Из недалекого будущего: топ 10 предсказаний физика на 2016 год

Итан Зигель, Starts-with-A-Bang!

21 декабря 2015 года

Image credit: Bock et al. (2006, astro-ph/0604101); модифицирован Итаном.

Наука - замечательный инструмент для предсказаний будущего. И вот что должен принести следующий год.

"Последние слова года принадлежат последнему голосу года. 

Слова нового года ждут другого голоса."

Томас Элиот

2015 год в науке был весьма показательным вот по таким причинам:

- Большой Адронный Коллайдер (БАК) вышел на самые высокие уровни энергии в истории,

- ученые нашли доказательства воды на поверхности Марса,

- подтверждено одно из последних великих предсказаний Большого Взрыва - космическое фоновое излучение нейтрино, и даже измерена его температура,

- открыто огромное количество экзопланет, что еще больше повысило наши ожидания от поиска жизни во Вселенной.

Но мы-то знаем - лучшее, конечно, впереди, и 2016 год обещает еще больше новых фактов о Вселенной. Можно сказать с еще большей степенью уверенности, что,  если вы почитаете различную околонаучную прессу, то увидите огромное количество предсказаний, которые никогда не станут реальностью!

И вот, без лишнего шума и пыли, вот перед вами 10 историй - мои (прим. перев. - Итана Зигеля!) предсказания того, что мы обязательно увидим в следующем году - с комментариями, насколько вероятно, что это событие произойдет в реальности.

Image credit: X-ray: NASA/CXC/Univ of Hamburg/F. de Gasperin et al; Optical: SDSS; Radio: NRAO/VLA.

1. Эксперименты по обнаружению темной материи установят новый рекорд дальности

Прямое обнаружение темной материи - что-то вроде "святого грааля" физиков. Несколько команд ученых - к примеру, XENON, LUX, CDMS и ADMX, гоняются за темной материей или наблюдая ее столкновения с обычной материей или пытаясь заставить ее взаимодействовать электромагнитными силами с излучением или аннигиляцией фотонов. Другие, непрямые методы, уже позволили наблюдать темную материю - например, при столкновениях массивных скоплений галактик, но прямых наблюдений еще пока не было.

Эксперименты вроде DAMA и CoGENT обнаружили годовую модуляцию количества взаимодействий частиц. Впрочем, этот результат можно объяснить и влиянием неких других факторов, а не темной материи. Пока наши эксперименты налагают большие ограничения на темную материю. Я думаю, что эти ограничения будут только нарастать, и, скорее всего, мы не сможем напрямую обнаружить темную материю и в 2016м.

Image credit: E. Siegel, from his new book, Beyond The Galaxy.

2) Физики БАК найдут по крайней мере 3 новые частицы... которые не являются частицами!

Стандартная модель элементарных частиц очень хороша. Очень-очень хороша. Слишком хороша - в том смысле, что когда мы изучаем результаты столкновений частиц, то, как они взаимодействуют и распадаются, для объяснения того, что происходит нам не требуется ничего, кроме Стандартной модели. И это - проблема для всех ее расширений, которые сейчас существуют - включая множественность измерений, суперсимметрию, техниколор или теорию струн. Это также проблема и темной материи, если мы когда-либо хотели бы ее найти в лаборатории.

В идеальном мире мы должны открывать при помощи БАК новые фундаментальные частицы. В физике частиц "золотым стандартом" для открытия является 5σ, но положение настолько ужасно, что сообщается о частицах 3.3σ, 2.5σ или даже 1.9σ! Почти наверняка это - не реальные частицы, а флуктуации. Такие типы сообщений мы называем "хвататься за соломинку", это свидетельство того, что мы не нашли вообще ничего. Я предполагаю, что на БАКе мы не найдем ничего нового, но сообщения об открытиях будут продолжать появляться, как будто это настоящие частицы, а не спекулятивные результаты, основанные на фантазиях... по крайней мере трижды в следующем году!

Image credit: NASA, via http://mars.nasa.gov/allaboutmars/extreme/quickfacts/.

3) В мае 2016 года Марс войдет в оппозицию, и в масс-медиа снова появится шум о том, что он "размером с Луну"

Нет, Марс не будет виден размером с Луну - ни сейчас, ни когда он достигнет оппозиции, вообще никогда в истории Солнечной Системы. Реальность по-прежнему невероятно интересна - у Марса, в отличие от всех остальных планет, огромная разница в расстояниях разных оппозиций - от 56 млн км в 2018 до 102 млн км в 2027. Но вполне очевидно, что это не является интересным для очень многих людей. 

А все потому, что орбита Марса - эллиптическая, что в сочетании с орбитой Земли приводит к тому, что "близкие" оппозиции кажутся в 5 раз ярче и по крайней мере в 2 раза больше, чем "далекие". Но даже самая близкая оппозиция приведет к тому, что видимый размер диска Марса на нашем небе будет около 25 угловых секунд (или 0.007 градуса), а полная Луна - размером 1800 угловых секунд (или 0.5 градуса). Чтобы сравниться в видимом размере с Луной, Марс должен оказаться на расстоянии всего в 800 тысяч км от Земли. Это никогда не случится. Но, я предвижу, что подобными идиотскими слухами будет полон весь интернет.

Image credit: Julianne Moses, Nature, 505, 31–32 (02 January 2014).

4) Мы побьем рекорд самой маленькой экзопланеты с водой в атмосфере

Что, вы уже решили, что в этом списке не будет никакого позитива? Реальность такова, что мы только начали искать планеты в данных Кеплера, в особенности включая планеты размерами от суперземель до мининептунов. Обычно это означает миры с ядрами с твердой поверхностью, сравнимыми по размеру с Землей или немного больше нее, с водородно-гелиевым конвертом вокруг них. Во многих случаях в атмосферах таких миров также попадаются очень интересные молекулы, многие из которых мы можем найти, увидев их линии поглощения в свете материнской звезды. 

Легче всего искать большие планеты у маленьких звезд, и изучать атмосферы маленьких планет легче у меньших звезд. По-прежнему очень тяжело найти воду на планете земного типа у звезды солнечного, но в таком случае мы можем изучать юпитеры, а у меньших звезд - планеты размером с нептун. Есть технология, при помощи которой можно найти мини-нептун у красного карлика малой массы, и если посмотреть на ее лимб (и нам поможет удачное стечение обстоятельств) - тогда можно попробовать ожидать открытие самой маленькой планеты с водой в атмосфере.

Image credit: Caltech/MIT/LIGO Laboratory.

5) Продвинутый LIGO даст первого кандидата на название гравитационной волны.

Еще одна очень крутая возможность - открытие гравитационных волн методом прямых наблюдений. Это - одно из остающихся еще пока неподтвержденных предсказаний Общей Теории Относительности Эйнштейна. Мы практически уверены, что такая рябь пространства-времени должна существовать. Мы уже наблюдаем тесные пары нейтронных звезд, и, согласно ОТО, постоянное сужение их орбит говорит об излучении гравитационных волн. Но пока мы не подтвердим этот факт прямыми наблюдениями, мы не можем говорить об этом наверняка.

До этого года подобной технологии просто не существовало. Но с появлением LIGO в сентябре  2015 г. мы должны собрать достаточно данных, чтобы надеяться на подтверждение гравитационных волн до конца следующего года. Отражая лазерные лучи зеркалами, расположенными на огромных расстояниях, мы должны получить достаточную чувствительность для измерения в пространстве между этими зеркалами гравитационных волн. Конечно, немного самонадеянно с моей стороны предсказывать такое открытие сразу же на следующий год после запуска новой технологии, но я такой фанат этого, что ставлю именно на 2016.

Image credit: Planck science team.

6) Но гравитационные волны от самого Большого Взрыва еще не обнаружат в 2016

В прошлом году команда BICEP2 навела большого шороху, объявив об обнаружении гравитационных волн, оставшихся от Большого Взрыва. Монументальное открытие по многим причинам, одна из которых - оно отлично вписывается в модель Хаотичной Инфляции, разработанной Андреем Линде (Andrei Linde) и совершенно противоречит другим моделям - "Новой инфляции" Албрехта и Штейнхарда и также самого Линде, согласно которым должны быть огромные, реально огромные гравитационные волны - одни из самых больших, которые только могут позволить различные инфляционные модели.

Но по мере поступления данных Planck, POLARBEAR и BICEP2, на эти волны были наложены новые ограничения, которые стали противоречить хаотичным моделям. Я думаю, что эти гравитационные волны не только не всплывут на поверхность в течение 2016 года, но и сами ограничения вырастут настолько, что сделают хаотичные модели маловероятными. И, далее, Линде с его аспирантами и сотрудничающими организациями так и не придут к соглашению.

Image credit: Yekaterina Pustynnikova / Associated Press, след метеора над Челябинском, Россия, 2013.

7) Кто-нибудь снова начнет спекулировать на теме большого астероида, летящего к Земле. Ни одного астероида вблизи Земли не появится.

Устали уже от людей, которые кричат, как заведенные "волк! волк!" в попытках получить финансирование для своих инвестиций низкой вероятности и высоких рисков? Возможно, среди них - пример всего домена "защиты от астероидов". Да, на самом деле в год происходит до двух падений "обычных" астероидов, при которых не бывает никаких разрушений или жертв, и которые несут - в худшем случае - проблем не больше, чем наводнение или торнадо.

Столкновения с образованием кратеров, или несущие угрозу городам, опасные пролеты крупных, километровых астероидов невероятно редки (при разумном определении, что такое расстояние опасности от Земли) - несмотря на все, что вы слышите. Каждый год обязательно повторяется история из серии - "О,НЕТ!!" астероид летит к нам, то есть, следует ожидать, что подобное будет и в следующем году. Я также прогнозирую, что его размер будет сильно преувеличен, и он не будет представлять никакой опасности. Впрочем, я могу и ошибиться, тут такая лотерея, иногда ты выигрываешь - или, в нашем случае, проигрываешь - и получаешь по полной.

Image credit: я и бесплатное ПО Stellarium, via http://stellarium.org/.

8) Жирафиды (жирафята?) - новейший метеорный поток в истории Земли - будет снова разочарованием

Но это не будет длиться вечно! В 2012 у кометы 209P/Linear было тесное свидание с Юпитером, которое отправило ее внутрь Солнечной Системы. В 2014 году она прошла всего в нескольких миллионах км от Земли, волоча за собой небольшой хвост из пыли и мусора, что привело к первому метеорному потоку в созвездии Жирафа, что было большим разочарованием, дав всего 5-10 метеоров в час с пиком 23-24 марта. Практически не было метеоров в 2015, не будет их и в 2016.

Но комета, которая их создает, находится на орбите с периодом 5 лет! Приходите в 2019 году, чтобы посмотреть на него - возможно, при движении вокруг Солнца, она создаст гораздо больше мусора, что обещает значительно лучшие шансы что-то увидеть через 3 года!

Новый объект (U) как он был виден ALMA. Credit: R. Liseau, et al.

9) Суперземля во внешней Солнечной Системе? Ставлю на то, что это обычный объект пояса Куйпера.

На прошлой неделе интернет сходил с ума от того, что, как сообщили, был обнаружен самый далекий объект Солнечной системы.

Заголовок содержал в себе термин "суперземля" - или планета больше Земли и меньше Нептуна - на расстоянии примерно 8 расстояний Плутона от Солнца. Но, несмотря на самые наши оптимистичные надежды, вряд ли это так - планетоподобные объекты Солнца находятся в плоскости эклиптики, а орбита этого лежит под огромным углом: аж 42 градуса! 

Более вероятно, что этот объект находится во внешней Солнечной Системе, но значительно ближе (примерно на расстоянии Седны) и меньше Плутона. Другие варианты - например, поместить его на большое расстояние и сделать коричневым карликом или даже маленькой звездой, даже если нам они и нравятся, вряд ли возможны - он бы тогда давал значительное излучение в инфракрасной области, а мы этого не наблюдаем. Последующие наблюдения помогут лучше определить параметры его орбиты и тогда можно будет совершенно точно сказать, что это такое. Ставлю на то, что вариант "суперземля" отпадет.

10) Нобелевская премия по физике 2016 года будет дана за одно из следующих открытий

- фермионные конденсаты и другие свойства сверххолодных атомных газов - Дебора Джин (Deborah Jin)

- крошечные наногенераторы энергии, которые работают на эффекте пьезоэлектричества - появления электричества в кристаллах под давлением - Жон Лин Уонг (Zhong Lin Wang)

- открытие экзопланет у звезд солнечного типа, скорее всего будет поделена между или Уильямом Боруки (William Borucki) ("отцом" проекта "Кеплер") или Александром Вольфшаном (Aleksander Wolszczan), который открыл первую планету у пульсара в 1992 году и Мишелем Майором (Michel Mayor) и Дидье Квело (Didier Queloz), которые открыли первую планету у другой звезды в 1995 году.

Нет причин считать, что не могут вручить три отдельные Нобелевские премии где-то в течение этого десятилетия, но я ставлю на то, что в следующем году это будут экзопланеты.