Ліза Рендалл

Ліза Рендалл

Стаття у Вікіпедії

Медіафайли у Вікісховищі

Ліза Рендалл (англ. Lisa Randall; нар. 18 червня 1962) — американська фізикиня-теоретикиня. Здебільшого відома роботами в області теорії струн. Найзначнішим її досягненням є створення спільної з Раманом Сандрумом моделі Рендалл—Сандрума, опублікованої 1999 року. Науково-популярні книжки Лізи «Достукатися до небес: новий погляд на те, як влаштований Всесвіт» та «Темна матерія і динозаври» стали бестселерами New York Times.

Цитати

А нещодавно я значно більше почала займатися космологією і трохи астрофізикою, тому що там зараз є дані, а я люблю бути там, де є дані. Для мене це нові ідеї. І також думаю: коли свої ідеї можна перевірити, то це дає певне відчуття винагороди. Тож це своєрідна комбінація. Так що я займалася всім потроху. Зараз я повернулася до роздумів над додатковими вимірами, що мені колись подобалось у роботі з теорією струн. Постійно щось інше. Нещодавно я трохи займалася гравітацією, темною матерією.

Є багато причин думати, що вона існує. Одна з них (з цієї причини все почалося) – це пояснення швидкості обертання зірок у нашій галактиці, для якого потрібно більше матерії, ніж ми могли спостерігати. Потім, моделювання галактичних скупчень – зв’язаних систем галактик – потребують більше матерії, щоб пояснити швидкості, які ми спостерігаємо. Є гравітаційне лінзування, коли ви бачите вплив матерії на світло, і частина цієї матерії темна. Є скупчення галактик Куля, яке виглядає як злиття двох різних скупчень, де темна матерія вже пройшла крізь них, а газ залишився по центру. Навіть певні деталі у космічному мікрохвильовому випромінюванні показують, що темна матерія існує, бо ми бачимо акустичні осциляції. Матерія притягується гравітацією і відштовхується випромінюванням, та ми бачимо, що не вся вона відштовхується випромінюванням, велика її частка – це темна матерія.

Інфляційна космологія стосується значно швидшого і прискорюваного розширення Всесвіту на початку. Це прискорення замість сповільнення є провідним фактором, Всесвіт розширювався експоненційно, наче простір вибухнув на початку. Це цікаво, бо ця теорія каже, що на початку все наче між собою розмовляло, ділянки, які причинно пов’язані між собою, значно більші, ніж ми могли думати. Існує багато свідчень такої фази у Всесвіті. Ми розглянули реліктове випромінювання і побачили там флуктуації, які мала б передбачати інфляційна космологія. Тож є питання, чому це мало відбутися.

Відкриття – це не завжди якась одна ідея. Часто можна просто сидіти вдома й обдумувати питання, і пазл раптом складається. Та деякі ідеї прийшли просто з роботи над рівняннями. Наприклад, ти обчислюєш, я опрацьовую геометрію, ми не шукаємо цієї відповіді, ми працюємо над розв’язанням іншої проблеми. А тоді ми розглядаємо обчислення ретельніше і думаємо: «Це виглядає якось дивно», – і так осяяння то ближче, то далі. Ви думаєте, спрацює щось чи ні, намагаєтеся краще з'ясувати. По-різному трапляється.

Мені значно цікавіше вибудовувати картину, відштовхуючись від того, що в нас вже є, і дивитися, як можна зробити наступний крок. Мені здається, розраховувати, що у нас буде якась остаточна теорія, нереалістично. Це хороший майданчик для того, щоб з’ясувати певні моменти. Але справді цікаво поставити собі запитання, що ми можемо дізнатися з чорних дір чи з темної матерії, чи як ми можемо пояснити темну енергію у Всесвіті. Це те, на чому я зосереджуюсь.

Мабуть, частина з найкращих практичних застосувань, які ми маємо, вийшли з того, що люди займалися цілком теоретичними розробками, тому що це були великі прориви, це були нові способи мислення. Майже все, що ви можете назвати, що є справді крутим практичним застосуванням науки, не розробляли цілеспрямовано. Трішки інакше з розробкою ліків, але навіть багато відкриттів ліків були випадковими, точно частина з найважливіших були такими. Та майже кожна інша річ в науці, яка спаде вам на думку, була спочатку якимось великим просуванням у теорії. Справді, потім люди сідають і з’ясовують, як це застосувати на практиці, але в основі завжди якийсь великий прорив у теорії.

Мені здається, коронавірус дуже чітко нам показав важливість наукового мислення, і що трапляється, якщо ми його уникаємо. Місцевості, які справляються найкраще – це місцевості, які найбільш науково підійшли до цієї кризи. І найгірше там, де люди взялися за науку надто пізно або не взялися взагалі. Щодня у США ми стикаємося з цим протистоянням наукового й антинаукового світоглядів. І є інші речі, супутні до цього – короткотермінове проти довготермінового, логічне проти нелогічного. Це можна описати по-різному, але є справді багато проблем, з якими слід працювати.

Мені не подобається теорія струн, я з нею не працюю. Я надаю перевагу питанням, які можна краще перевірити. Я займаюся питаннями, пов’язаними з теорією струн, але те, що мене цікавить, стосується того, чому ми спостерігаємо темну енергію у Всесвіті – це так званий простір Де Сіттера. Тож те, що мене цікавить – це не зовсім практичні питання, але вони дещо більш прикладні. Теорії струн присвячують багато уваги, але мені здається, що фізика за межами Стандартної моделі і космологія дуже цікаві, і я волію зосередитися на них.

Навіть розмір нашої галактики, враховуючи вік і розмір нашого Всесвіту, переконує нас, що темна матерія існує. Якби матерії було менше, то часу, який минув, було би недостатньо, щоб сформувалася наша галактика. Якщо вимірювати за кількістю енергії, то темної матерії у п’ять разів більше, ніж звичайної. Плюс розмір нашої галактики такий, що її би спустошило випромінювання, якби не було темної матерії. Усі ці свідчення вказують в одному напрямку, і вони вказують на одну і ту саму кількість темної матерії. Тож досить переконливо вважати, що вона існує.

Над новими книжками поки не працюю. Те, що я займалася всім одночасно, трохи перевантажувало. Тож я подумала, що зараз варто спробувати зосередитися на фізиці. В принципі, зараз був би хороший час, щоб писати, але це також вдалий час, щоб трохи все переосмислити. Я дуже багато подорожувала і не мала часу впорядкувати думки, тож вирішила, що зараз хороша нагода присвятити цьому трохи більше часу, ніж зазвичай, і зайнятися фізикою.

Одна з причин того, чому я зараз працюю в космології – я думаю, що тут можна отримати нові знання. Звісно, було би круто також побачити колайдер з вищими енергіями. Є також точні вимірювання, дуже хороші, на мою думку, і вони також непрямо досліджують питання вищих масштабів, бо якщо є щось там на вищих рівнях, то воно може впливати на певні речі, якщо ми виміряємо їх достатньо точно. Тож є низка напрямів, які можуть розширити наші знання, але насправді шкода, що ВАК мав ті енергії, які він мав. Якби ми мали SSC, Суперпровідний суперколайдер, він міг би більш реалістично покрити ті енергетичні режими, які ми б хотіли. Тож є надія здобути згодом вищі енергії, але поки цього немає, то, гадаю, космологія і точні вимірювання – це шлях вперед.

Одна з хороших сторін нашої галузі в тому, що ми маємо оцю гнучкість, можемо змінювати сфери, у яких працюємо, і розвивати експертизу в різних напрямках.

Спочатку ми разом з Метом Рісом і Андреасом Карчем намагалися знайти пояснення для певних дивних спостережень, зроблених супутником Фермі. Було схоже, що він бачить більше фотонів, ніж очікувалось. Чому це було дивно? Бо разом з цими фотонами не спостерігалося жодної зарядженої матерії, тож жодні з очевидних моделей не працювали, і ми шукали способи, як отримати якийсь результат. Один з них – зробити темну матерію значно щільнішою, ніж ми уявляли. Один зі способів це зробити – якщо вона буде випромінювати, як звичайна матерія. Наша матерія у Чумацькому шляху значно щільніша, ніж темна матерія, тому що вона стиснулася у диск. Тож можна спробувати уявити диск з темної матерії. На початках цієї роботи я читала лекцію в Аризонському університеті, і Пол Дейвіс був в аудиторії. Він сказав: «О, то ви можете пояснити вимирання динозаврів». І я думаю: «Що?». — Про ідею книжки «Dark Matter and the Dinosaurs» («Темна матерія і динозаври»)

Темна матерія – це не така божевільна ідея. Це матерія, вона взаємодіє з гравітацією, як матерія, але вона не має таких самих зарядів і не взаємодіє з іншими силами. Тож це наче сказати: «Не все зроблене з атомів, не все зроблене з протонів і нейтронів чи кварків». У Всесвіті можуть існувати інші частинки, і причина нашого незнання про них в тому, що ми з ними не надто взаємодіємо. Ми взаємодіємо з ними лише гравітаційно або якось дуже слабко. Це пояснює, чому ми не могли її побачити. Також, немає жодної причини думати, що все таке саме, як ми, що все зроблене з того самого матеріалу, що і ми.

Теоретики теорії струн стверджують, що вона допоможе поєднати теорію відносності і квантову механіку, але я не думаю, що це реально. Якщо почитаєте мої книжки, то побачите, що я не фанатка такого підходу. Я вважаю, що треба вибудовувати все знизу. Не всі науковці працюють над об’єднанням теорії відносності і квантової механіки. Це підхід згори вниз, і він притягує багато уваги, але є значно більш безпосередні проблеми, а це речі, які перебувають поза тими масштабами, в яких ми можемо щось перевірити.

У мене є фокус: коли я чимось захоплена, навіть якщо я ще не дійшла до того моменту у книжці, я напишу, наприклад, план подій на той розділ, тож коли я доберуся до цієї теми, у мене вже щось буде написане, вже є якась історія, я вже не дивлюся на пусту сторінку – бо коли мене щось захоплює, я це записую. І так я трохи знаю наперед, куди рухаюся. Хоча, звісно, потім потрібно багато роботи, щоб скласти це все докупи, щоб зробити все послідовним і логічним.

У моїй роботі є всі ці речі – і опрацювання матеріалу, і його прописування, і читання наукових статей, і спілкування з людьми, є також багато семінарів і конференцій, які дають можливість взаємодії з іншими. Моя робота значно менш ізольована, ніж люди зазвичай собі уявляють, тому що є стільки конференцій і лекцій. Часом це допомагає стимулювати нові ідеї, а часом і заважає. Зараз, під час карантину, цікаво спостерігати, наскільки люди покладаються на Zoom, і скільки людей намагаються уникнути цього і просто скористатися часом, щоб побути наодинці. Думаю, зараз є можливість попрацювати трохи інакше, і деякі люди нею користуються, а деяким подобалося, як було раніше, і вони хочуть повернутися до звичного режиму.

Цілий розділ у книжці «Knocking on Heavens Door» (з англ./укр. «Стукаючи у браму небес») я присвятила креативності й тому, що спільного у науки і мистецтва. Багато спільного у підході. У різних людей, звісно, різний підхід, але дуже часто йдеться про розв’язання задачі. Наприклад, коли треба зібрати докупи ідеї, які є у вас в голові, і скласти з них послідовну історію. Велика відмінність хіба у тому, що наука – це, в принципі, про те, що можна перевірити, тому та чи та ідея може бути правильною або хибною, тоді як у мистецтві трохи більше свободи, там існують різні можливості. А втім, я була здивована, особливо коли писала свої книжки, наскільки схоже мислять письменники в тому сенсі, що треба впевнитися, що є загальна канва оповіді, що вона логічна.

Через коронавірус все змінилося, все трохи підвішене у повітрі, трохи інше, ніж зазвичай. Коли я писала книжки, то мій день виглядав так: я сиділа вдома і трохи писала, потім їхала в офіс, спілкувалася з колегами, опрацьовувала матеріал. Мені подобається мати різні місця для різних завдань. Звісно, насправді воно так повністю не працює, але мені подобалося розділяти ці речі – писати вдома і займатися фізикою в офісі. [...] Не можна сказати, що все зовсім застигло, але все точно по-іншому. Власне, для мене це цікавий досвід, адже я дуже давно не застрягала вдома. Цікаво спостерігати за зміною пір року, за пташками.

Ще є розбіжність у значенні сталої Габбла. Справді цікаво, що вимірювання, отримані з наднових, наче не сходяться з вимірюваннями, отриманими з реліктового випромінювання. Це ще одна річ, над якою я зараз розмірковую. Це справді складна проблема, адже ми так добре виміряли реліктове випромінювання, що важко побачити, як можна узгодити таку велику розбіжність. Проте цікаво подивитися, що у нас вдасться дізнатися через ці вимірювання. Тож думаю, що вимірювання значень сталої Габбла, коли вони зійдуться, будуть також цікавим моментом. Є кілька способів, у які це може відбутися. Навіть гравітаційні хвилі можуть врешті розповісти нам про значення сталої Габбла, про швидкість розширення Всесвіту, тож це справді захопливо.

Щодо пояснень, що таке темна матерія, то поки у нас немає експериментальних даних, я не готова ставити на якусь із цих конячок. Думаю, багатьом подобалися вімпи, бо вчені думали, що зможуть їх знайти, але ніхто їх не виявив. Тож їх ще шукають, але це не означає, що вони існують. Вімпи, слабовзаємодіючі масивні частинки – це частинки, які мають якусь взаємодію з нашою матерією, але не таку сильну, як звичайна матерія. Проте може бути багато інших варіантів. Це може бути просто інша матерія, яка не має жодного стосунку до будь-чого, з чим ми знайомі. Це можуть бути певні дуже легкі частинки, аксіони. Можливо, це легка темна матерія, можливо, взаємодіюча темна матерія – є стільки можливостей.

Що ми можемо зробити як теоретики – це намагатися знайти нові моделі й нові способи виявити темну матерію, якщо вона може мати різні форми. Та насправді все, що потрібно, – це стабільна частинка з певним типом взаємодії, який дозволяє її присутність у достатніх кількостях на цей момент. І це не так складно, себто, це не так екзотично у певному сенсі.

Я багато думаю, чому обрала фізику. Частково це пов’язано з моїм науковим керівником, Говардом Джорджі, мені просто подобався його стиль. І в нього була крута команда справді блискучих людей – Енн Нелсон, Девід Кеплен, Енді Коен, Аніш Маногар, Стів Шарп, було просто круто. Тож це надихало. Крім того, мені просто подобається розв’язувати головоломки, ця сторона роботи. Тож це питання стилю, це питання зацікавлення, це питання спроб зробити щось, що матиме тривалий вплив, але чого ніхто ще добре не знає. Якось так.

Я взялася за оперу Hypermusic Prologue, по-перше, тому що Гектор Парра зв’язався зі мною, це була не моя ідея. Проте іншою причиною було те, що я провела неймовірну кількість часу за пошуком способу розповісти послідовну історію про науку. Тож ідея мати кілька голосів одночасно була цікавою. В опері ви не навчаєте, але ви знайомите людей з концепціями. У вас є візуальна складова, є музика, різні музичні мотиви, різні голоси, лібрето, декорації, це зовсім інший спосіб подачі. І думаю, що опера успішна в тому сенсі, що вона познайомила людей з питаннями, з якими вони інакше не були б знайомі, зокрема людей із Центру Помпіду, і це чудово.

Я почала займатися так званою розбудовою моделі, намагаючись зрозуміти певні риси Стандартної моделі. Потім як постдок я переїхала у Берклі і зацікавилась експериментами, які там проводили. У мене були певні ідеї інтерпретації цих експериментів. Хоча в той самий час я займалася і космологією. А потім, коли я стала професоркою, то почала цікавитися певними формальними аспектами теорій суперсиметрії і частково питаннями, пов’язаними з теорією струн, але, знову ж таки, з погляду розбудови моделі, хоча частково це все перетиналося з тим, що відбувалося у колі теоретиків теорії струн.

Я рада, що Великий адронний колайдер працює, але боюся, що у нього недостатньо висока енергія. Тож сподіваюся, що в майбутньому буде пристрій із вищою енергією. Багато цікавих речей можуть вимагати вищих енергій. Думаю, що деякі з дрібномасштабних вимірювань, які стосуються темної енергії, – це цікаво, але також мене захоплюють гравітаційні хвилі. Ними справді важко перевірити Нову фізику, але мені подобається ідея порівняти спостереження з LIGO тут на Землі зі спостереженнями з LISA, коли в майбутньому її запустять. Наприклад, чи можна буде визначити, чи орбіти ексцентричні.

Я також думаю, що науковій спільноті слід підтримувати людей, які розповідають про науку, особливо у США, де ці люди дуже вразливі, як би це не було дивно. На мій погляд, справді важливо, щоб була підтримка для таких підходів.

Я також зараз займаюся певною теоретичною роботою. Я досліджую, що необхідно, щоб отримати простір Де Сіттера, щоб отримати темну енергію, намагаюся її зрозуміти. І я повернулася до дослідження бран. Ми розглядаємо рухомі брани, в цьому питанні я співпрацюю з Андреасом Карчем, а також трохи більше обдумую інфляцію і те, чи є спосіб розрізнити різні інфляційні космології. Тож я користуюся цим часом, щоб трохи погратися з різними ідеями. Побачимо, з котрої з них щось вийде.