«Наука делается по фану. Нам интересно найти ответы», – чем занимаются учёные и какое кино о них не врёт

– Андрей, расскажите, над чем сейчас работаете?

– Сейчас я работаю в Радиоастрономическом институте Макса Планка (Германия) и создаю программы, которые помогают обрабатывать данные. Дело в том, что телескопы со всего земного шара передают огромные массивы информации, человек не может все их просмотреть и обработать.

Я занимаюсь разработкой модели на основе алгоритмов машинного обучения, которая будет фильтровать данные: помечать сеты с помехами, которые можно смело удалять, выделять ценные данные, которые пойдут в работу. Надеюсь, алгоритм позволит учёным сразу работать с очищенными от помех данными, что ускорит их работу.

Андрей Казанцев

– А в чём состоит их работа? Чем современные астрофизики занимаются?

– Направлений в астрофизике много – иногда учёные из одной отрасли не понимают доклады коллег из другой. Я могу рассказать о том, что сам изучал: в российской обсерватории я исследовал гигантские импульсы радиопульсаров и разрабатывал методики применения этих импульсов в космической навигации.

Пульсары – быстро вращающиеся нейтронные звёзды с невероятно сильным магнитным полем. Они порождают радиоизлучение, которое приходит на Землю в виде периодических всплесков. Эти импульсы (всплески) очень короткие, длятся от долей секунды до наносекунд. Несмотря на то, что сами импульсы достаточно слабые, современные радиотелескопы способны распознавать их. Это позволяет нам определять как параметры импульсов (амплитуду, длительность, время прихода), так и параметры пульсара (возраст, величину магнитного поля, относительное и абсолютное положение). Подобные разработки помогут ориентироваться в космическом пространстве и пригодятся в будущей космической навигации.

Искусственный интеллект, машинное обучение и глубокое обучение: что это и в чём разница

Читать подробнее

– На Земле уже все материки открыты, а новые созвездия и галактики можно открыть?

– К сожалению, новые созвездия открыть не получится. Созвездие – область неба с совокупностью звёзд, которые в ней находятся, эти области уже зафиксированы Международной астрономической ассоциацией и изменению не подлежат. Поэтому даже открытие новых звёзд не предполагает изменения числа созвездий: их 88.

Зато новые галактики, звёзды, пульсары, планеты открыть вполне возможно. Вопрос в чувствительности инструментов. Например, существует инфракрасный телескоп «Джеймс Уэбб». Его назвали в честь руководителя NASA, который отвечал за программу космических полётов «Аполлон». «Уэбб» считается самым мощным телескопом в своём диапазоне, его разрабатывали в течение 25 лет, и на момент создания он стоил около 10$ миллиардов. Эта мощная машина позволяет увидеть процесс возникновения галактик.

Галактики рождаются из протогалактик – облаков газообразного водорода. В течение миллиардов лет более плотные участки материи притягиваются друг к другу и образуют сгустки, которые становятся первыми звёздами. Процесс образования первых звёзд и галактик невозможно наблюдать оптическими телескопами, поскольку эти протозвезды и протогалактики светят в инфракрасном диапазоне. Для этого и нужен телескоп имени Уэбба.

– С чего вообще начинаются научные открытия?

– Наука начинается с какого-либо природного явления. Учёные задаются вопросом, почему оно возникает. Вообще, наука делается по фану. Нам просто интересно, почему процессы протекают именно так, вот мы и копаемся в них, пытаемся найти ответы. Чтобы быть учёным, нужна огромная мотивация и любопытство. В целом, научные открытия – это своеобразный цикл. Выглядит он так:

• создаём прибор для исследования того или иного явления и с его помощью получаем новую информацию;
• строим гипотезы и теории, как объяснить это явление с помощью известных законов;
• стараемся получить новые данные, чтобы подтвердить или опровергнуть теории;
• доходим до предела возможностей техники и начинаем изобретать новую;
• изобретаем новую технику, подтверждаем или опровергаем теорию;
• видим через эту технику новое явление – круг замкнулся.

Есть хороший пример из истории. Галилео Галилей наблюдал Сатурн и через свою технику видел вокруг планеты несколько образований, но не мог рассмотреть и объяснить, что это такое. С изобретением новых телескопов выяснилось, что вокруг Сатурна есть несколько колец. А уже следующие телескопы помогли узнать, что кольца состоят из льда и пыли. Учёные смогли посчитать их. С каждым поколением техники мы видим всё лучше. Но чем больше информации мы получаем, тем больше появляется новых вопросов.

Читай советы по карьере и новости об образовании в нашей группе «ВКонтакте»

Подписаться

– Как научные открытия влияют на жизнь простых людей?

– Учёным, конечно, нужно выкручиваться при ответе на подобные вопросы, чтобы получать финансирование на свою работу и продолжать исследования. Для этого необходимо убедить общественность, что результаты исследований можно будет применить на практике. На самом же деле открытие и его применение — две совершенно разные вещи. Учёные чаще всего сосредоточены на первом.

В науке обработка и реализация любой идеи занимает много времени. Может пройти сотня лет, прежде чем кто-то применит теорию на практике и получит выгоду. Учёный, движимый своей мотивацией и страстным интересом к исследованию, начинает экспериментировать и разрабатывает теорию, выводит уравнение, открывает частицу. В этот момент он часто сам не знает, как и где новое знание использовать. Возможно, его последователи найдут применение открытию и превратят его в изобретение.

Показательная история произошла с немецким физиком Генрихом Герцем. Его предшественник, математик Джеймс Максвелл, вывел уравнения, которые позже назвали в его честь. Они описывали электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами: положительным и отрицательным.

Герц построил прибор, чтобы проверить теорию Максвелла. С его помощью он не только доказал справедливость максвелловских уравнений, но и обнаружил волны, которые можно передавать без проводов. Учёный открыл сантиметровые радиоволны. На одной из научных конференций его спросили: «Как использовать ваше открытие на практике?» Герц ответил: «Это абсолютно бесполезно. Это только эксперимент, который доказывает, что маэстро Максвелл был прав. Мы всего-навсего имеем таинственные электромагнитные волны, которые не можем видеть глазом, но они есть».

Именно эти волны потом стали называть герцами, на их основе появились связь, радио, телевидение, GPS-навигация. Однако сам Герц, к сожалению, этого не застал.

Есть ещё пример на тему использования открытий. Перед радиоастрономией стояла сложная задача: нужно было научиться создавать трёхмерные проекции галактик. В результате исканий изобрели методику съёмки, которая пригодилась в медицине: на её основе создали первый аппарат МРТ. Получилось так, что задачи астрономов привели к изобретению системы, спасающей жизни людей.

Дописать картину Вермеера, поставить диагноз и придумать логотип — что умеют нейросети

Читать подробнее

– Астрономию недавно вернули в школы как предмет. Зачем она всем школьникам?

– Знаете, был такой космический аппарат «Новые горизонты». В 2006 году его отправили на Плутон. Интересно, что в качестве энергии для полёта использовали распадающийся плутоний. На борту аппарата находилась капсула с прахом человека, который открыл планету Плутон, его звали Клайд Томбо. Так вот, астрономию стоит изучать хотя бы потому, что за твои открытия тебя могут похоронить в космосе!

А если серьёзно, астрофизика — величайшая наука, которая намного масштабнее физики. (Кстати, именно физика является частью астрофизики, а не наоборот). Всё, что мы проходим в школе по физике – эксперименты, которые можно создать только на Земле, в весьма ограниченных условиях. А в космосе эксперименты проводит сама Вселенная. Ей доступны и очень высокие температуры, и невероятной силы магнитные поля, которые могут за наносекунды притянуть весь металл, который есть на Земле. Мы можем наблюдать эти явления, видеть молодые звёзды, предсказывать, что станет с нашей галактикой.

Без астрофизики мы бы не представляли, что нас окружает, из чего состоит вся наша жизнь. Мы не узнали бы, что именно в момент взрыва звёзд появляются химические элементы таблицы Менделеева. И потом, когда небесная кухня подостыла, на свет появилась маленькая планета, на которой позже родились мы из соединений частиц и элементов. В теле человека – 81 химический элемент. И все они появились в процессе жизни звезды. Так что можно считать, что человека породили звёзды: каждый из нас состоит из их частичек.

Что такое Web 3 и почему все так ждут интернет нового поколения. Объясняем простыми словами

Читать подробнее

– Поделитесь подборкой фильмов и сериалов, где достоверно показан космос.

– С точки зрения учёного, у меня нет ни единой претензии к материалу документального сериала «Космос» Карла Сагана (1980 год). В нём нет искажений и спорных моментов, которые противоречили бы науке и здравому смыслу. Однако этот сериал может показаться немного устаревшим. Для любителей новой графики и эффектов есть другой: «Космос. Возможные миры». Его снял в 2020 году ученик Сагана Нил Деграсс Тайсон.

Есть фильм, который неплохо с художественной точки зрения показывает атмосферу лабораторий и коммуникации в учёном сообществе, – «Не смотрите наверх», вышедший в 2021-м. Но с научной точки зрения фильм спорный. Я уже на первой минуте обнаружил ляп: у них телескопы стоят прямо рядом с компьютерами, а это недопустимо. Телескоп должен постоянно охлаждаться, чтобы не было помех в данных.

Крутой фильм – «Космическая одиссея: Путешествие к планетам» 2004 года, от BBC. Несмотря на псевдодокументальность и фантастический жанр, авторы настолько внимательно подошли к фактам, что я снимаю перед ними шляпу (хотя шляп не ношу).

Этого не расскажут в школе: 10 YouTube-каналов в жанре научпоп для расширения кругозора

Как пройдёт десятилетие науки и технологий в России: сотни мероприятий и миллионы участников

В России начнут водить экскурсии в университеты, НИИ и научные лаборатории

Просто об интересном: 10 научно-популярных подкастов о науке, технологиях и человеке

Читать подробнее