Джана Левин: Звукът, който издава Вселената

Ние мислим за космоса като за тихо място. Но физика Джана Левин твърди, че Вселената има саундтрак -- композиция от звуци, която записва някои от най-драматичните събития в далечния космос. (Черните дупки, например, удрят по космическото време като барабан). Една достъпна и отваряща съзнанието звукова разходка през Вселената.

Бих искала да помоля всички вас да помислите за кратко

върху много простия факт,

че, до голяма степен,

повечето от това, което знаем за Вселената

сме го разбрали чрез светлината.

Можем да застанем на Земята и да погледнем нощното небе

и да видим звездите с очите си.

Слънцето прогаря периферното ни зрение,

виждаме светлината отразена от Луната

и от времето, откакто Галилей насочи онзи елементарен телескоп

към небесните тела,

известната Вселена е идвала при нас чрез светлината

през огромните ери космическа история.

И с всички модерни телескопи,

ние сме били в състояние да съберем

този невероятен ням филм за Вселената --

тези поредици от снимки,

които ни връщат назад във времето до Големия Взрив.

И въпреки това, Вселената не е ням филм,

защото Вселената не е тиха.

Бих искала да ви убедя,

че Вселената има саундтрак

и че този саундтрак се изпълнява върху самия космос.

Защото космосът може да потреперва като барабан.

Той може да изсвири нещо като запис

през Вселената

на някои от най-драмамтичните събития в момента, в който се случват.

Сега бихме искали да можем да добавим

към фантастичната визуална композиция,

на Вселената, която имаме,

една звукова композиция.

И докато ние никога не сме чували звуци от космоса,

наистина трябва през следващите няколко години,

да започнем да увеличаваме звука на това, което се случва там горе.

Така при тази амбиция

да запишем песните от Вселената,

ние насочваме нашето внимание

към черните дупки и обещанието, което те дават,

защото черните дупки могат да удрят по простраството и времето

като палки по барабан

и имат много особена песен,

която бих искала да ви изсвиря за някои от нашите предположения,

за това каква би била тази песен.

Сега, черните дупки са тъмни на фона на тъмно небе.

Не можем да ги видим директно.

Те не стигат до нас чрез светлината, или поне не директно.

Може да ги видим по косвен начин,

защото черните дупки създават хаос около тях.

Те унищожават звездите около тях.

Те изригват отломки в околностите си.

Но няма да дойдат при нас директно чрез светлината.

Един ден може да успеем да видим сянка,

която черната дупка може да хвърли върху ярък фон,

но все още не можем.

И въпреки това, черните дупки могат да бъдат чути,

дори и ако не могат да бъдат видени

и това е защото те удрят по пространството и времето като барабан.

Значи, ние дължим идеята, че космосът може да звучи като барабан

на Албърт Айнщайн, на който дължим толкова много.

Айнщайн осъзнава, че ако космосът е празен,

ако Вселената е празна,

то тя би била като тази картина,

с изключение може би на полезната решетка, нарисувана върху нея.

Но ако свободно падахме през пространството,

дори и без тази полезна решетка,

ние бихме могли да се нарисуваме,

защото щяхме да забележим, че сме пътували по права линия,

неотклонени прави пътеки

през Вселената.

Айнщайн също така разбра --

и това е истинската същност на проблема --

че ако сложите енергия или маса във Вселената,

тя би изкривила пространството.

И един свободно падащ предмет

би преминал, нека да кажем, покрай Слънцето

и би се отклонил

по естествените криви на космоса.

Това е великата обща теория на относителността на Айнщайн.

Значи, дори светлината би се огънала по тези пътеки.

И можете да се огънете толкова много,

че да бъдете хванати в орбита около Слънцето,

както е Земята, или както е Луната около Земята.

Това са естествените криви на космоса.

Това, което Айнщайн не е разбрал

е, че ако вземете нашето Слънце

и го смачкате до шест километра --

тоест взимате един милион пъти масата на Земята

и я смачквате до шест километра в диаметър,

бихте направили черна дупка,

един толкова плътен обект,

че ако светлината се приближи толкова близо, тя никога не би могла да избяга --

една тъмна сянка на фона на Вселената.

Не Айнщайн беше този, който откри това.

Това беше Карл Шварцшилд,

който е бил немски евреин в Първата Световна Война --

присъединил се към немската армия като вече известен учен,

работещ на руския фронт.

Обичам да си представям Шварцщилд в окопите през войната,

как изчислява балистичните траектории за оръдията,

и тогава, между другото,

как изчислява уравненията на Айнщейн --

както се прави в окопите.

И той четял наскоро публикуваната

обща теория на относителността на Айнщайн

и бил заинтригуван от тази теория.

И бързо извел като предположение

точно математическо решение,

което описва нещо много изключително:

криви, които са толкова силни,

че пространството би се изляло в тях,

карат самият космос да се изкриви като водопад,

течащ по гърлото на дупка.

И дори светлината не би могла да избяга този поток.

Светлината би била извлачена надолу в дупката,

както всички друго,

и всичко което би останало, би било една сянка.

И след това, той писал на Айнщайн

и казал: "Както ще видиш,

войната беше достатъчно мила към мене,

въпреки тежкия обстрел.

Имах възможността да избягам от всичко това

и да побродя през земята на твоите идеи."

И Айнщайн бил много впечатлен от неговото точно решение,

и също така, надявам се, от посвещението му като учен.

Това е един много работлив учен, подложен на тежки условия.

И той представил идеята на Шварцшилд

пред Академията на Науките на Прусия през следващата седмица.

Но Айнщайн винаги е вярвал, че черните дупки са математически феномен.

Той не е вярвал, че те съществуват в реалността.

Той мислел, че природата би ни предпазила от тяхното образуване.

Минаха десетилетия

преди терминът черна дупка да бъде измислен

и хората да разберат,

че черните дупки са реални астрофизични обекти --

всъщност те представляват умрели

огромни звезди,

които са пропаднали катастрофално

в края на техния живот.

Значи, нашето Слънце не би пропаднало като черна дупка.

То всъщност не е достатъчно голямо.

Но ако си направим един малък мисловен експеримент --

както Айнщайн много обичал да прави --

бихме могли да си представим,

че смачкваме Слънцето до шест километра

и слагаме една малка Земя в орбита около него,

може би на 30 километра

от Слънцето черна дупка.

И тя ще бъде самоосветяваща се,

защото сега Слънцето го няма и ние нямаме друг източник на светлина --

така че нека направим нашата малка Земя самоосветяваща се.

И вие бихте разбрали, че бихте могли да сложите Земята да обикаля щастливо в орбита,

дори 30 километра

извън смачканата черна дупка.

Тази смачкана черна дупка

всъщност би се събрала в Манхатън, горе-долу.

Може малко да се разлее в Хъдсън

преди да разруши Земята.

Но в общи линии за това става въпрос.

Това, за което става въпрос е обект, който можете да смачкате

до половината на площта на Манхатън.

И така ние местим тази Земя много близо --

на 30 километра от черната дупка --

и наблюдаваме, че тя си обикаля спокойно в орбита около черната дупка.

Има нещо като мит,

че черните дупки поглъщат всичко във Вселената,

но всъщност вие трябва доста да се приближите, за да паднете в нея.

Но това, което е много впечатляващо е, че от нашата гледна точка,

ние винаги можем да видим Земята.

Тя не може да се скрие зад черната дупка.

Светлината от Земята, една част пада в черната дупка,

но една част от нея се отразява и стига обратно до нас.

Така че не можете да скриете всичко в една черна дупка.

Ако това беше Батълстар Галактика

и вие се биехте със Силоните,

не се крийте зад черна дупка.

Могат да ви видят.

Значи, нашето Слънце няма да стане черна дупка;

не е достатъчно голямо,

но има десетки хиляди черни дупки в нашата галактика.

И ако една от тях някога би затъмнила Млечния път

ето така би изглеждал Млечния път.

Бихме видели сянка от тази черна дупка

на фона на стотици милиарди звезди

в Млечния път и техните пътеки от светещ прах.

А ако ние бяхме тръгнали да паднаме към черната дупка,

бихме видели всичката тази светлина, която се отразява наоколо

и дори бихме започнали да преминаваме в тази сянка

и наистина не бихме забелязали нищо драматично да се случва.

Ще бъде зле, ако се опитаме да изстреляме ракети и да се измъкнем от там,

защото няма да можем,

така както и светлината не може.

Но въпреки, че черната дупка е тъмна отвън,

тя не е тъмна отвътре,

защото цялата светлина от галактиката може да падне зад нас.

И въпреки че, поради релативистичния ефект, известен като разширяване на времето,

нашите часовници биха изглеждали като че ли се забавят

спрямо галактическото време,

това би изглеждало като че ли еволюцията на галактиката

се е забързала и се е насочила към нас,

точно преди да бъдем смачкани до смърт от черната дупка.

Това би било като преживяване почти като преди смъртта,

където виждате светлината в края на тунела,

но това е преживяването при смъртта.

(Смях)

И няма начин да кажем на никого

за светлината в края на тунела.

Значи, ние никога не сме виждали сянка като тази на черната дупка,

но черните дупки могат да бъдат чути,

дори ако те не могат да бъдат видени.

Представете си сега една реалистична ситуация в астрофизично отношение --

представете си две черни дупки, които са си живели заедно дълго време.

Може би, те са започнали като звезди

и са колабирали като две черни дупки --

всяка една от тях 10 пъти масата на Слънцето.

Сега ние ще ги смачкаме до 60 километра в диаметър.

Те може да се въртят

стотици пъти в секунда.

В края на техния живот,

те обикалят една около друга почти със скоростта на светлината.

Така, те преминават хиляди километри

за части от секундата.

И като правят това, те не само изкривяват пространството,

но оставят зад себе си

звън от пространството,

една действителна вълна от пространство-времето.

Пространството се свива и разтяга,

като излиза от тези черни дупки,

удряйки по Вселената.

И те пътуват в космоса

със скоростта на светлината.

Тази компютърна симулация

е благодарение на Група по относителността в НАСА Годърд.

Необходими бяха 30 години, за да успее някой в света да разреши този проблем.

Това е една от групите.

Ето две черни дупки в орбита една около друга,

още веднъж с тези удобно нарисувани криви.

И ако можете да видите -- малко е бледо --

но ако можете да видите червените вълни да излизат навън,

това са гравитационните вълни.

Те са буквално звуците на звънтящия космос,

и те ще пътуват от тези черни дупки със скоростта на светлината,

докато затихва звънът им, и се обединява

в една въртяща се, тиха черна дупка

в края на деня.

И ако бяхте достатъчно близо,

вашите уши щяха да резонират

със свиването и разтягането на пространството.

Вие буквално щяхте да чуете звука.

Разбира се, главата ви щеше да бъде неудобно свита и разтеглена,

така че сигурно щеше да ви е трудно да разберете какво точно се случва.

Но бих искала да ви пусна

звука, който ние предсказваме.

Това е от моята група --

малко по-малко бляскаво компютърно моделиране.

Представете си една по-лека черна дупка,

която пада върху една много тежка черна дупка.

Звукът, който чувате,

е леката черна дупка, удряйки по пространството

всеки път, в който се приближава.

Ако се отдалечи, става малко прекалено тихо.

Но идва като чук

и той буквално пропуква пространството,

клатейки го като барабан.

И ние можем да предскажем какъв би бил звукът.

Знаем, че когато пада,

той се приближава и става по-силен.

И най-накрая,

ще чуем малкия да падне върху големия.

(Барабанене)

И тогава вече го няма.

Значи, аз никога не съм го чувала толкова силно -- всъщност, много е по-драматично.

Вкъщи, звучи малко като антиклимакс.

Нещо като звън, звън, звън.

Ето едни друг звук от моята група.

Не, не ви показвам никакви снимки,

защото черните дупки не оставят след себе си

помощни следи от мастило,

и пространството не е оцветено,

така че да ви покаже кривите.

Но ако си летите из космоса на космическа ваканция

и чуете това,

ще поискате бързо да се изнесете.

(Смях)

Ще искате да се махнете от звука.

И двете черни дупки се движат.

И двете черни дупки се приближават една към друга.

В този случай и двете тракат силно.

И те ще се слеят.

(Барабанене)

Свърши се.

Това чуруликане е много характерно за сливането на черните дупки --

чуруликат на края.

Това е нашето предположение

за това какво ще видим.

За късмет, ние сме на безопасно разстояние в Лонг Бийч, Калифорния.

И сигурно, някъде във Вселената

две черни дупки са се слели.

И сигурно, пространството около нас

звъни,

след като е пътувало може би милион светлинни години, или милион години

със скоростта на светлината, за да стигне до нас.

Но този звук е прекалено тих, за да може да го чуе някой от нас.

Има много хитроумни експерименти, направени на Земята --

единият се казва ЛИГО --

които откриват отклонения

в свиването и разтягането на пространството,

с размер по-малък от част от ядрото на атома

върху четири километра.

Това е изключително амбициозен експеримент

и ще бъде с напреднала чувствителност

в следващите няколко години -- за да се улови това.

Също така има предложена космическа мисия,

която се надяваме да бъде изстреляна през следващите десетина години,

наречена ЛИСА.

И ЛИСА ще бъде способна да види супер-масивни черни дупки --

черни дупки с размер от милиони или милиарди пъти

на масата на Слънцето.

В тази снимка от Хъбъл, виждаме две галактики.

Изглеждат като че ли са замръзнали в някаква прегръдка.

И всяка една от тях по всяка вероятност държи

една супер-масивна черна дупка в сърцевината си.

Но те не са замръзнали,

те всъщост се сливат.

Тези две черни дупки се сблъскват

и ще се слеят в рамките на един милиард години.

Извън човешките ни възприятия

е да можем да чуем песен с такава продължителност.

Но ЛИСА би могла да види финалните фази

на две супер-масивни черни дупки

в ранната история на Вселената,

последните 15 минути преди да се слеят.

И това не са просто черни дупки,

това е също така всяко голямо смущение във Вселената --

най-голямото, от които, било Големият Взрив.

Когато този израз бил измислен, той звучял подигравателно --

като "Ох, кой би повярвал в Големия Взрив?"

Но сега този израз всъщност може би е технически по-точен,

защото той мже да гърми;

той може да издаде звук.

Тази анимация от моите приятели от Протон Студиос

показва Големият Взрив гледан отвън.

Всъщност ние никога не бихме искали да направим това в действителност, искаме да сме вътре във Вселената,

защото няма такова нещо като да стоиш извън Вселената.

Така, представете си, че сте вътре в Големия Взрив.

Той е навсякъде около вас

и пространството трака хаотично.

14 милиарда години минават

и тази песен все още звъни около нас.

Галактики се формират

и поколения от звезди се формират в тези галактики.

И около една звезда,

поне една звезда,

има една обитаема планета.

И тук ние правим тези експерименти с бясна скорост,

правейки изчисления, пишейки тези компютърни кодове.

Представете си преди милиард години

две черни дупки се ударили.

Тази песен звучи през пространството

през цялото това време.

Ние даже не сме били тук.

Приближава се все повече и повече --

преди 40 000 години, ние все още сме правили пещерни рисунки.

Нещо като побързайте, направете си инструментите.

Приближава се все повече и повече и през две хиляди и

която и да е година,

когато нашите детектори са най-накрая с напреднала чувствителност --

ние ще ги построим, ще включим машините

и хоп, ще я доловим -- първата песен от космоса.

И ако доловим звука на Големия Взрив,

той би звучал така.

(Статично). Ужасен звук е.

Това е буквално дефиницята за шум.

Това е бял шум, такова хаотично звънене.

Но то е навсякъде около нас, по всяка вероятност,

ако не е било отнесено

от някакъв друг процес във Вселената.

И ако го уловим, този звук би бил музика за нашите уши,

защото той ще бъде тихото ехо

на момента на нашето създаване,

на нашата наблюдаема Вселена.

И така през следващите няколко години

ние ще можем да увеличим малко този саундтрак,

да изтълкуваме Вселената в звук.

Но ако открием тези най-ранни моменти,

това ще ни доведе толкова по-близо

до разбирането на Големия Взрив,

което ще ни доведе толкова по-близо

до задаването на някои от най-трудните, най-убягващи ни въпроси.

Ако пуснем филма на нашата Вселена на обратно,

знаем, че е имало Голям Взрив в нашето минало,

и дори бихме могли да чуем какофоничния му звук,

но дали нашия Голям Взрив е единствения Голям Взрив?

Това, което имам в предвид е, че трябва да попитаме дали това се е случвало и преди?

Ще се случи ли пак?

В духа на това да отговорим на предизвикателството на TED,

да запалим чудото отново,

ние можем да задаваме въпроси, поне в тази последна минута,

които, честно казано, могат да ни убягват завинаги.

Но трябва да попитаме:

Възможно ли е нашата Вселена

да е просто остатък от някакво по-велико минало?

Или, възможно ли е ние да сме просто разклонение на мулти-вселена --

всяко разклонение с неговия собствен Голям Взрив в миналото --

може би някои от тях си имат черни дупки, които бият барабани,

може би някои нямат --

може би някои имат съзнателен живот, а други нямат --

не в нашето минало, не в нашето бъдеще,

но някак си дълбоко свързани с нас?

Така че ние трябва да се чудим, ако има мулти-вселена,

в някои от другите разклонения на тази Вселена

има ли живи същества?

Ето моите същества от мулти-вселената.

Има ли други същества в мулти-вселената,

чудещи се за нас

и разсъждаващи за собствения си произход?

И ако има,

мога да си ги представя като нас

смятащи, пишещи компютърни кодове,

строящи инструменти,

опитващи се да засекат и най-слабия звук

от тяхното минало

и чудещи се кой още е там.

Благодаря ви. Благодаря ви.

(Аплодисменти)