«Как только темную материю найдут, глава о ней сколлапсирует страниц в десять»

Год назад ушел из жизни выдающийся физик — академик Валерий Рубаков. Он оставил после себя не только широко известные научные результаты, но и прекрасную школу, а также замечательные книги. Публикуем беседу с одним из его учеников и соавторов, Дмитрием Горбуновым, членкором РАН, гл. науч. сотр. ИЯИ РАН, организатором прошедшей недавно международной конференции «Физика частиц и космология», посвященной памяти Рубакова ¹. Интервью брал Борис Штерн.

«Введение в теорию ранней Вселенной»: от курса лекций — к книге

— Главная тема, которую мы сейчас обсудим: как вы с Валерием писали двухтомник, который он мне в свое время подарил и велел изучать. Я его частично изучил и был поражен: елки-палки, сколько же всякой математики — уравнений, формул, интегралов… Для меня это всё равно, что смотреть, как человек делает тройное сальто, — как самому провернуть такое, непонятно…

— Процесс был постепенным — все-таки любому, кто умеет делать тройное сальто, до этого пришлось немало помучиться. Трюк красив, но ведь сначала надо научиться делать одно сальто, потом два, потом три, и всегда где-то можно застрять. Но у нас в конце концов получилось. Эта история с двухтомником длинная, и началась она в 1995 году, когда у нас в Институте ядерных исследований РАН появилась удаленная кафедра ² факультета проблем физики и энергетики Физтеха. Организовал ее академик Виктор Матвеев. Загвоздка была в том, чтобы основное направление этой кафедры на Физтехе, которому было больше пятидесяти лет, было новым, не пересекалось с уже имеющимися на других кафедрах. Виктор Анатольевич его придумал: оно должно быть из области фундаментальных проблем физики частиц и космологии. Раз возникла космология, то должен появиться и курс космологии — так и стало. Матвеев поручил организовывать этот курс Вадиму Алексеевичу Кузьмину ³. Вадим Алексеевич, безусловно, был человеком талантливейшим, но для того, чтобы организовать курс, нужна некая концентрация, трудовая дисциплина… Чтобы всё было удачно, грубо говоря, надо приходить на занятия каждый раз вовремя и следовать некоторому плану занятий. Для талантливого и увлекающегося ученого это тяжело.

— Зато Вадим умел прекрасно, даже артистично, рассказывать.

— Да. Кузьмин был великолепным рассказчиком, но на курсе все-таки надо выдать слушателям — обычным студентам — некое знание, растянув процесс на семестр или два. Кафедра была общей, то есть там были теоретики и экспериментаторы — институт ведь экспериментальный. Усилия были приложены, и в результате получилось, что по факту этот курс поручили подготавливать Дмитрию Семикозу. Он пошел за советом к Рубакову. Ну и вот, они сидели вместе с книгой Колба и Тёрнера — очень симпатичная книжка ⁴ по космологии — и писали первые лекции, которые читались на новоявленной кафедре. При этом Рубаков никогда не читал на кафедре в Физтехе никаких лекций, этим занимался Семикоз, но курс они сформировали вдвоем. Дело пошло вперед, и это было интересно.

Рубаков решил ввести такой курс уже в МГУ, на кафедре квантовой статистики и теории поля (где были только теоретики). Там вполне можно было использовать наработки: все-таки космология — это и гравитация, и физика элементарных частиц. Планировалось ввести спецкурс для старшекурсников; соответственно, какие-то вещи люди, по идее, уже знали, а чем больше люди знают, тем больше материалов можно использовать при обучении, получая очень красивые, симпатичные формулы и обоснованные, четкие выводы.

В чем проблема с курсом по космологии? Наши представления об истории биологических видов — и те меняются (нашли какую-то челюсть — ага, мамонт выглядел именно так), а что до истории нашей Вселенной… Антропологам и палеонтологам куда проще: они могут оперировать фактами, которые запросто прояснят простому человеку суть дела: «Мы нашли такую-то кость и достроили большой скелет из пластика, догадавшись о строении маленькой челюсти и размера стопы на основе таких-то соображений…» А тут у нас ранняя Вселенная, о которой мы по большому счету не знаем ничего. Знаем физику частиц и считаем, что гравитация была такая, как сейчас, а дальше всё это дело протягиваем назад, говорим, когда что произошло, делаем какие-то выводы… А на самом деле параметры, которые определяют космологическую модель сегодня, благодаря астрономическим наблюдениям извлекаются с точностью лучше одного процента — иногда еще выше. Мы даже не везде достигаем такого в физике частиц.

На первый взгляд, всё это действительно выглядит как какое-то чудо, и тем не менее этого мы действительно достигли буквально за последнюю четверть века. Для начала надо собрать воедино все инструменты: инструменты, которые мы получаем, когда обсуждаем физику частиц; аппарат квантовой теории поля; экспериментальные измерения в области фундаментальной физики, которые мы делаем; гравитационные измерения общей теории относительности; и, опять же, астрономические наблюдения. Затем скомпоновать всё это вместе — получается изумительно красивая наука. Именно этой науке был посвящен теоретический курс на седьмой кафедре физфака — кафедре квантовой статистики и теории поля. Этот курс стал читать Рубаков, а я тогда был то ли аспирантом, то ли уже младшим научным сотрудником ИЯИ РАН…

— Чуть-чуть прерву. По поводу сравнения с археологией или палеонтологией: в космологии нашли же почти целый «скелет» в форме реликтового излучения, но нашли, как я понимаю, немножко позже, чем вы начинали книгу. Данных «Планка» же еще не было?

— Действительно, когда курс начался, таких точных данных еще не было. Когда я перешел в аспирантуру, появились статьи, которые говорили, что Вселенная, возможно, расширяется ускоренно; в качестве примера приводились наблюдения за сверхновыми. Это были первые работы, и люди смотрели на это дело с подозрением: что за сверхновые? Они же бог знает где. И с чего взяли, что они были устроены тогда так же, как сейчас? Да и статистика была так себе, но всё это дело возбудило умы экспериментаторов и теоретиков; теоретики стали придумывать какие-то модели, а экспериментаторы — в данном случае астрономы — стали развивать проекты по наблюдению наборов этих сверхновых с целью уточнения различных деталей. Всё это было очень живо, именно на эти годы пришлось активное развитие космологии и с экспериментальной, и с теоретической точки зрения.

Учебного курса по этой быстро развивающейся науке у меня не было, и он формировался прямо в процессе развития космологии, новые результаты и идеи «с колес» переходили в учебный курс. Это было, конечно, невероятно интересно…

И вот уже пошел процесс оформления этих лекций в книгу… При этом, как всегда, курс читают разные люди: один лектор в командировке, вместо него курс читает кто-то другой — это нормальное явление. Постепенно курс устаканивается, переходит во что-то более оформленное. В этом процессе участвовали мои коллеги, которые сейчас за рубежом: Сергей Дубовский и Фёдор Безруков. (Сергей, может быть, привнес несколько больше, чем Фёдор, но тем не менее…) Потом у Рубакова возникла идея оформить курс в виде напечатанных лекций — так у него сформировалась его первая, совершенно великолепная книга по классическим калибровочным полям. Тогда я был еще студентом, а первая книга была в виде разрозненных лекций. Я немного участвовал, так скажем, в набивании этого текста. Нам всем давали по кусочкам, мы их набивали, и так формировался вариант этой книги уже в LaTeX’е.

Как всегда, когда решили, что наши труды нужно сформировать в виде книги, начались трудности. Ведь должно быть так, что человек со стороны, который не участвовал ни в прочтении, ни в слушании этих лекций, должен открыть книгу — и увидеть некий полный курс. Там должно быть практически всё необходимое для понимания. Конечно, какие-то задачи, вроде дифференциальных уравнений, человек должен уметь решать сам, исходя из своего образовательного бэкграунда. Попытки представить лекции в виде самодостаточной книги заняли несколько лет с 2005-го по 2007-й: чего-то не хватало, что-то нужно было добавить, а здесь бы надо сослаться, но в научной литературе этого нет, значит — надо самим написать вывод. Какие-то части были каноническими и записывались легко — вроде стадий расширения Вселенной, а какие-то дались тяжело — скажем, нуклеосинтез. На первый взгляд, всё понятно, однако в любом случае нужно объяснить, причем объяснить проще, чем в специализированном учебнике по ядерной физике, но так, чтобы было понятно и по-научному честно: и тут влево-вправо особо не сдвинешься… При этом есть загадка лития, которая не согласуется с предсказанием нуклеосинтеза. Это означает, что либо наблюдения не такие и нашей вины здесь нет, либо теория неполная. Поэтому в книге есть неполные места, и это очень легко понять.

Есть главы «тоненькие» и главы «толстые». Вот, скажем, глава о темной материи очень «толстая», но мы не знаем, что именно темная материя значит, вот именно поэтому там какие-то модели обсуждаются — может быть, так, а может быть, и так… С тех пор появилась масса новых вариантов, которые могли бы претендовать на роль темной материи.

— Аксионы есть среди этих вариантов?

— Есть и аксионы, но какие-то их особенности — как их искать, каковы трудности в поисках — не представлено. Это понятно: наука, еще раз, вещь живая и развивающаяся. Как только темную материю найдут, эта глава сколлапсирует страниц в десять.

— Ошибки в книге есть?

— Ошибки, безусловно, находились, и не только в терминах и каких-то деталях. Что-то не досмотрели; где-то, если посчитать, то получается не совсем такой ответ… Были и концептуальные вещи. Когда мы написали книгу, то издали в Институте ядерных исследований в виде препринта, его отправили коллегам, которые либо непосредственно работают с космологией, либо лишь затрагивают ее, специализируясь на физике частиц — космология тут смежная область. От них пришли рекомендации — как улучшить книгу. Интересно, как мы обсуждали рекомбинацию образования водорода. Ранее на эту тему уже выходила литература — стартовали-то мы с книги Колба и Тёрнера. В той книге описывается один из вариантов рекомбинации. Мы его рассмотрели, уточнив какие-то моменты, а потом выяснилось, что наши представления о том, как устроена сама рекомбинация, разнятся, а сам процесс неравновесен. Случайность это или нет, но если представлять себе этот процесс, как будто он равновесный, и в представлении равновесности процесса сделать оценки, то они дадут очень близкие численные результаты. И всё хорошо до тех пор, пока не начинаешь интересоваться тем, как формируется анизотропия реликтового излучения, как она протекает, какие там числа и как получить их аналитически. Если там обсуждать основные моменты, вроде того, когда что происходило или температуру образования водорода, то в представлении, что всё как будто устроено равномерно и равновесно, получаешь правильный ответ. Было забавно, когда мы это осознали. Изначально, в нулевом варианте книги, как раз был использован равновесный подход.

— Это немножко похоже на то, как Гамов угадал температуру реликтового излучения.

— Да, может быть. Там обсуждается фактор 2–3, но такое в принципе быть может.

— То есть тоже ошибочно вроде «угадал»…

— Ну да, но в нашем случае мы на самом деле всё знали, если бы аккуратно проверили, что значит этот процесс и как он устроен на микроскопическом уровне. А он устроен очень сложно: там образуется возбужденный водород, падает обратно, снова возбуждается… В принципе, в будущем, когда люди начнут различать на фоне чернотельного спектра вклады от возбужденных состояний — такую маленькую-маленькую гребеночку, — то вместе с ними заметят и сложные процессы.

Но — еще раз — для того, чтобы правильно описывать анизотропию реликтового излучения, нужно учитывать, что этот процесс был неравновесный.

— Как я понимаю, при написании книги основную черновую работу делали вы…

— Нет, что значит черновая работа? Там разные главы, некоторых в принципе не было, не то, что брались какие-то конспекты лекций и по ним всё набивалось, — нет, конспекты лишь служили основой для написания этих глав. В самом начале я тоже их набивал, но вот уже для второго тома Рубаков тоже уже сам набивал свои же записи. Но набранное всё равно прочитывалось обоими авторами — и тем, кто писал на бумажке, и тем, кто переносил информацию на компьютер. Все эти проверки чисел, формул и так далее — занятие кропотливое, но исключительно полезное. Ведь один человек немножко по-своему какую-то тему описывает; изучив, думает, как правильно это подать, — и у него формируется свое представление, как объяснить материал, ему это понятно. Но поскольку встречается много новых частей, которые никогда на лекциях не поднимались, то возникают затруднения: не факт, что подачу, которая кажется тебе правильной, воспримет любая аудитория. Так что полезно, чтобы хотя бы два разных человека посмотрели записи и предложили свои варианты, как эффективнее описать ту или иную концепцию. Да, такого было много.

И, конечно, надо сказать, что даже сейчас, когда у нас в университете есть специализированная кафедра физики частиц и космологии и курс по космологии в общем варианте, бакалавриат плюс магистратура, то из нашей книги осветить получается вовсе не всё, а лишь какую-нибудь, может, треть успеваем прочесть. Ну и в представленных в книгах задачах нет решений, и если их все решать, то на это уйдет еще очень приличное время.

— Я смотрел эти задачи и ощущал комплекс неполноценности…

— Среди них есть простые, а есть и образующие некую цепочку: вы делаете первую не очень сложную задачу, за ней вторую, основываясь на первой, и так далее до последней. Но если вы берете сразу последнюю задачу, то не всегда очевидно, как ее решить.

— Каким тиражом были изданы эти две толстенные книжки?

— Сейчас затрудняюсь сказать — было уже много изданий, даже два на английском ⁵. В Сети много электронных версий — студенты мне обычно присылают вопросы именно по ним.

Конференция «Физика частиц и космология» в Ереване

— Теперь про конференцию памяти Валерия Рубакова, которая только что прошла. Я уже пошутил, что Горбунов вытащил всё на своем горбу… Шутка шуткой, но насколько все-таки это было тяжело? Огромная конференция в чужой стране…

— Да, но здесь помогла специфика страны. Там всё происходит как-то очень мягко и спокойно. Было несколько моментов, из-за которых конференция не случилась бы, если бы они имели место в нашей стране. А там как-то прошло всё мягко, спокойно; скажем, в последние две недели мы перенесли место проведения конференции. Я не ожидал, что запланированное место не подойдет нам. Оно оказалось очень маленьким, там не было больших залов. Изначально, когда мы обсуждали это место, мы выясняли, найдутся ли там три зала. Три зала нашлись, и мы планировали утром пленарные доклады, а вечером разделяться по секциям. Мы представляли себе наш план примерно так же, как в случае конференции КВАРКИ, которую наш институт проводит многие годы ⁶. На ней есть пленарное заседание, есть секционные — всё умещается.

И вдруг выяснилось, что в случае с конференцией памяти Рубакова так не получится. До конференции оставалось две недели, нужно было искать какое-то новое место. Сразу страшно… А тут быстро удалось найти в университете новое место, более удобное с точки зрения положения и многих других условий. У нас, например, ходишь по физфаку — все аудитории всё время забиты: лекции, семинары, кружки… А там удалось найти место.

С одной стороны, не могу себе представить, как такое могло быть, чтобы вдруг выяснилось, что зал нам не подходит и не подходил с самого начала, хотя мы всё обсуждали. А с другой — ну раз не подходит, то вот, пожалуйста, рядом есть другие. Одно компенсирует другое самым удивительным образом, и для меня самого удивительно, как это всё получилось.

— Теперь с моей колокольни: Ереванский физический институт находится на отшибе, за каньоном Раздана, и там в принципе мало гостиниц. Я выбирал гостиницу поближе, но всё равно с другой стороны ущелья. Когда перенесли, то первая мысль: боже, придется менять гостиницу! Потом оказалось, что мне там три минуты до метро и семь минут пешком, то есть в результате всё действительно оказалось удобнее. А так первое время было изумление: елки-палки, а чего же я там тогда гостиницу бронировал? Но всё разрешилось, и было очень удобно.

— В любом случае, одна их причин произошедшего: я никогда не был там сам и не представлял, как устроен ЕрФИ — замечательный институт. Сейчас всё прояснилось — и, как всегда, в разных решениях есть свои плюсы и свои минусы.

Местные организаторы нашли место, договорились с теми организациями, кто проводит кофе-брейки и конференционные ужины. Не обошлось, как и всегда на конференциях, без традиционной экскурсии, без знакомства с местным колоритом — экскурсия вышла замечательной, но, опять-таки, обо всём этом договорились буквально за день до проведения мероприятия. У нас тебе конференцию организовывают по тендеру, подписывая бумаги за два месяца до начала, а здесь — прямо так, сходу. Всё прошло отлично, ну, кроме того, что мне пришлось понервничать.

— А есть ли какие-нибудь перспективы провести следующую подобную конференцию?

— Если говорить про меня лично, то я много чего усвоил из этой истории, и если организовывать похожего рода конференцию сейчас, то всё будет понятно, но, конечно, нужно договориться с локальными организаторами. Всё вроде может быть нормально, но не исключаю, что мы их прилично достали. Я вполне себе могу это представить, потому что для нас это было знаковым мероприятием, в котором все хотели участвовать, и кому-то даже пришлось сильно постараться, чтобы приехать. Но для многих локальных непосредственных организаторов конференции это была не их научная специализация. Люди занимаются ядерной физикой, а у нас близки к ней были, может быть, лишь пара докладов, а основной темой выступала все-таки физика элементарных частиц, космология с астрофизикой. Физикам-ядерщикам это, может быть, не очень интересно.

Прямых научных связей с ИЯИ РАН, так, чтобы наши сотрудники, которые занимаются какой-то физикой, коллаборировали с учеными из ЕрФИ, не было. Есть из Дубны, но вот именно с нашим институтом ничего не было. Из-за этого подготовка шла несколько тяжеловато: реально я общался буквально лишь с ученым секретарем института, которому уходящий с поста директор поручил этим заниматься. И по вопросу сайта мы тоже плотно общались с местным специалистом. Я чувствовал себя в довольно неудобном положении — им кто-то поручил непрофильное занятие и ушел. Надеюсь, что через какое-то время они оправятся от этого шока, который им пришлось испытать…

— Ну, там есть люди, например Ашот Чилингарян, по тематике близкие к космике, и эта их станция «Арагац»… В нашем институте ведь есть что-то подобное, и можно с ними как-то поддерживать связь?

— Главное, сейчас стало понятно, как это организовано — какие-то вещи можно делать напрямую, уже есть рабочие проверенные контакты.

— А много ли людей отвалилось, особенно тех, кто из-за рубежа, которые вначале вроде бы хотели, а потом взяли и почему-то не приехали? Такая вот «утруска» в процессе была велика или не очень?

— Ну, я бы сказал, что «утруска» случилась где-то за неделю или дней за десять до начала конференции, и, на мой взгляд, она была связана с волнениями. Средства массовой информации, к сожалению, десятикратно усиливают масштаб освещаемых ими событий. Когда пошел информационный поток, у меня начали спрашивать: как там, не отменяем ли конференцию? Я говорю: ну подождите, ребята, вот мы организуем конференцию — да, мы организуем ее из Москвы, но есть локальная группа, работающая в Ереване, и если бы там что-то было не так, то они непременно бы нам сказали. Мы же приедем туда, сами всё увидим и потом встретимся с ними. Считаем, что всё нормально. Я приехал туда — смотрю, всё совершенно спокойно. Есть, конечно, митинги, люди недовольны, но это недовольство высказывается в очень культурной, очень спокойной форме, никакой агрессии нет. По крайней мере, я жил недалеко от площади Республики, а основные мероприятия проходили именно там. Всё нормально, вот идет небольшой митинг, при этом люди пересекают эту площадь, потому что там пешеходная дорожка; кто-то захотел остановиться и послушать; кто-то прошел мимо… Если как-то митинги нужно организовывать, то организовывать их нужно, на мой взгляд, именно таким образом.

Но при этом, конечно, с новостной точки зрения это выглядело ужасно: что же это такое творится? Всё это много говорит о культуре армян. Представьте себе (в числах не знаю, но по информации в Интернете что-то представляю): переместилось больше ста тысяч человек, а всего населения примерно три миллиона. Три процента населения вдруг переехало из одной части в другую. Вообразите, если бы 3% населения России взяло и сдвинулось? Это большой город, а у них еще много чего сконцентрировано именно в Ереване.

И эти митинги — настолько спокойная реакция на происходящее — высокая культура, потомки древнего народа Урарту, только так я могу себе это объяснить. Теперь другие люди смотрят в Интернете: да, вот такая штука произошла… И, конечно, я бы так сказал, что где-то половина приглашенных докладчиков — уважаемые западные профессора — не приехали.

Поэтому — да, эффект был.

¹ trv-science.ru/2023/10/konferenciya-pamyati-rubakova

² mipt.ru/education/chairs/inr/

³ inr.ru/kuzmin/index.html

⁴ Kolb E. and Turner M. (1990) The Early Universe (Frontiers in Physics). Addison and Westley, Redwood City, California, USA.

⁵ doi.org/10.1142/7874

⁶ inr.ru/rus/sem.html

Космология после «Планка». Стагнация или развитие?