Един княз, отдаден на семейството, сърфа, науката, черните дупки и тъмната материя

С новия колайдер в ЦЕРН ще отворим прозореца към нова ера

Аз както и много учени вярвам в простотата в природата, в нейната симетрия, комплексност и елегантност

Квантовото сплитане е ключът

Вярвам, че космическите пътувания един ден ще са възможни, но пътуването във времето - не

Тъмната енергия и материя са фундаментален проблем, казва князът

Малцина знаят, че голямата страст на един от най-харизматичните принцове в Европа е квантовата физика. Независимо че вече над 30 години той е по върховете на водещи банкови институции в света, княз Кирил Преславски следи с интерес научните открития не само в любимата си специалност, а и във всичко, свързано с Вселената - от математиката до астрофизиката, астрохимията, биологията и много още.

Може би защото е сред малцината, успели да завършат с отличие квантова физика в престижния Принстънски университет.

"Космос" се свърза с него по повод рождения му ден, тъй като принцът неотдавна стана на 55 години. Въпреки огромната си заетост принц Кирил все така умело разпределя времето си между децата, 

банкерството, квантовата физика и сърфа

"За рождения си ден бях в Лондон, но децата не можаха да са с мен - сподели князът пред "Космос". - Синът ми Тасило по това време бе на доброволческа работа в рамките на инициатива на организацията "Черноморска мрежа" във Варна. Той придоби отличен опит и научи много за замърсяването в Черно море.

Затова с децата това лято ще бъдем в Майорка за две седмици и се надяваме да имаме вълни и малко вятър." 

Докато бе все още на работа, а и по време на ваканцията си князът с удоволствие обсъди с "Космос" най-актуалните теми в квантовата физика, устройството на Вселената, тъмната енергия и материя, черните дупки и доколко новите открития ни приближават към идеята за Бог.

Съвсем естествено разговорът ни започна с въпроса кога да очакваме Новата физика? Науката такава, каквато я познаваме днес, и нейният Стандартен модел изглеждат безнадеждно изчерпани. Учени от цял свят от години отчаяно търсят новата Божествена формула, която ще надгради Теорията на относителността на Алберт Айнщайн и ще обясни модела на Вселената. Затова и първият въпрос към принц Кирил е дали очаква тази Нова физика да се появи в близко бъдеще?

"Определено има много постижения, някои от които особено вълнуващи, когато говорим за Стандартния модел, особено при физиката на високите енергии и на частиците.

Спомнете си откритието в Големия адронен колайдер на ЦЕРН на Хигс бозона (частицата, която придава маса на останалите - б. р.), а и след него и някои други, които са изключително важни, защото експериментално потвърдиха възможността за съществуването на нови субатомни частици, за които досега имаше само теоретични предположения. За съществуването на някои от тях допускахме от 40 години, някои неща се случваха, а в същото време едва сега осъзнаваме едно важно ограничение - достъпните ни в момента нива на енергиите и един важен Х в детайлите - екзотичните частици тъмна материя. Затова на базата на натрупания емпиричен материал е необходимо да направим анализ и тогава да разширим контекста, за да постигнем дългоочакваното обединение на различните сили във физиката. Мисля, че

Струнната теория бе многообещаващ пробив

при преодоляването на тези трудности."

Разликата между Стандартния модел и Теорията на струните е, че той е изграден на базата на физиката на елементарните частици, каквато я познаваме днес. Докато Струнната теория твърди, че всички сили в природата и елементарните частици се състоят от едноизмерни обекти във вид на струни. Благодарение на това тя би решила някои непреодолими до този момент проблеми, свързани с несъвместимостта на квантовата механика и Айнщайновата теория за гравитацията, и би положила основата за създаването на обединената Теория на квантовата гравитация. Някои учени дори разчитат, че един ден тази теория ще реши търсената отдавна финална формула на мирозданието и ще обедини четирите сили в природата - гравитация, електромагнетизъм, силно ядрено и слабо ядрено взаимодействие. Задача, пред която сегашният Стандартен модел изглежда безсилен. Според Струнната теория има 10 или 11 измерения на пространство-времето, за разлика от сегашните 4: три пространствени плюс времето. Основното при нея е, че струните трептят с различни резонансни честоти, при това в различни режими, както струните на цигулката или китарата.

"Въпреки всички проблеми, мисля, че тази теория има някои предимства, които определено показват, че сме на път да стигнем до нещо позитивно - казва принц Кирил. - В същото време интуицията ми подсказва, че дори Струнната теория има някои слабости. Вариации като концепцията за суперструните (съкратено от суперсиметрична струнна теория), са по-скоро нещо интуитивно, но пък осигуряват по-добро представяне и наблюдение.

Според мен е необходим пробив, който никой не знае кога ще се случи. Допускам, че е реалистично да стане,

когато се комбинират области като математиката и физиката с други,

на първо място химията, за да се създаде необходимият за пробив масив от знания. Смятам, че именно той ще осигури отскок към следващото ниво, както стана с квантовата физика.

Затова вярвам, че само представители на различни области в науката заедно ще успеят да обяснят всичко, което се случва около нас. Моето усещане е, че след като толкова много години, толкова много хора по различни пътища преследват тази цел, ще се приближим още по-близо до успеха, посят през ХХ век."

В това отношение принц Кирил е абсолютно прав, тъй като едни от най-големите пробиви в момента се правят от екипи, комбиниращи различни науки - примерно астробиология и астрохимия с физика, квантова механика и т.н.

"Точно така е - усмихва се и принц Кирил. - Когато Макс Планк прави своя докторат, професорът му казва: "Виж, мисля, че всичко е физика, но аз все пак изучавам и биологията." Тогава Планк започва да проучва радиацията и прави истински монументален пробив в разбирането за науката и физиката. Нещо, което впоследствие напълно променя всичко."

Тук възниква следващият логичен въпрос-дали скоро ще дочакаме голямото обединение на четирите взаимодействия - гравитационно, електромагнитно, силно ядрено и слабо ядрено? Всъщност това ще е ключът и към Новата физика.

"Мисля, че това може би е най-предизвикателната част от изследванията във физиката и много от тях са посветени основно на него, но все още е много сложно - казва князът. - По-скоро въпросът е дали отговорът ще е прост и елегантен, каквато е Общата теория на относителността на Айнщайн, или ще е нещо сложно и трудно за разбиране от хората. Надявам се пробивът да е елегантен и да представлява едно просто решение. Аз както и много учени сме склонни да вярваме в простотата в природата, в нейната симетрия, комплексност и елегантност. Смятам, че сега се опитваме да преосмислим и да обединим тези четири взаимодействия, но не успяваме да го направим по прост начин. От известна гледна точка дори се отдалечаваме от опита ни в историята, когато са правени

големи пробиви

с някое умно и елегантно решение."

Затова и следващият въпрос към принц Кирил е към кой лагер принадлежи - дали към този на Алберт Айнщайн, според когото физическият свят е напълно предвидим, или към този на един от основоположниците на квантовата механика - Вернер Хайзенберг. Според немския физик всичко около нас е непредвидимо. Той постулира, че положението и импулсът (скоростта) на една частица не могат да бъдат определени с абсолютна точност (знаменития Принцип на неопределеността), и за своя основополагащ принос в създаването на квантовата механика печели Нобелова награда през 1932 г. 

"Определено съм в лагера на Хайзенберг - казва князът и допълва: Мисля, че в тази област има огромно количество доказателства, принципи, открития и др., които наистина са потвърдени в реалността и природата."

На въпрос какви надежди възлага на бъдещия 100-километров суперколайдер в ЦЕРН и дали с него ще стигнем до Новата физика и до окончателната обединителна формула, която ще надгради тази на Айнщайн, принцът казва: "Мисля, че инвестициите в тази област ще обогатят технологиите. Да, ще е много скъпо, защото изисква все повече и повече средства, но в същото време международната научна общност ще бъде въвлечена в този процес и ще се осъзнае, че се нуждаем от увеличаване на енергията в ускорителя, за да стигнем до следващото ниво на разбиране - ще отворим прозореца към една нова ера, която потенциално ще отговори на много въпроси и предизвикателства. Кога ще стане това, не е много ясно, защото е необходим огромен бюджет, много организации трябва да се съгласят да превърнат ускорителя в приоритет. Не съм сигурен кога ще се случи, но съм уверен, че с него ще достигнем до

нова ера във физиката на високите енергии

Освен това с него има потенциал да получим отговорите на някои въпроси, които стоят на дневен ред в науката."

В ЦЕРН са ангажирани и много български учени. На въпрос дали е наясно с работата им, принцът казва: "Знам, че България е член на ЦЕРН от началото на 2000 г., което е от полза за българската наука. Не съм в контакт с нашия екип, но винаги съм бил впечатлен от интелекта и таланта на България, от това колко невероятни топ учени имаме в различни академични институции и изследователски центрове по света."

С експериментите в ЦЕРН научната общност разчита да бъде разгадан и един от най-мистериозните феномени в природата - така нареченото квантово сплитане. При него две или повече субатомни частици, напр. електрони, когато възникнат в един и същ физичен процес, се "сплитат" помежду си и връзката между тях остава трайна независимо от разстоянието, което ги разделя. Ефектът, образно представено, се проявява по следния начин - ако единият електрон е на Земята и започне да трепти, тогава другият, който може да е на стотици километри в околоземна орбита, също започва да трепти.

Как тези частици мигновено усещат какво става с другата, как си обменят информация за състоянието си със скорост, неограничена от тази на светлината? Страничен ефект от този тип взаимодействие е, че сигналите между тях не могат да бъдат засечени или подслушвани. На въпрос как си обяснява този странен феномен, принц Кирил казва: "Много, много добър въпрос, защото това е ключът! Разбира се, мога да говоря само за своя опит. Очевидно е изключително трудно да се опише цялата картина, защото сме въвлечени в разгадаването на един естествен феномен на субатомно ниво. Сложна концепция, но някои математици вече разкриват как една безкрайност може да е по-голяма от друга безкрайност. Подобна идея е и квантовото сплитане. Наблюденията показват, че

взаимодействията между частиците са факт

Горе-долу така е и в реалния живот - ако гледаме някого, той е в едно състояние, но усеща, че го гледаме и се обръща, като по този начин влиза в друго състояние. Но какво означава това квантово сплитане в реалността? Мисля, че наблюдаваме нещо, което е в полето. За това обаче има много дискусии какво всъщност се случва в реалността и какъв физичен процес е в основата на квантовото сплитане."

Благодарение на този невероятен ефект от квантовото сплитане Китай успя наскоро да телепортира електрон, който е на Земята, до околоземен орбитален спътник на 480 км разстояние. Всъщност самата частица остана на Земята, но благодарение на феномена със сплитането пренесе своето специфично квантово състояние до другата частица в спътника. Така електронът, който е в орбита, получи информация и придоби състоянието на този на Земята. Постижението стана световна сензация, тъй като поставя основите на мечтания от всички квантов интернет. За разлика от досегашния той ще е супербърз и не може да бъде засичан или подслушван. Дали човечеството ще спре проучването на загадъчния феномен квантово сплитане, развивайки само тази технология, или ще продължи напред в преследването на истинската телепортация?

"Експериментите в Китай са огромно постижение, изключителна демонстрация на квантовото сплитане, при това на огромно разстояние - възторжен е принц Кирил. - Това е един наистина мистериозен начин и невероятен експеримент. Очевидно е, че вървим към телепортацията, но не мисля, че тя ще е в стил "Стар трек". В случая говорим за прецизно предаване на квантово състояние, което може да има изключителни ползи в развитието на науката въобще. Днес физиците срещат ограничения в принципите на реконструкция на молекулите в тялото по подобие на принципа на квантовото сплитане - с точност, с прецизност, с различните квантови състояния, със спин горе и спин долу и т.н.

От друга страна, съзнанието е нещо качествено различно, то е над физиката. Затова и аз се питам дали този механизъм някога ще бъде овладян, за да се пренася и съзнанието?

Същевременно знаем, че спомените ни са функция и зависят от това как функционират паметта и мозъкът. Затова с използването на тези квантови състояния и този принцип вероятно някога ще могат да се телепортират съответни електрони и да се пренесат спомените в мозъка, в паметта. Да, те може и да изглеждат същите, но дали ние ще сме в същото състояние, както преди? И дали спомените ни ще могат да бъдат прочетени?"

Възможно ли е този

загадъчен феномен

да е свързан с още по-странното състояние на елементарните частици, които едновременно могат да са и вълни, и частици?

За да се установи какво точно се случва, са правени много експерименти, като се изстрелва фотон или електрон през двойна решетка (т.нар. double slit experiments - експеримент с двойния процеп - б.р.), за да се проследи как ще я премине и в какво състояние ще бъде след нея. Оказва се, че всеки път състоянието му може да е различно. Може би затова един от най-великите физици Ричард Файнман казва, че преминавайки през двойния процеп, частицата използва всички възможни траектории.

"Това определено е централен въпрос - казва и принц Кирил. - Истински пъзел за учените от много дълго време. Процес, който все още е трудно да се разбере, също както и квантовото сплитане. Имах късмета да гледам този експеримент със собствените си очи. Не е за вярване, но допускам, че понякога могат да са и в двете състояния. Може би просто трябва да го приемем, но е интересно да се наблюдава как едновременно могат да са и частица, и вълна. Още по-невероятно е да се проследят реакциите на свидетелите на експеримента."

Може би затова една от най-популярните теории е, че наблюдателят влияе на частицата. Ако не я наблюдава, тя е едновременно и частица, и вълна, и се намира във всички възможни състояния (т.нар. суперпозиция). С акта на наблюдението се реализира само едно от тези състояния и настъпва така нареченият "колапс на вълновата функция" и тя остава само частица.

"Това е така", усмихва се принцът.

Големият въпрос е как този феномен може да промени живота ни.

"Има много приложения на квантовата физика - отговаря князът. - Примерно визуализирането - вътрешното наблюдение на органите на тялото в детайли помага за по-доброто ни разбиране.

Изследването на различни части от мозъка

ще осигури много по-добро разбиране за неврологичните условия, да се проучи как запаметяваме, какви са принципите на ученето. Това е чиста квантова физика. С нея може да се установи как се създават картини. Много важна област от живота ни са квантовите компютри, при които прецизно се използва сплитането на частици. Може да се използва при транзистора или силициевите компоненти, но с много много по-висока скорост. Всичко това ни осигурява огромно поле за практическо използване на достиженията на квантовата физика."

Но освен квантовото сплитане и странните трансформации на частиците има още един необясним феномен - електроните и фотоните в процеса на сплитането могат да си "взаимодействат" със свръхсветлинна скорост. И ако това е постижимо за елементарни частици, защо да не е възможно и за човека? По-интересният въпрос е, ако тази скорост може да бъде надмината, макар и с малко, възможно ли ще е пътуването във времето?

"Лично аз не мисля, че е възможно - замисля се принцът. - Това, което знаем, е, че гравитацията влияе на скоростта. Така че космически пътувания - да, но пътуване във времето - продължавам да вярвам, не е възможно." 

А възможни ли е то през така наречените червееви - дупки във Вселената и дали те могат да са потенциален канал за пренос на информация? "Моето усещане е, че не, но е много трудно да се обясни," казва князът. Според него причините донякъде са в концепцията за сингулярността и в много сложната математика. Самата сингулярност е точка в центъра на хоризонта на събитието (мястото около черната дупка, от което няма връщане назад). Всъщност именно в този център според Айнщайн съществува сингулярност, където пространството и времето са в една безкрайна крива. Следователно там гравитацията е безкрайно силна. От тази гледна точка човек или частица, дори да попадне там, не е ясно дали ще успее да се върне именно поради тази сингулярност. Същевременно има много авторитетни учени по света, които доказват математически, че по този начин е възможно и самото пътуване във времето.

Една от причините тази концепция да е толкова популярна във фантастиката, е, че за обект, който се движи с възможно най-висока скорост, времето минава по-бавно. Колкото по-голяма е скоростта, толкова по-голямо е забавянето на времето. Подобна е ситуацията и в така наречените черни дупки. Те също са смятани за тунели в пространството, защото масата им е толкова голяма, че пречупва и разкъсва време-пространството.

Поради всички тези съображения принц Кирил смята, че на този въпрос е трудно да се даде еднозначен отговор: "Аз клоня към теорията на Айнщайн и усещането ми е, че

нищо, дори и информацията, не пътува през черните и червеевите дупки

заради специални състояния като сингулярността. "

Благодарение и на тези ефекти Стивън Хокинг допусна, че именно физиката на черните дупки (по-точно т.нар. Хокиново излъчване - б.р.) може да е първата крачка към обединението между теорията на Алберт Айнщайн и квантовата физика. Принц Кирил също потвърждава, че това е една много интересна концепция, като се има предвид особената аномалия в този природен феномен и сингулярността.

Въпреки това той е привърженик на тезата, че първо трябва добре да се проучат черните дупки.

"Вече сме в състояние да ги наблюдаваме, особено след като наскоро бе заснета една от тях - казва принцът и лицето му грейва от възторг. - Синхронизираха се различни телескопи в цял свят, за да създадат едно удивително прецизно изображение, невероятен инженеринг! И всичко това, за да придобием представа какво всъщност представляват черните дупки. Както и при червеевите дупки, е трудно дори интуитивно да разберем какво в действителност се случва в тях. Но все пак мисля, че квантовата осцилация на т.нар. фалшив вакуум и спонтанното формиране на частици е реално, защото се наблюдава, но е трудно за разбиране."

Самата квантова осцилация - възникването и почти мигновеното изчезване на двойките частици около хоризонта на събитието - според Хокинг е в основата на излъчването на черните дупки.

Наред с черните дупки друга голяма мистерия във Вселената са тъмната материя и тъмната енергия.

"Моята интуиция ми подсказва, че измерването на въртенето на някои галактики и изчисленията показват, че трябва да има някаква допълнителна материя, иначе уравненията няма да се получат - коментира принцът. - Знаем, че тя е там. Същото е и с тъмната енергия - по нея се съди заради скоростта, с която Вселената се разширява. Моето усещане е, че тъмната материя и тъмната енергия са фундаментален проблем пред науката, защото трябва да се обясни нещо, което не се вижда, но изчисленията го показват. Невъзможно е да се справим с този проблем, ако се използва Общата теория на относителността, теорията на Нютон, теорията на Максуел. Има нещо, което е различно, и процесите в Космоса се случват по друг начин. Лансират се различни теории, за да се обяснят

наблюдаваните странни ефекти

Особено при тъмната енергия. Кой знае? Въпросът е кога някой ще се събуди с нова теория, която евентуално ще разреши тази загадка?"

Вероятно именно заради тези космически мистерии се появиха някои екзотични теории, като тази, че Вселената е холографска и че може би съществува в няколко измерения едновременно. На въпрос дали приема подобни идеи, князът казва: "Не съм им е голям фен. Хубаво е хората да мислят извън матрицата, но лично аз клоня към природата, към елегантността, простотата. Много неща, които са доста сложни като концепции, в много случаи са напълно невъзможни. Теорията за паралелните вселени за мен не е убедителна. Обратно, при Струнната теория също има много измерения, но тя е в състояние да ги обясни.

Във физиката е доста необичайно да използвате фикции, но ако си представите реалното решение на даден проблем в нашата наука, това работи. Другото не е интересно." 

Всъщност именно благодарение на фантазията и силното си въображение Айнщайн е дал отговор на едни от най-трудните въпроси във физиката. Затова и следващият въпрос към принца е кой е любимият му физик - Алберт Айнщайн, Ричард Файнмайн, Александър Бел, Бруно Понтекорво, Макс Планк, Ервин Шрьодингер?

"Безспорно това е Ричард Файнмайн - казва с възхита князът. - Чел съм много за него, биографията, книгите му. Харесвам неговия директен начин да обясни науката в нейната цялост, феноменален е! Изключително оригинална личност, учен, физик, определено е като рокзвезда в науката. Айнщайн също е много важен за физиката, според мен той е на върха.

Харесвам много и британския физик Бъртранд Ръсел. Ако се върнем по-назад във времето, се възхищавам на Джеймс Кларк Максуел, създал електромагнетизма, на Исак Нютон с неговата механика, Майкъл Фарадей, Никола Тесла и някои други. В по-древни времена съм почитател на Архимед - чел съм трудовете му, поразен съм от твърдението му, че Луната има елипсовидна орбита. Осъзнавате ли какво значи това -

преди повече от 2200 г. той е знаел позицията й

Как е възможно да знае това преди физиците? Бих окуражил всички да четат трудовете на Архимед, тъй като освен изключителен учен той е и философ. По толкова умен, прост и чудесен начин е обяснил времето."

Големият въпрос е дали всички тези пробиви в науката и особено в квантовата физика ни приближват към идеята за Бог или ни отдалечават от нея? След като всичко във Вселената е толкова съвършено, като в перфектно настроен механизъм, не е ли това всъщност най-големият довод за съществуването на Бог? 

"Добър въпрос - замисля се принцът. -Споделям мнението на един Нобелов лауреат от Принстън за връзката между науката и религията. Веднъж той ми каза по повод някаква полемика в пресата, че самият той не е религиозен, но като студент изучавал религия. Бил заинтересуван от нея като философия, като знание. Също така сподели, че имал студент, който бил много религиозен и станал голям учен. Затова не смятам, че колкото си по-далеч от религията, си толкова по-добър учен. Невинаги това е правилото. Страшно много открития са направени от хора, които уважават религията. От учени, които се отнасят с уважение към религията. Тя е много повече от обикновена етика и морал в нашия живот. За разлика от нея, науката разрешава проблеми, осветява ги, отваря ни към нови идеи. Затова смятам, че е най-добре между науката и религията да има баланс. Това е правилното. Надявам се те да продължат да се развиват паралелно и да не са антагонистични."