Там, где все начиналось: сингулярность глазами науки и искусства

Чтобы понять, как современные ученые описывают момент, когда «все началось», мы обратились к Дмитрию Глазову — кандидату физико-математических наук и ведущему научному сотруднику Нового Физтеха ИТМО.

Д.Г.: В науке сингулярность — исключительная ситуация, в которой привычные закономерности перестают работать. В математике – это точка, где значение функции стремится к бесконечности, а в физике – момент, когда принятая модель «ломается» и требует принципиально нового описания.

Космологическую сингулярность связывают с Большим взрывом — моментом, когда вся материя и энергия были сосредоточены в одной точке, а пространство и время, в привычном понимании, еще не существовали. Пока мы не знаем, как правильно описать это событие, известные нам физические теории там не работают. Именно эта «граница понимания» и делает сингулярность таким интригующим объектом для науки.

Д.Г.: Люди часто представляют себе кинематографический взрыв в пустоте, где материя разлетается из одной точки во все стороны. Но на самом деле это было расширение самого пространства — не из центра, а повсеместно. Что-то вроде горячей плотной плазмы существовало везде и сразу.

В первые доли секунды после взрыва Вселенная расширялась крайне быстро — эту фазу описывает теория инфляции, хотя мы все еще мало про это понимаем. При этом отдельные точки удалялись быстрее скорости света, и даже сейчас это делают, хотя инфляция уже прошла и расширение Вселенной стало гораздо медленнее.

Д.Г.: Модель Большого взрыва – основная сегодня. Ее подтверждают наблюдаемые явления, например, реликтовое излучение – эхо Большого взрыва. Но у нее есть и нерешенные вопросы: что именно было в самый первый момент, как возникла асимметрия между материей и антиматерией, и что такое темная энергия, которая ускоряет расширение Вселенной?

Д.Г.: С научной точки зрения, это не совсем корректно. В момент сингулярности пространство и время, какими мы их знаем, еще не существовали, а значит, само понятие «до» теряет смысл. Это трудно вообразить, но именно такие вопросы и приближают нас к границами познания — и поэтому так волнуют ученых.

Д.Г.: Такие проекты — наш шанс приблизиться к моменту Большого взрыва. Телескоп «Джеймс Уэбб» способен наблюдать свет самых ранних галактик, появившихся вскоре после Большого взрыва, в первый миллиард лет жизни Вселенной. Детектор LIGO впервые в истории позволил увидеть гравитационные волны от слияния черных дыр и нейтронных звезд. А гравитационные волны из ранней Вселенной, возможно, уже обнаружены проектом NANOGrav — сейчас специалисты активно обсуждают полученные данные. Эти наблюдения помогают не только подтверждать или опровергать теории, но и исследовать ранее недоступные области Вселенной. С каждым шагом мы становимся все ближе к точке отсчета от возникновения Вселенной.

Д.Г.: Мы неплохо понимаем, как формировалась материя: от кварк-глюонной плазмы до атомов, звезд и галактик. Но остаются фундаментальные загадки.

Это ключевые вопросы современной космологии и физики фундаментальных взаимодействий.

Д.Г.: Мы вполне можем находиться «на пороге великих открытий». Нерешенные проблемы звучат все острее, а существующие модели местами трещат по швам. Самые современные телескопы и ускорители частиц собирают огромный объем новой информации, которую мы будем обрабатывать еще много лет. Возможно, что революционное открытие уже хранится в петабайтах накопленных данных.

Наука, облеченная в визуальную форму, теряет ореол недоступности. Научно-популярный контент становится частью массовой культуры: от лекций до сериалов и подкастов. Что именно вдохновляет художников — и как на это реагирует научная среда? На этот вопрос (и все вытекающие из него) нам ответили Татьяна Мелентьева, шеф-редактор Центра научной коммуникации Университета ИТМО,и Александр Ус, сооснователь и креативный директор студии SILA SVETA.

Т.М.: Интерес к космосу и фундаментальной науке сегодня не случаен. За последние 30 лет произошло множество открытий. Людей всегда волновали вопросы об устройстве мира. Вспомните обсуждения запуска Большого адронного коллайдера или снимков черной дыры. Это естественное любопытство и желание понять свое место в мире.

Т.М.: Конечно, чем больше мы показываем, как ученые видят и исследуют мир, тем легче преодолеваются стереотипы о том, что наука — это сложно и скучно. Инсталляции, VR и другие визуальные форматы делают научные темы более доступными и привлекательными.

Т.М.: Да, нам важно ловить эти образы — от мемов до больших блокбастеров. Сейчас все больше творческих проектов консультируются с учёными, и это не может не радовать. Действительно, иногда научные концепции чрезмерно упрощают или драматизируют в угоду сюжету. Но именно такие образы могут стать для зрителя первой точкой соприкосновения с наукой. А дальше — наша с учёными задача показать, что за вымышленными историями стоит подлинное знание, доступное каждому.

А.У.: Нас вдохновила сама идея соединения технологий, науки и искусства — создать нечто, чего раньше никто не делал. Нам было интересно докопаться до сути: как визуализировать космос, представить безопасное путешествие через черные дыры и заглянуть туда, куда обычный человек заглянуть не может. Поэтому в «Точке сингулярности» мы интерпретируем этапы появления Вселенной как метафору художественного акта и отражаем путь света – от момента рождения в точке сингулярности до появления жизни.

Для нас это был не только творческий вызов, но и технически амбициозный проект. Мы решили построить настоящую 360°-сферу — сетап, который до нас никто не делал, а значит и не было опыта работы с ним. Чтобы вы понимали масштаб: конструкция весит 34 тонны и достигает высоты трехэтажного здания. Внутри — гибкие LED-экраны. Мы задействовали более 6 000 светодиодных модулей и 176 экранных кабинета. Поэтому монтаж стал настоящей сборкой 3D-пазла в пространстве. Все элементы монтировались в подвешенном состоянии — и нужно было добиться идеального совпадения, чтобы сфера замкнулась точно по всем осям.

А.У.: Над сценарием шоу внутри сферы мы работали вместе с учеными из ИТМО. Это было не первое наше сотрудничество, но на «Точке сингулярности» была самая жаркая дискуссия: потому что никто не знал, как это представить. Нарисовать точку сингулярности или инфляцию можно только как некую визуализацию-подобие, но этого никто никогда не видел. Например, как можно одновременно изобразить сверхплотное и сверхгорячее тело? Электромагнитные волны или гравитацию?

Т.М.: Мы привлекали экспертов из разных областей науки, чтобы визуальный ряд был научно достоверен. Научную экспертизу обеспечивали физики, а мы, как научные коммуникаторы, дополняли образами и референсами из искусства и поп-культуры. Вместе с коллегами продумывали детали: например, инфляцию предложили показать как одновременное и повсеместное расширение пространства. Эта инсталляция опирается на самые современные теории о происхождении Вселенной и предлагает зрителю не просто зрелище, а художественную интерпретацию современной научной картины мира.

Т.М.: Здесь нет универсального рецепта, и каждый раз это поиск компромисса. С одной стороны, у нас есть общество и креативная индустрия, с другой — строгая наука и ученые, которые знают, как современная наука видит мир. Наша задача — учитывать интересы всех сторон, не выходить за пределы научного знания и не забывать о чувстве юмора и самоиронии.

Конечно, в приоритете остается научная достоверность, ведь наша цель — правильная репрезентация науки. Неаккуратные метафоры или подача могут привести к искажению знаний, а этого мы стараемся избегать. Мы стремимся рассказывать о том, как работает наука, делать ее понятной и увлекательной — и при этом сохранять любопытство, которым движимы ученые и мы сами.