хотя вы подключились к этому еще в молодости, и это к лучшему.

[смех]

Кип Торн: По сути, это заняло всю мою профессиональную жизнь. И хотя как теоретик я занимался параллельно множеством других вещей, львиная доля времени ушла именно сюда. Однажды утром я проснулся и обнаружил электронное письмо от Кристиана Отта, моего хорошего друга и коллеги по коллаборации. Он писал: «Глянь-ка на этот сайт, кажется, у нас есть кандидат на открытие». Я зашел по ссылке. Сигнал был настолько четким, что казался слишком идеальным, чтобы быть правдой. Наверняка подвох. Наверняка это была так называемая «слепая инъекция» для тестирования аппаратуры.

ведущий: То есть вы сами себя разыгрываете?

Кип Торн: Именно так, устраиваете проверку.

ведущий: Искусственно подмешиваете сигнал.

Кип Торн: Это лучший способ протестировать всю систему от начала и до конца: несколько человек в строжайшем секрете управляют зеркалами детектора с помощью электроники ровно так, как это сделала бы реальная гравитационная волна. Колебания зеркал передаются через всю систему — от датчиков к компьютерам, затем анализируются исследователями, и те начинают писать научную статью. И только после написания статьи выясняется: «Ха, это была слепая инъекция!». Мы уже проходили через подобное раньше. Поэтому я подумал, что и на сей раз это розыгрыш… Но нет, на этот раз все оказалось по-настоящему, хотя полная уверенность в подлинности сигнала пришла лишь спустя несколько месяцев.

ведущий: То есть рядовым участникам коллаборации, вроде вас, тоже ничего не сообщают заранее?

Кип Торн: О нет, мне… пожалуй, сообщают самому последнему.

[смех]

Кип Торн: Постепенно накапливались доказательства, что это подлинное событие. И я испытал глубочайшее удовлетворение от осознания того, что посвятил огромную часть своей энергии и своей карьеры правильному направлению, которое в итоге увенчалось успехом.

ведущий: Одно дело — узнать об успешном эксперименте, тут захватывает дух. А что вы почувствовали, когда вам сообщили о присуждении Нобелевской премии?

Кип Торн: О, это было 3 октября прошлого года, ровно в 2:15 ночи. Звонил, кажется, генеральный секретарь Шведской академии наук. Я крепко спал, и звонок меня разбудил, хотя я, в общем-то, ждал этого.

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: И вот…

ведущий: К слову, для наших слушателей: в научном мире ни у кого не было сомнений, что LIGO получит Нобелевку.

Кип Торн: Да. Он представился и говорит: «Вы, наверное, не удивитесь, узнав, что мы присуждаем Нобелевскую премию Райнеру Вайссу из Массачусетского технологического института, Барри Бэришу из Калтеха…» На что я ответил: «Это меня ни капли не удивляет, но я глубоко разочарован». Он явно растерялся.

ведущий: Да, не каждый день услышишь такое в трубке.

Кип Торн: Редко услышишь. Но я добавил: «Эту премию должна была получить вся команда LIGO, воплотившая проект в жизнь, а не три человека. Ни один из нас троих никогда бы не справился в одиночку. Это плод колоссального командного труда. Я думал, вы усвоили этот урок несколько лет назад после скандала с премией за бозон Хиггса: награждать нужно коллектив».

ведущий: Ну, тогда премию отдали трем теоретикам и ни одному экспериментатору.

Кип Торн: Совершенно верно. Ее следовало присудить как минимум команде экспериментаторов, ну и теоретикам заодно, но…

ведущий: Да.

Кип Торн: На что он ответил: «Что ж, мы обсуждали это, но у нас так не принято. Мы не награждаем организации». А затем добавил: «Впрочем, мы сможем продолжить этот разговор в Стокгольме».

[смех]

Кип Торн: На этом мы и сошлись, и действительно продолжили дискуссию.

ведущий: Разумеется.

Кип Торн: Я прямым текстом заявил ему, что Нобелевский комитет обязан доносить до широкой общественности значимость масштабных научных коллабораций. Сегодня важнейшие прорывы совершаются исключительно совместными усилиями больших коллективов, и сама синергия командной работы критически важна для успеха. А комитет преподносит это публике из рук вон плохо. Он ответил: «Да, я понимаю вашу боль. Некоторые члены комитета не разделяют мнение, что наша главная задача — популяризировать науку и объяснять обществу ценность открытий; они считают, что три конкретных человека служат более понятными символами науки для масс, чем безликая армия исследователей». Вот в таком ключе мы и пообщались. И они до сих пор ломают над этим голову…

ведущий: Честно говоря, я понимаю эту позицию. У меня нет однозначного мнения. Если мерилом служит исключительно качество науки, то награду, безусловно, заслуживает весь коллектив. Но с другой стороны, персональная победа круто меняет жизнь лауреатов, а для общества лучший способ привить интерес к науке — показать живые человеческие лица с их историями. Я действительно не знаю, как тут правильно.

Кип Торн: Да уж. Быть может, вы и правы. Однако премия Breakthrough Prize, учрежденная в физике… хотя это и огромные деньги…

ведущий: Там вроде есть номинация и для биологии.

Кип Торн: Да, вы абсолютно правы. Так вот, премия Breakthrough поступила иначе: в случае с LIGO две трети суммы отдали самой коллаборации, а одну треть разделили между тремя учеными. И, по-моему, это сработало прекрасно.

ведущий: Бесспорно. Нобелевскую премию мира ведь дают…

Кип Торн: Организациям.

ведущий: Коллегиям. Нобелевки мира вручают по иным критериям, но есть и другие примеры: мой друг Брайан Шмидт, внесший вклад в открытие ускоренного расширения Вселенной, настаивал, чтобы награду разделила команда, а не он лично. Но Нобелевский комитет стоял на своем: «Нет, мы так не работаем». Впрочем, все течет, все меняется. Как вы считаете, созрели ли они для перемен?

Кип Торн: Думаю, определенная часть комитета открыта к переменам. Мне говорили, что у них есть юридическое право изменить правила. Это вовсе не высечено в камне завещанием Альфреда Нобеля.

ведущий: Да уж, завещание Нобеля и реальная практика комитета расходятся кардинально, так что…

Кип Торн: О да. О да.

[смех]

ведущий: Как по-вашему, в целом… У Ричарда Фейнмана было эссе под названием «Еще одна ошибка Альфреда Нобеля». Считаете ли вы вообще Нобелевскую премию полезной для науки?

Кип Торн: Полагаю, да. Она эффективнее любого другого инструмента позволяет достучаться до широкой мировой общественности, далекой от науки, и продемонстрировать ей всю мощь, красоту и значимость научных изысканий.

ведущий: Согласен. А что вы думали об этом пятьдесят лет назад? Каково было… Пожалуй, стоит спросить о царивших тогда настроениях насчет гравитационных волн, но для начала — небольшой ликбез для наших слушателей: что из себя представляет гравитационная волна?

Кип Торн: Гравитационную волну можно наглядно представить как рябь на поверхности пространства или, если говорить точнее, пространства-времени. В нашем частном случае ее порождают две сталкивающиеся черные дыры; она мчится сквозь Вселенную, неся в себе закодированную информацию о своем источнике. Аналогия с рябью на пруду неплоха: бросив камень в гладкую воду, вы видите расходящиеся круги. Однако гравитационная волна устроена иначе: вода в пруду просто поднимается и опускается, здесь же само пространство попеременно то растягивается, то сжимается в одном направлении, перпендикулярном ходу волны, а в другом — наоборот, сжимается и растягивается. То есть в одном измерении идет растяжение, в перпендикулярном — сжатие. Но что вообще значит «пространство растягивается и сжимается»?

ведущий: Да-да.

Кип Торн: Представьте себе крошечные космические пылинки или астероиды, дрейфующие в пустоте. Когда проходит волна, они сначала находились в покое относительно друг друга, а затем начинают двигаться вместе с деформирующимся пространством: их то разводит в стороны, то сближает, то снова разводит. Соответственно, дистанция между ними непрерывно меняется.

ведущий: Об этом ученые рассуждали уже давно. Эйнштейн… Насколько я помню, его взгляды постоянно менялись: он то признавал реальность волн, то яростно их отрицал.

Кип Торн: Совершенно верно. Бывали периоды, когда он полностью разочаровывался в гравитационных волнах. Но затем быстро реабилитировал их в собственных глазах и приходил к выводу: нет, они должны существовать. Тем не менее, в среде релятивистов этот вопрос оставался дискуссионным вплоть до 1980-х годов. Поразительно, сколько времени потребовалось физическому сообществу, чтобы прийти к консенсусу.

ведущий: И что… Что именно вызывало такие трудности в понимании?

Кип Торн: Главная сложность заключалась в том, что теория изложена на языке высшей математики, а за ней нужно было разглядеть реальную физическую суть. Для моего поколения это казалось самоочевидным…

ведущий: Да.

Кип Торн: Мой наставник Джон Уилер привил мне правильный взгляд на вещи. А вот исследователям старшего поколения, тяжело осваивавшим математический аппарат общей теории относительности, все стало до конца понятно лишь тогда, когда мы вплотную занялись проектированием детекторов.

ведущий: Разве не было знаменитого мысленного эксперимента Фейнмана, доказывающего физическую реальность гравитационных волн?

Кип Торн: Абсолютно верно. Это один из самых изящных аргументов. Он предложил взять жесткий стержень и нанизать на него бусины, которые могут скользить с небольшим трением. При прохождении гравитационной волны стержень, будучи жестким, почти не меняет длину, а вот бусины начинают свободно ерзать туда-сюда, преодолевая трение, нагревая стержень и в случае мощной волны даже способные вызвать его возгорание.

ведущий: Обожаю этот пример. Пока остальные ломают головы над уравнениями и симметриями, у Фейнмана — стержень с бусинами.

Кип Торн: Но в основе его примера лежало вполне конкретное «уравнение геодезического отклонения». Другой физик-теоретик, Феликс Пирани, первым указал: «Эй, вот же уравнение, которое нужно использовать для обсуждения гравитационных волн». Фейнман озвучил свой мысленный эксперимент на конференции в Чапел-Хилле в Северной Каролине в 1956-м или 1957 году.

ведущий: Кажется, в 1957-м.

Кип Торн: Пусть в 1957-м, хорошо.

ведущий: Или, возможно, в 1956-м.

Кип Торн: Не суть важно, работа Феликса Пирани появилась примерно в те же годы с разницей в сезон. До того ученые попросту не располагали математически корректным языком для обсуждения волн. И насколько мне известно, именно Фейнман дал это великолепное наглядное описание, выросшее из строгой математики. Это отлично характеризует Фейнмана, который, разумеется, был моим близким другом. На подобных конференциях он любил выдать какую-нибудь ошеломляющую идею, ставящую всех в тупик. А если потом кто-то допытывался: «Откуда это взялось? Как вас озарило?», он отвечал: «Ну, я пару лет назад потратил кучу времени на вычисления просто из любопытства, чтобы во всем разобраться. Разобрался и успокоился. Мне не нужно было писать об этом статью — я просто понял суть».

ведущий: И просто приберег инсайт для подходящей конференции, верно?

Кип Торн: Им двигало чистейшее научное любопытство. И у него всегда был колоссальный багаж знаний, накопленный благодаря вопросам, которые он десятилетиями задавал самому себе.

ведущий: Кстати, та же знаменитая конференция в Чапел-Хилле вроде бы дала мощный толчок развитию многомировой интерпретации квантовой механики, о которой я сейчас как раз думаю.

Кип Торн: Было дело.

ведущий: Ведь Джон Уилер был научным руководителем и Хью Эверетта, и Ричарда Фейнмана, и вас самих, так что…

Кип Торн: Да, хотя сам Джон Уилер, популяризировавший эту идею, в нее не верил.

ведущий: Не верил, точно. Но тем не менее…

Кип Торн: Впрочем, это уже совсем другая история.

ведущий: Да, тема для отдельного выпуска. Если к гравитационным волнам относились скептически, то к черным дырам — пожалуй, еще скептичнее.

Кип Торн: Абсолютно верно. И по той же причине: продраться сквозь математические абстракции к физической сути черных дыр было еще сложнее. Этот скептицизм держался вплоть до начала 1970-х, пока его окончательно не развеяли.

ведущий: И примерно в тот же период вы начали задумываться о LIGO или о гравитационных волнах в целом?

Кип Торн: К экспериментам я подступился как раз тогда. Теоретической физикой гравитационных волн я увлекся еще в середине 1960-х, будучи аспирантом у Джона Уилера. Но всерьез — настолько глубоко, насколько позволяли силы — об экспериментальной реализации я начал думать после того, как Джозеф Вебер в 1969 году заявил об обнаружении первых признаков гравитационных волн. И хотя я горячо поддерживал работы Вебера, именно его заявление послужило спусковым крючком. В 1972 году вместе со своим студентом Биллом Прессом мы написали первую программную статью о том, какие именно задачи можно будет решать с помощью гравитационных волн, если их удастся поймать. В том же году Райнер Вайсс — Рэй, как я его называю, — работавший в MIT, опубликовал эпохальную техническую работу. В ней он детально описал тот самый тип интерферометра, который мы в итоге построили, скрупулезно перечислил все потенциальные помехи и источники шумов, предложил методы борьбы с каждым из них и оценил предельную чувствительность системы. Полагаю, именно тогда, в 1972 году, для нас обоих стартовал путь, прямой дорогой приведший к созданию LIGO.

ведущий: Маленькая ремарка для тех, кто вдруг не в курсе — хотя среди нашей аудитории таких меньшинство, — LIGO расшифровывается как Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория. Но давайте для непосвященных объясним разницу между теоретиком вроде вас и экспериментатором или приборостроителем вроде Рэя Вайсса.

Кип Торн: Четкой границы между нами нет, но большинство физиков концентрируются либо на теории, создавая математические модели Вселенной и просчитывая следствия открытых законов, либо на эксперименте. Теоретик работает с формулами и физической интуицией, пытаясь предсказать устройство природы. Экспериментатор же конструирует физические установки, чтобы испытать теорию на практике. Рэй Вайсс — гениальный экспериментатор с глубочайшим пониманием теории, посвятивший жизнь приборам. Именно он спроектировал и изобрел детектор в его нынешнем виде, хотя похожие идеи витали в воздухе и раньше. Но воплотить концепцию в металле и стекле суждено было именно ему.

Я же был теоретиком, задающим общее направление исследований, и вместе со своими аспирантами потратил массу времени на просчет всевозможных сценарных катастроф, способных погубить эксперимент, используя математический аппарат и физическую интуицию. Однако руками я ничего не строил.

ведущий: Понятно. У вас получилось длинное предложение, и мне кажется, вы оговорились…

Кип Торн: Да, прошу прощения.

ведущий: Нет-нет, все в порядке, просто прозвучало так, будто «большинство физиков — теоретики».

Кип Торн: Или экспериментаторы, конечно.

ведущий: Ну да, их по меньшей мере…

Кип Торн: Физики делятся на теоретиков и экспериментаторов. Но в моем случае — и это сыграло ключевую роль — еще в принстонской аспирантуре я решил специализироваться на гравитации. Это было захватывающее поле, находившееся в многолетнем застое. Я прекрасно понимал, что теория относительности сможет взлететь только тогда, когда обретет экспериментальный фундамент. Поэтому я на целый год погрузился в работу на циклотроне в лаборатории ядерной физики, просто чтобы изнутри понять практику экспериментаторов, неважно какого профиля. В Принстоне я числился в теоретической группе Джона Уилера, но аккуратно ходил на еженедельные семинары экспериментальной группы Боба Дикке, где Рэй Вайсс тогда был постдоком.

ведущий: А, вот оно что.

Кип Торн: Да, ее возглавлял Боб Дикке, другой выдающийся профессор. Так я заранее подготовил себя к работе на стыке теории и эксперимента.

ведущий: Знаменитая гравитационная группа Дикке, кстати, внесла колоссальный вклад в изучение космического микроволнового фона.

Кип Торн: Совершенно верно.

ведущий: Да.

Кип Торн: Абсолютно.

Как устроена LIGO

ведущий: Вернемся к LIGO. Расскажите, как она устроена и что представляет собой на практике?

Кип Торн: LIGO представляет собой комплекс специализированных приборов — гравитационно-волновых интерферометров, предназначенных для регистрации приходящих из глубины космоса волн и извлечения из них информации о Вселенной. Каждая такая установка непрерывно измеряет микроскопические деформации пространства. Внутри нее установлены четыре массивных зеркала, каждое весом порядка 40 килограммов.

ведущий: Звучит безобидно. Пойду соберу такую у себя на заднем дворе и сэкономлю кучу денег.

Кип Торн: Разумеется. Только учтите, что зеркала должны быть идеальными, подвешенными на кварцевых нитях к сложнейшей системе сейсмоизоляции.

ведущий: Таких у меня на даче нет, но на Amazon, наверное, найдется что-нибудь похожее.

Кип Торн: Само собой. Вы размещаете два зеркала на концах одного плеча буквоподобной установки в форме буквы L, а еще два — на концах перпендикулярного плеча. Набегающая гравитационная волна сближает зеркала в одном плече и синхронно раздвигает в другом. Ключевой параметр здесь — амплитуда колебаний. Для зафиксированного нами события смещение зеркал составило одну сотую долю диаметра протона — ядра атома водорода.

ведущий: Звучит удручающе мало.

Кип Торн: Это примерно в триллион раз меньше длины волны используемого лазерного излучения.

ведущий: А зеркала…?

Кип Торн: Что зеркала?

ведущий: На каком расстоянии друг от друга они находятся?

Кип Торн: Плечи детектора растянуты на четыре километра.

ведущий: Они закопаны под землю или упрятаны в трубы?

Кип Торн: Упрятаны в герметичные трубы.

ведущий: По которым пускают лазерный луч?

Кип Торн: Совершенно верно, лазерный луч циркулирует по трубам. Интерферометрия позволяет отслеживать деформации. Но главный вопрос: как, черт возьми, зафиксировать смещение зеркал на четырехкилометровой базе, если амплитуда колебаний в триллион раз меньше длины волны света? Как заметить величину, в сто раз уступающую размеру протона, а протон, в свою очередь, в сто тысяч раз меньше атома? Сама поверхность зеркала состоит из атомов. Мы говорим о смещениях, в десять миллионов раз меньших размеров самих атомов зеркала! При этом эти атомы беспрерывно хаотично колеблются из-за теплового движения на расстояния, в миллионы раз превышающие искомый сигнал.

ведущий: Если бы кто-то спросил: «Можете ли вы с такой точностью зафиксировать положение протона?», любой ответил бы: «Нет, это физически невозможно». Но вы измеряете изменения положения, вызванные прохождением волны.

Кип Торн: Вы фиксируете суммарное смещение огромного ансамбля атомов — фактически, положение центра масс зеркала. Именно поэтому задача казалась безумной. Детектор нужно было спроектировать так — в чем и заключался гений Рэя Вайсса, — чтобы лазерный свет отражался от поверхностей зеркал, кипящих от тепловых флуктуаций, но итоговый сигнал отражал исключительно смещение центра зеркала, усредняя хаос его атомов.

ведущий: Одна из классических шуток: если аспирант в соседней комнате чихнет, зеркало завибрирует сильнее, чем от прохождения гравитационной волны, верно?

Кип Торн: Именно так. Так что тому аспиранту лучше держаться от труб подальше.

ведущий: Но там же наверняка предусмотрена многоуровневая система защиты и шумоподавления?

Кип Торн: Разумеется. Учитывать приходится миллион факторов. Именно поэтому эксперимент обошелся американским налогоплательщикам дороже миллиарда долларов.

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: Сумма астрономическая, потому что в такой тонкой установке может пойти наперекосяк абсолютно всё. Масштаб проблемы можно оценить по числу независимых каналов мониторинга, отслеживающих состояние прибора и окружающей среды. Их не сто, не тысяча и не десять тысяч — их сто тысяч! Сто тысяч датчиков ежесекундно рапортуют о потенциальных источниках помех.

ведущий: Обо всем, что способно испортить картину.

Кип Торн: И лишь один-единственный канал несет крупицу информации о гравитационной волне — о паттерне растяжения и сжатия пространства.

ведущий: Да уж, задача монументальная. Насколько ясно вы осознавали все эти трудности в 1972 году и как быстро пришли к такому пониманию?

Кип Торн: Нет, в те годы никто не представлял масштаба предстоящих трудностей. Пожалуй, одним из сильнейших экспериментаторов, с которыми мне довелось сотрудничать помимо Рэя и Рона Дривера в Калтехе, был Владимир Брагинский из Москвы. Он был совершенно выдающимся ученым и моим близким другом. Наряду с Джозефом Вебером, Брагинский стоял у истоков этой науки. Идею он горячо поддерживал, но сразу заявлял: «Нет, это не для меня, здесь слишком много нерешаемых проблем». Идти по этому пути было безумно рискованно, поэтому он выбрал более простые подходы. Он регулярно приезжал в Калтех и MIT на протяжении 70-80-х годов; и когда в конце 80-х, во время активной фазы проектирования LIGO, он воочию увидел наш прогресс и чертежи, то вернулся домой, закрыл свои прежние проекты и целиком влился в команду LIGO. Но целых пятнадцать лет он оставался скептиком именно из-за чудовищной сложности приборов.

ведущий: Главный страх заключался в том, что прибор-то заработает идеально, но во Вселенной попросту не окажется источников достаточно мощных гравитационных волн, чтобы мы могли их засечь?

Кип Торн: О нет, меня лично это ни капли не беспокоило.

[смех]

ведущий: Ну, детектор лжи сейчас к вам не подключен.

Кип Торн: Научное сообщество этим терзалось, но мне казалось очевидным — пусть и не со стопроцентной уверенностью, а с вероятностью в 95 процентов, — что в космосе полно кружащихся и падающих друг на друга черных дыр и нейтронных звезд. К 1980 году они уже прочно закрепились в статусе главных мишеней, под которые мы закладывали параметры будущей установки.

ведущий: И вас не удивило то, что вы в итоге увидели в 2016-м?

Кип Торн: Точнее, в конце 2015-го.

ведущий: Да, в 2015-м, а объявили в 2016-м.

Кип Торн: Совершенно верно. Результат в точности соответствовал моим ожиданиям, разве что черные дыры оказались чуть массивнее, чем я предполагал.

ведущий: По 30 солнечных масс каждая.

Кип Торн: Да. А я ставил на 15 масс Солнца. Но повторюсь, примерно с 1980 года я ждал именно этого. Мы уже неплохо понимали Вселенную и возможности прибора. Ключевой физический факт здесь прост: массивные объекты генерируют более мощное излучение. Чрезвычайно массивные черные дыры видны с гораздо больших расстояний. Поскольку пространство трехмерно, увеличение радиуса обзора в десять раз дает тысячекратный прирост доступного для наблюдения объема Вселенной. Я полагал, что черных дыр в космосе меньше, чем нейтронных звезд — ну, пусть в сто раз, но не в тысячу. А значит, первыми мы должны обнаружить именно их. Так в итоге и вышло, и для меня это был наиболее ожидаемый сценарий.

ведущий: Подобные катаклизмы — довольно редкое событие для отдельной галактики, верно? Как часто в нашей Галактике сливаются две 30-солнечные черные дыры?

[смех]

Кип Торн: Примерно раз в миллион лет.

ведущий: Вот именно. Но галактик-то вокруг миллиарды. Так мы и совершаем открытия.

Кип Торн: Абсолютно верно.

ведущий: И что нового успела поведать нам Вселенная благодаря этим данным?

Кип Торн: Мы воочию убедились, что черные дыры действительно объединяются в пары и сталкиваются, образуя двойные системы — ровно так, как предсказывала теория.

ведущий: Не стоит забывать: до этого мы лишь догадывались об их существовании.

Кип Торн: Именно так. Для меня самый потрясающий вывод заключается в том, что при столкновении черных дыр сталкиваются объекты, полностью лишенные какого-либо вещества. У них нет твердой поверхности, внутри них вообще ничего нет. Они состоят исключительно из искривленного пространства и искривленного времени. Сливаясь, они порождают невообразимую бурю в самой геометрии пространства-времени, заставляя его колебаться подобно океану в шторм. Еще три-четыре года назад мы рассуждали об этих бурях лишь на уровне умозрительных формул. Но незадолго до триумфа LIGO суперкомпьютерные симуляции уравнений Эйнштейна позволили детально промоделировать этот шторм. И вот теперь мы зафиксировали реальные волны от этих космических бурь. Совпадение компьютерных моделей с нашими наблюдениями просто поразительно. Впер Kwe у нас есть как теоретическое понимание, так и практическое подтверждение штормов в ткани пространства-времени.

ведущий: Пожалуй, в этой истории есть аспект, которому широкая публика уделяет незаслуженно мало внимания. Существует общая теория относительности Эйнштейна — теория гравитации как геометрии пространства-времени. Она выражается уравнениями Эйнштейна. Но это целая система взаимосвязанных нелинейных уравнений, решить которые аналитически на бумаге невозможно — тут без компьютера не обойтись. Еще недавно точное и практически полезное компьютерное моделирование релятивистских эффектов казалось невыполнимой задачей.

Кип Торн: Совершенно верно. На разработку вычислительных методов и технологий для симуляций ушло ровно столько же времени, сколько на создание самих детекторов — те же полвека. В 1990-х и начале 2000-х я с замиранием сердца следил за этими попытками, понимая, что первыми мы увидим именно слияния черных дыр. Но опознать сигнал без предварительных расчетов невозможно. Чтобы извлечь из данных физические параметры катаклизма, нам жизненно требовались теоретические шаблоны. Прогресс шел мучительно медленно. Я возглавлял консультативный комитет консорциума, объединявшего все ведущие мировые группы по численному моделированию. И как глава комитета я был ужаснут черепашьей скоростью продвижения.

Задача оказалась дьявольски сложной. И вовсе не из-за некомпетентности коллег — над ней работали лучшие умы планеты, — просто барьер сложности был колоссальным. Поэтому в начале 2000-х я отошел от рутинных дел в LIGO, чтобы сфокусироваться на численной относительности здесь, в Калтехе, объединив усилия с сильнейшей в мире группой Сола Тьюкольского из Корнелла. Я не писал программный код лично — точно так же, как не собирал детекторы LIGO руками, — но я помогал задавать вектор, формулировать вопросы и определять требования к точности симуляций. Именно на это уходили мои силы в момент триумфального открытия гравитационных волн, так что на финальном этапе эксперимента я уже не играл роль ключевого строителя.

ведущий: Но за последнее десятилетие мы совершили поистине гигантский скачок.

Кип Торн: Бесспорный скачок. Колоссальный прогресс в вычислениях и экспериментах сошелся воедино тютелька в тютельку. Именно этот союз теории, компьютерных моделей и наблюдений позволил нам осознать, что именно мы увидели.

ведущий: Откуда вообще берутся 30-солнечные черные дыры — не говоря уже о паре таких гигантов, кружащихся в танце перед слиянием?

Кип Торн: О, это вы мне скажите.

[смех]

Кип Торн: Подобных объектов никто не ждал. Никто. Впрочем, когда астрономы сталкиваются с сюрпризами, теоретики всегда готовы предложить с десяток объяснений.

ведущий: Верно. Гипотез у нас масса, вот только какая из них верная — вопрос открытый.

Кип Торн: Именно так, меню гипотез обширно. Лично мне наиболее правдоподобным кажется следующий сценарий: сначала в недрах шаровых скоплений — плотных скоплений звезд — рождаются черные дыры меньшей массы. Под действием гравитационного взаимодействия с остальными светилами они постепенно тонут к центру скопления. Там они находят друг друга, сливаются, образуя более массивные тела, которые затем повторяют цикл. Так в относительно короткие сроки формируются черные дыры массой в 30 солнечных.

ведущий: Которые разительно отличаются от сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик.

Кип Торн: Разительно. 30 масс Солнца — это одно дело. Но в центре нашей Галактики сидит монстр массой в четыре миллиона солнц. А в сердце Андромеды, нашей ближайшей крупной соседки, масса центральной черной дыры исчисляется сотнями миллионов солнечных масс. Это совершенно разные весовые категории.

ведущий: Есть ли шанс разглядеть их с помощью гравитационных волн?

Кип Торн: Безусловно. Я в этом не сомневаюсь.

ведущий: Это по силам LIGO?

Кип Торн: О нет.

ведущий: У LIGO нет ни единого шанса.

Кип Торн: Чем массивнее сливающиеся черные дыры, тем медленнее колебания порождаемых ими волн, а значит, огромнее их длина. Когда дело доходит до столь низких частот — скажем, с периодом в десятки минут, час или десять часов, — земной фоновый шум становится непреодолимым препятствием.

ведущий: Да уж, на этих временных интервалах на Земле происходит слишком много всего.

Кип Торн: На Земле царит чудовищный шум от океанов, сейсмики, людей. Единственный выход — вынести приборы за пределы земного шара, в космос.

ведущий: И вам наверняка хотелось бы разнести зеркала или их аналоги на расстояние порядка десяти световых минут друг от друга?

Кип Торн: Совершенно верно.

ведущий: А каков размер Земли в световых секундах?

Кип Торн: Ну, примерно одна десятая световой секунды.

ведущий: Вот именно.

Кип Торн: Доля световой секунды. Десятая или даже сотая доля.

ведущий: Верно. В годы моего детства существовал прекрасный проект LISA — планировалось запустить в космос три космических аппарата, гоняющих лазерные лучи между собой. Потом проект заморозили из-за дороговизны. Но стоило вам обнаружить гравитационные волны, как интерес к нему вспыхнул с новой силой. Как обстоят дела сейчас?

Кип Торн: Насколько я помню, история развивалась несколько иначе.

ведущий: Слушаю.

Кип Торн: Проблема усугубилась тем, что бюджет космического телескопа имени Джеймса Уэбба трещал по швам, и NASA в одностороннем порядке вышла из соглашения с Европейским космическим агентством по проекту LISA.

ведущий: Понятно.

Кип Торн: И это далеко не первый случай, когда Штаты выходят из международных договоренностей… Европейцы уже начали привыкать к подобному.

ведущий: Да уж, надежным партнером США в долговыходящих космических программах не назовешь.

Кип Торн: Такова изнанка нашей политической системы. Руководство NASA здесь бессильно — все зависит от капризов Конгресса и смен администраций, что пагубно сказывается на науке. Как бы то ни было, американцы вышли, а европейцам тянуть проект в одиночку стало тяжело, и они урезали масштаб миссии, сделав ее чуть более рискованной, но жизнеспособной. Теперь же, после триумфа наземных детекторов LIGO, фиксирующих высокочастотные всплески, интерес к низкочастотной LISA резко подскочил. Вполне вероятно, что NASA вернется в проект, но уже на правах младшего партнера.

ведущий: Поделом им.

Кип Торн: Именно так.

ведущий: А параллельно Китай затеял собственный проект по созданию облегченного аналога LISA.

Кип Торн: Совершенно верно.

ведущий: И они вполне могут первыми поймать космические гравитационные волны.

ведущий: В конкуренции нередко рождается истина.

Кип Торн: Безусловно.

ведущий: Сначала сделать наскоком, грубо, но быстро, а потом вернуться и переделать на совесть.

Кип Торн: Точно.

ведущий: Стоит еще раз подчеркнуть масштаб этого прорыва: чуть больше ста лет назад Альберт Эйнштейн, опираясь на чистые умозрения… У него ведь не было данных, опровергающих ньютоновскую механику. Он руководствовался лишь фундаментальными принципами — принципом эквивалентности, специальной относительностью и математической элегантностью — и создал общую теорию относительности. К слову, мы оба написали учебники по ОТО, так что в каком-то смысле мы конкуренты.

Кип Торн: Едва ли конкуренты. Мой учебник вышел на десятилетия раньше вашего.

ведущий: Но ваш тираж перекрыл все мыслимые рекорды.

Кип Торн: Да. Хотя сегодня ваш учебник, пожалуй, раскупают активнее моих старых трудов.

ведущий: Молодежь подрастает, я надеюсь. Как бы то ни было, Эйнштейн оказался прав. Мы до сих пор постигаем глубинный смысл его теории: гравитация — это не сила, а искривление пространства-времени. Верно ли это?

Кип Торн: Абсолютно справедливо.

ведущий: Что ждет нас за горизонтом? Что еще мы должны узнать о пространстве-времени и ОТО, раз уж уравнения давно выписаны?

Кип Торн: Ближайшие пять лет — область, которая горячит меня больше всего, — будут посвящены детальному изучению тех самых штормов в геометрии пространства-времени. К примеру, компьютерные симуляции и теоретический анализ показали, что из каждой вращающейся черной дыры бьют закрученные вихри пространства.

ведущий: Любопытно.

Кип Торн: Это явление до боли напоминает торнадо. У северного полюса черной дыры пространство закручивается против часовой стрелки, у южного — по часовой. При слиянии двух черных дыр у результирующего объекта формируется до четырех подобных вихревых труб в дополнение к двум вихрям орбитального углового момента. Итого наружу могут прорываться до шести вихрей! Но черные дыры не любят избытка вихрей…

ведущий: Логично.

Кип Торн: Поэтому им приходится яростно бороться друг с другом, пока система не успокоится, оставив лишь два вихря. Удивительная динамика пустой геометрии.

ведущий: Потрясающе.

Кип Торн: До появления суперкомпьютеров мы об этом даже не догадывались.

Червоточины и путешествия во времени

ведущий: Итак, эти черные дыры бешено вращаются. Но мы произносим слово «вращаются», помня, что никакого материального тела там нет — крутится сама пустота.

Кип Торн: Совершенно верно.

ведущий: Если я прыгну в такую черную дыру, удастся ли мне попутешествовать по Галактике?

Кип Торн: Едва ли. Почти наверняка вы погибнете.

ведущий: А как же мне совершить межзвездное путешествие? Вопрос, конечно, с подвохом, учитывая историю с вашим знаменитым коллегой.

Кип Торн: Да, речь о моем близком друге Карле Сагане.

ведущий: Именно.

Кип Торн: Он написал роман «Контакт», хотя изначально задумывал его как киносценарий…

ведущий: О, этого я не знал.

Кип Торн: Сценарий долго не запускали в производство, и он переписал его в книгу.

ведущий: Зачем вообще сценаристу превращать текст в роман?

Кип Торн: Главная героиня, которую в фильме сыграла Джоди Фостер, должна была преодолеть космическое пространство с помощью черной дыры, добравшись до окрестностей Веги. И он прислал мне гранки рукописи со словами: «Знаю, у меня тут могут быть физические неувязки. Поможешь?» Я читал рукопись на ходу, когда ехал на машине… кажется, на выпускной моей дочери в Санта-Крус.

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: Я листал страницы в салоне автомобиля и тут же отписал ему: «Нет, с черной дырой так не выйдет. Героиня просто разорвана на части гравитационными силами».

ведущий: Короткий получился бы фильм.

Кип Торн: Да уж. Поэтому я предложил использовать червоточину — гипотетический мост, у которого, как и у черной дыры, есть сферическое горло, напоминающее горизонт событий, но сквозь которое можно безопасно пройти в обе стороны и вынырнуть в совершенно другом уголке Вселенной.

ведущий: С точки зрения физической полиции: черные дыры доказаны на практике, а червоточины пока остаются в области гипотез.ковы шансы на их реальное существование?

Кип Торн: Вероятность их естественного происхождения ничтожно мала. Шанс того, что сверхразвитая цивилизация сможет искусственно создать червоточину, чуть выше, но тоже невелик. И даже если они её создадут, она, скорее всего, схлопнется быстрее, чем кто-либо успеет в нее шагнуть. Вероятность удержать горловину открытой с помощью экзотической материи крайне мала, хотя и отлична от нуля.

ведущий: Но не равна нулю.

Кип Торн: Вдохновленный вопросом Карла Сагана и моим предложением задействовать червоточину в том, что станет «Контактом», я вместе с другими физиками принялся истово копать эту тему: разрешены ли червоточины фундаментальными законами природы? И выяснилось, что без экзотических ухищрений они неизбежно коллапсируют. Мы бились над этой задачей долго. К моему удивлению, окончательного ответа нет до сих пор, но имеющиеся расчеты недвусмысленно намекают: в природе естественным путем они существовать не могут.

ведущий: Вы размышляли над этим в конце 1980-х — начале 90-х?

Кип Торн: Исследования продолжаются и поныне, хотя и не в таких масштабах. Пик пришелся на рубеж 80-90-х, но вопросы остаются.

ведущий: Итак, Карл Саган хочет отправить Элли Эрроуэй на другой край Галактики. Вы подсказываете ему идею червоточины вместо черной дыры. А откуда взялся сам термин «червоточина»?

Кип Торн: Само слово придумал Джон Уилер. Но концепция восходит еще к Герману Вейлю, примерно к 1922 году.

ведущий: Невероятно. Я был уверен, что это заслуга Эйнштейна.

Кип Торн: Эйнштейн со своим коллегой Натаном Розеном пришли к похожей модели независимо от Вейля в 1936 году («мосты Эйнштейна — Розена»), но пионером был Вейль. Тем не менее, именно Джон Уилер в 1950-х популяризировал термин и занялся их углубленным изучением, интуитивно чувствуя: на ультрамалых масштабах планковской длины пространство-время обязано терять гладкость. Согласно квантовой механике, вакуум там кипит и флуктуирует. Уилер утверждал, что на этих масштабах пространство буквально источено пеной из постоянно рождающихся и исчезающих квантовых червоточин.

ведущий: Захватывающе.

Кип Торн: Это была его излюбленная тема.

ведущий: Здесь кроется серьезная трудность — возможно, мы чересчур углубляемся в детали, но удержаться невозможно. Общая теория относительности дает нам уравнения Эйнштейна. Слева в них стоит кривизна пространства-времени, а справа — материя и энергия, которые эту кривизну порождают. Левая геометрическая часть прекрасна и понятна, а правая, с материей — сплошная головная боль. Не отсюда ли все наши проблемы с пониманием червоточин?

Кип Торн: Отчасти да. Червоточина без материи — это чистая геометрия, но она нестабильна и схлопывается.

ведущий: Верно.

Кип Торн: Чтобы удерживать горловину открытой, в нее необходимо поместить материю с отрицательным давлением — ту самую экзотическую материю. И вот тут начинаются главные тернии.

ведущий: И тут в игру вступает квантовая физика… полная непредсказуемость.

Кип Торн: Вторая проблема, занимавшая Уилера, заключается в том, что на планковских масштабах мы вообще не знаем законов физики. Мы вынуждены гадать. И его гипотеза квантовой пены выглядит правдоподобно. Но мы не обладаем надежной теорией квантовой гравитации, чтобы уверенно заявлять, можно ли удержать макроскопическую червоточину открытой.

ведущий: Но если огромная червоточина позволяет пересечь Галактику за секунды, не нарушает ли это запрет специальной теории относительности на движение быстрее света? Это ведь прямой путь к машине времени.

Кип Торн: Ну бросьте.

Конечно, перемещаться быстрее света во Вселенной можно, все это знают, но не локально. Давайте уточним терминологию. Наша Вселенная расширяется. Вы, Шон, как космолог понимаете это лучше меня…

[смех]

ведущий: Самые отдаленные уголки космоса удаляются от нас быстрее света, поэтому их свет никогда нас не достигнет. Но они действительно удаляются. Локальный запрет гласит лишь то, что объекты, находящиеся по соседству в плоском пространстве-времени, не могут обгонять световой луча. Однако в случае сильного искривления пространства-времени, как у червоточины, этот локальный запрет не нарушается глобально.

Кип Торн: Совершенно верно. И после выхода «Контакта» — хотя не уверен, был ли он первым фильмом, где червоточины использовали для межзвездных прыжков…

ведущий: Похоже на то.

Кип Торн: Теперь этим грешит каждый фантастический блокбастер вроде «Звездного пути».

ведущий: И тогда вы с коллегами осознали: раз с помощью червоточины можно прыгать на любые расстояния, значит, манипулируя ее концами, можно смастерить машину времени.

Кип Торн: Да, да. К этой идее пришел я сам, хотя другие релятивисты предлагали иные схемы машин времени. Эта просто оказалась на слуху, во многом благодаря «Контакту».

Кип Торн: Но если говорить конкретно, мы впервые просчитали инженерную схему ее постройки. Большинство старых моделей машин времени начинались с абстракций вроде: «Представьте себе бесконечно длинный цилиндр…»

ведущий: А червоточина хотя бы локализована в пространстве.

Кип Торн: Разумеется, когда у вас уже есть готовая червоточина.

ведущий: Когда она уже есть в наличии.

Кип Торн: Итак, вместе с двумя моими аспирантами, Майком Моррисом и Ульви Юртсевером, мы разработали концепцию превращения червоточины в машину времени. Схема до смешного проста. Берем один конец червоточины, сажаем мою жену в космический корабль, и она увозит его в путешествие на околосветовой скорости. Для нее, с точки зрения внешнего наблюдателя, время замедлится. Я сижу на Земле, для меня время идет в обычном темпе. Но если заглянуть внутрь червоточины, наши часы идут синхронно! И вот тут начинается магия. Когда она возвращается, снаружи она молода, а я стар, но внутри горловины наши часы по-прежнему показывают одно и то же время. Создается замкнутая петля времени. Машина времени готова.

ведущий: Потрясающе.

Кип Торн: Да, концепция проста. Возникает закономерный вопрос: что на это ответят законы физики? Разрешит ли природа подобный фокус? Инженер цивилизации третьего типа может построить устройство, не нарушая общую относительность. ОТО говорит: «Пожалуйста, стройте машину времени сколько душе угодно».

ведущий: Да.

Кип Торн: Но в дело вступают законы квантовой механики и термодинамики. Квантовые флуктуации вакуума присутствуют везде. И что произойдет, когда вы замкнете петлю времени? Квантовая физика говорит: как только вы превратите червоточину в машину времени, вакуумные флуктуации пойдут по кругу, энергия начнет лавинообразно нарастать, и червоточина самоуничтожится.

ведущий: С какой стороны ни зайди, Вселенная словно отчаянно сопротивляется любым попыткам построить машину времени.

Кип Торн: Похоже на то.

[смех]

ведущий: А вас не пугает перспектива изобретения машины времени? Из-за неизбежных логических парадоксов вроде «убийства собственного дедушки»…

Кип Торн: Напротив, я считаю это чудесным.

[смех]

Кип Торн: Любое свидетельство того, что природа устроена сложнее наших ожиданий — это прекрасно. Это открывает дверь к познанию удивительных вещей.

ведущий: Значит, когда вы в начале 1970-х поняли, как подступиться к гравитационным волнам, вы просто заглянули в прошлое к самому себе и подсказали правильный ответ?

[смех]

ведущий: Но тем не менее…

Кип Торн: О нет, конечно нет. Тем не менее, проблема парадоксов стояла остро. Этим я тоже занимался со студентами. Мы задались вопросом: «Хорошо, предположим, червоточина превращена в машину времени и не взорвалась от квантовых флуктуаций. Как природа разрешает логические парадоксы?» И тут мой дорогой друг, ныне покойный Джо Полчински…

ведущий: Ах да.

Кип Торн: Выдающийся физик-теоретик, много лет назад бывший моим аспирантом, прислал мне письмо — или электронное письмо, шел 1990 год, рассвет эпохи email…

ведущий: Да-да, зарождение интернета.

Кип Торн: Он написал: «Вот вам мысленный эксперимент. Бильярдный шар влетает в один конец червоточины, вылетает из другого в прошлом, бьет самого себя до влета и меняет траекторию так, что шар не может войти в горловину. Как разрулить этот парадокс?» Мы назвали это «парадоксом Полчински». Вместе со студентами мы просчитали, что по этому поводу думает физика. Выяснилось, что у природы есть элегантный выход.

ведущий: Любопытно.

Кип Торн: Шар влетает, вылетает из прошлого и наносит самому себе вскользь легкий удар. В результате он меняет траекторию ровно настолько, чтобы вылететь из горловины под нужным углом и стукнуть себя в прошлом именно так, как было запланировано.

[смех]

И всё сходится! Но проблема в том, что таких сценариев с легкими касаниями может быть множество. У законов классической физики внезапно появляется не одно решение, а сразу несколько. Задав начальные состояния системы, вы в классической механике обязаны получать единственный ответ. Здесь же ответов целая россыпь. Приходится звать на помощь квантовую механику. И это превращается в захватывающую задачу: понять, как именно Вселенная разруливает такие тупики. Разусзнавать все на бильярдных шарах куда проще, чем на людях, пытающихся убить собственных предков.

ведущий: Классический сюжет. Но Джо поступил как истинный физик, сведя проблему к бильярду. И это поразительно: ради сохранения логической непротиворечивости природа, похоже, жертвует не причинностью, а однозначностью предсказаний — допускает целый спектр возможных траекторий.

Кип Торн: Да. Но если применить аппарат квантовой механики, где классические альтернативы пересчитываются в квантовые амплитуды — в приближении ВКБ…

[смех]

Кип Торн: Понеслись профессиональные термины.

ведущий: Мы оставим для этого сноску для читателей.

Кип Торн: Квантовая механика позволяет обойти этот барьер, и в итоге, скорее всего, существует единственное корректное решение. Моя личная драма заключалась в том, что я погрузился в эти дебри с головой и как раз начинал распутывать клубок парадоксов, когда LIGO наконец получила зеленый свет и финансирование.

[смех]

Кип Торн: И я подумал: «Потратить ли мне остаток жизни на то, чтобы довести гравитационные волны до победного конца, или и дальше ломать голову над машинами времени?»

ведущий: Я обожаю путешествия во времени, но вы сделали правильный выбор. [смех] Упоминая квантовую механику, нельзя не вспомнить популярную идею о том, что при появлении машины времени Вселенная должна расщепляться на параллельные миры. Но вы ведь говорили не об этом?

Кип Торн: Нет, вовсе нет.

ведущий: Вы использовали стандартную квантовую механики для поиска единственной самосогласованной вероятностной траектории.

Кип Торн: Верно. Мы задали вопрос: как вообще формулируется квантовая механика в пространстве-времени с замкнутыми временными петлями? И инструмент для этого существует — это интегралы по траекториям нашего общего друга Ричарда Фейнмана, обобщенные Мюрреем Гелл-Маном и Джимом Хартлом.

ведущий: Очень по-калтеховски.

Кип Торн: Очень по-калтеховски. Ну, Джим работал и здесь, и в Санта-Барбаре. Но математический аппарат есть.

ведущий: Джим ведь защищался в Калтехе?

Кип Торн: Он был аспирантом у Мюррея Гелл-Мана.

ведущий: Точно.

Кип Торн: И постдоком у нас. Но суть в том, что квантовую механику можно сформулировать так, чтобы она корректно работала даже в присутствии машины времени. И самое удивительное здесь то, что при таком подходе неизбежно теряется информация.

ведущий: Физики ненавидят потерю информации.

Кип Торн: Именно. Большинство физиков от этого в ужасе.

ведущий: Кое-кто недолюбливает.

Кип Торн: А я нахожу это потрясающим. Как бы то ни было, мы упираемся в информационный парадокс. У меня на этот счет есть неортодоксальный взгляд, отличающийся от мнения большинства коллег.

ведущий: Но это отличная иллюстрация того, как чисто умозрительный интерес выводит на глубокие вопросы. Вы же не пытались построить реальную машину времени по заказу Сагана, вас просто увлекла физика.

Кип Торн: Абсолютно. Я понял, что в областях, лежащих далеко за пределами сиюмитных возможностей эксперимента — хотя когда-нибудь мы до этого дорастем, — подобные мысленные эксперименты с бильярдными шарами в червоточинах позволяют невероятно глубоко заглянуть в фундамент природы.

ведущий: И всё же в одной из ваших статей в разделе благодарностей красовалась примечательная сноска о том, что Национальный научный фонд США больше не спонсирует эти исследования. [смех]

Кип Торн: Это была шутка с долей правды. История такая: я параллельно вел эти теоретические изыскания и готовил почву для LIGO. В конце концов NSF выделил на LIGO больше миллиарда. Я обсуждал свои выкладки с Ричардом Айзексоном, прекрасным куратором нашей программы в NSF, который стал нашим главным союзником в Вашингтоне. И Ричард предупредил меня: «Кип, не стоит подставлять LIGO под удар. Представь, что какой-нибудь конгрессмен начнет допытываться, куда уходят деньги налогоплательщиков, и ткнет пальцем в твои статьи о машинах времени. Найди-ка лучше альтернативное финансирование для этих шалостей».

ведущий: Мудрый совет.

Кип Торн: Бесценный совет. Поэтому я в шутку написал в благодарностях к статье: «Данная работа выполнена без финансовой поддержки Национального научного фонда…»

ведущий: Не знал об этом.

Кип Торн: «…А спонсировалась именным фондом Ричарда Чейза Фейнмана в Калтехе».

ведущий: Толмена. Фондом Ричарда Чейза Толмена.

Кип Торн: Ах да, Толмена. Средствами Толмена.

ведущий: Точно. И…

Кип Торн: Постойте-ка. Дело происходило в 90-х, профессором имени Фейнмана я стал в 1991-м?

ведущий: Забыл точную дату.

Кип Торн: Пожалуй, все-таки фондом Фейнмана.

ведущий: Возможно, возможно.

Кип Торн: Да, скорее всего, Фейнмана.

От Контакта к Интерстеллару

ведущий: Но у вашей дружбы с Карлом Саганом было и другое последствие: вы изнутри познакомились с тем, как Голливуд снимает научную фантастику.

Кип Торн: Да.

ведущий: И насколько я помню, вы остались не до конца довольны тем, как в «Контакте» обошлись с наукой?

Кип Торн: Верно. Первоначально режиссером числился Джордж Миллер. Он трепетно и скрупулезно выстраивал финал с червоточиной и развязкой, но студия уволила его за затягивание сроков.

ведущий: Классический Голливуд.

Кип Торн: Именно. На его место поставили Земекиса с жестким ультиматумом: «Заканчивайте съемки. Никаких переписываний сценария, нам нужен готовый продукт». Он и закончил. Вся кропотливая работа по научной шлифовке финала пошла под нож, и я был разочарован.

ведущий: И это подтолкнуло вас к мысли: «Однажды я сделаю всё как надо»?

Кип Торн: О нет. [смех] Ни в коем случае. Такой цели у меня не было, хотя мысль где-то теплилась. Все началось со звонка в 2004 году от Линды Обст, голливудского продюсера и соратницы Карла по «Контакту». Она спросила: «Не хочешь поштурмить вместе со мной над новой научно-фантастической киноисторией?»

ведущий: Понятно. Так родился «Интерстеллар»?

Кип Торн: Именно так, хотя в планы это не входило.

ведущий: В нашем подкасте уже бывали гости из киноиндустрии, так что всю кухню мы опустим. Но как из мозгового штурма вы дослужились до исполнительного продюсера в титрах?

Кип Торн: Секрет прост: нужен очень хороший юрист. [смех]

ведущий: Отличный урок для молодежи, штурмующей Голливуд.

Кип Торн: Линда объяснила мне: мы разработали синопсис, студия купила на него опцион, но дальше нужны жесткие переговоры. Сам я не справлюсь, требуется профильный адвокат.

ведущий: Логично.

Кип Торн: При содействии президента Калтеха, сведшего меня с нужным членом попечительского совета, у меня появился звездный адвокат Кен Сафран.

ведущий: Полезно иметь влиятельных знакомых.

Кип Торн: И Кен выбил для меня статус исполнительного продюсера еще на старте — в знак признания нашего с Линдой изначального вклада, а также гарантии того, что я буду вести проект до конца как главный научный консультант, следя за тем, чтобы сюжет и физика были слиты воедино.

ведущий: Что было дальше? С чего начали — с поисков режиссера или сценариста?

Кип Торн: Линда привлекла Стивена Спилберга в качестве режиссера, оба они работали с Paramount, так что студия подвязалась автоматически. На этапе препродакшна Стивен рулил процессом несколько лет. Они наняли Джонатана Нолана написать сценарий — к тому моменту за плечами у Джоны было всего пара работ, написанных в соавторстве с братом Кристофером. Позже он создаст «В поле зрения» и…

ведущий: «Мир Дикого Запада».

Кип Торн: И «Мир Дикого Запада» вместе с женой Лизой Джой. Но тогда он был начинающим сценаристом, хотя невероятно одаренным. Он выдал три драфта сценария. Беда в том, что Стивен вечно держит в разработке больше проектов, чем физически способен снять. Подошел момент выбора: снимать «Линкольна»…

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: …или «Интерстеллар».

ведущий: Выбор очевиден.

Кип Торн: Он предпочел «Линкольна». А Кристофер Нолан, брат Джонатана, еще во время работы Спилберга говорил Линде: «Если Стивен откажется, я готов рассмотреть режиссерское кресло».

ведущий: Недурный запасной вариант.

Кип Торн: Когда Стивен вышел из проекта, Линда с Paramount попытались договориться с Крисом. Но Крис ответил: «Нет, никаких переговоров, пока не выйдет мой текущий фильм и не пройдет пара месяцев после премьеры. Только тогда я буду готов общаться».

ведущий: Ибо он полная противоположность всем остальным — работает над чем-то одним.

Кип Торн: Абсолютно. Он никогда не загадывает наперед, пока картина не дошла до зрителей. Он проводит рекламную кампанию, и лишь потом начинает думать о следующем шаге. Мы ждали два с половиной года, пока он снимал «Темный рыцарь: Возрождение легенды». И только после этого начались переговоры с Paramount. Но к тому моменту Линда уже разорвала отношения с Paramount, как и Стивен.

[смех]

Кип Торн: А Крис наотрез отказался работать с Paramount. Он заявил: «Я снимаю только с Warner Bros.».

ведущий: Никакие курсы физики не готовили вас к такому детективу.

Кип Торн: К счастью, у меня был великолепный юрист.

ведущий: Это ключевой навык.

Кип Торн: И потрясающий партнер в лице Линды.

ведущий: Которая знала правила игры.

Кип Торн: Линда великолепна, как и Кен, так что я просто откинулся на спинку кресла, попивая чай и наблюдая за процессом по телефону. В итоге студии договорились: Warner Bros. забирает зарубежный прокат и производство, Paramount ведает прокатом в США. Все счастливы.

ведущий: Школа жизни.

Кип Торн: О да, колоссальный опыт.

ведущий: И что самое приятное — погоня за научной достоверностью в кино вылилась в настоящие научные статьи.

Кип Торн: Да-да. Мне безумно понравилось штурмить с братьями Нолан. Общаться с актерами и особенно с командой визуальных эффектов лондонской студии Double Negative во главе с Полом Франклином. По личной просьбе Кристофера Нолана — чего я горячо желал — всю физику черных дыр и червоточин решено было визуализировать строго научно: написав код для трассировки лучей, идущих от аккреционного диска к камере IMAX со всеми оптическими аберрациями прямо на пленку. Я передал уравнения Оливеру Джеймсу, главному физику Double Negative, он зашил их в движок рендеринга, а художники наложили текстуры. Получилось неописуемо красиво.

ведущий: Если я правильно помню, вы отмечали: не всё в фильме абсолютно реально, но всё строго совместимо с известными законами физики.

Кип Торн: Не всё — почти всё.

ведущий: Почти всё.

Кип Торн: С самого начала у нас с Крисом было джентльменское соглашение: я требовал уважения к фундаментальным законам, а он отвечал: «Согласен, пока это не мешает рассказывать захватывающую историю».

ведущий: Справедливо.

Кип Торн: По-моему, идеальный баланс.

ведущий: Безусловно.

Кип Торн: Он боялся, что я стану этаким научным цербером.

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: А я опасался, что он плюнет на физику. Но после первых же часов совместного мозгового штурма мы поняли, что мыслим в унисон. Настоящая синергия. Хотя в какой-то момент раздался звонок от Криса: «Кип, приезжай домой, у нас проблема».

ведущий: Слушаю.

Кип Торн: Я приехал, и он говорит: «Мы отрендерили червоточины разных форм и размеров. Вот как выглядит полет сквозь физически корректную горловину, а вот так — сквозь другую. Честно говоря, смертная скука. Никакой динамики».

ведущий: Потому что в реальности все так и выглядело бы.

Кип Торн: Именно так! И он спросил: «Что делать?» Я ответил: «Применяй художественный вымысел». Это единственное место, где мы сознательно отошли от суровой физики. Было еще пара мелких вольностей. Хотите знать обо всех грехах Криса Нолана против науки? Добро пожаловать в мою книгу «Наука Интерстеллара».

ведущий: Отличный рождественский подарок.

[смех]

Кип Торн: Открываете указатель, находите фамилию Кристофера Нолана, и напротив нее перечислены все компромиссы ради зрелищности.

ведущий: Зато совесть чиста.

Кип Торн: Подобные пасхалки спрятаны во многих моих книгах.

ведущий: Прекрасный подход.

Кип Торн: Для тех, кто умеет читать между строк.

ведущий: Ученые умеют развлекать не только коллег, но и себя. Планируете ли вы еще один фильм?

Кип Торн: Да. Несколько лет назад, незадолго до ухода Стивена, мы со Стивеном Хокингом и Линдой Обст написали синопсис нового научно-фантастического фильма. Мы горячо им увлечены — это снова научная фантастика, насквозь пропитанная реальной наукой. Процесс повторился: Линда нашла студию, мы продали опцион… вернее, Линда и мой…

ведущий: …и ваш юрист?

Кип Торн: Мой адвокат Кен Сафран со своей командой. Студия наняла желанного сценариста. С режиссером пока ведутся переговоры, проект в разработке, но разглашать детали мне запрещено.

ведущий: Понимаю.

Кип Торн: И так, пожалуй, сболтнул лишнего.

ведущий: Я даже не пытаюсь пытать вас… впрочем, об этом наверняка уже шепчутся на IMDb. Процесс-то вам пришелся по душе?

Кип Торн: Процесс доставил колоссальное удовольствие. Должен сказать, в случае с «Интерстелларом» братья Ноланы перекроили сюжет настолько кардинально, что от нашей с Линдой первоначальной истории почти ничего не осталось. Мы даже не стали подавать заявку в Гильдию сценаристов на статус соавторов сюжета, потому что их правки пошли фильму только на пользу. В титрах это полноценное творение Ноланов, но с надежным научным фундаментом, заложенным нами. Во втором же проекте сценарий гораздо ближе к нашему исходному синопсису.

ведущий: Интригует.

Кип Торн: Так что, возможно, мы со Стивеном и Линдой наконец получим титр «авторы сюжета». Посмотрим.

ведущий: Что ж, Кип Торн, любой, кто дослушал наш разговор до конца, согласится с очевидным: ваша жизнь удалась. [смех] Вы прожили потрясающую судьбу.

Кип Торн: Я чертовски здорово провел время.

ведущий: И меня восхищает разносторонность ваших интересов. Мы даже не успели коснуться десятков написанных вами книг, но прекрасная наука вкупе с голливудскими приключениями в Лос-Анджелесе — это нечто. Беседа получилась великолепной. Огромное спасибо, что заглянули к нам.

Кип Торн: Спасибо вам.

 

Источник