Еженедельник
Объединенного института ядерных исследований
(Электронная версия с 1997 года)
Архив Содержание номера О газете На главную Фотогалерея KOI8

№ 1(4041) от 14 января 2011:

Версия № 1 в формате pdf

Комментарий к событию

Космос и жизнь: взгляд физиков и биологов

В работе круглого стола участвовали более 100 специалистов в области биологии, биофизики, нейробиологии, астрофизики, астрономии и космологии. Они представляли университеты и исследовательские центры Болоньи, Москвы, Неаполя, Падуи, Пизы, Пущино, Рима, Триеста, Турина, Флоренции и ОИЯИ. В докладах были представлены, в том числе, и результаты совместных исследований, сделаны обзоры российско-итальянского и сотрудничества ОИЯИ-Италия. Тематика выступлений затрагивала проблемы биологического действия космического излучения, вопросы нейрофизиологии, геномики, биофизики и биохимии клетки и другие биологические и биофизические проблемы, задачи космологии, наземной и космической радиоастрономии, астрофизики компактных объектов и другие вопросы.

Определить направление развития

В работе круглого стола приняла участие помощник руководителя Администрации Президента РФ Е.В.Попова, ответившая на вопросы нашего корреспондента.

На последнем круглом столе, прошедшем в Амурской области, высказывалось, в частности, мнение о том, что у России нет долгосрочной космической программы. Что, и в этой отрасли мы сдаем позиции?

По многим технологиям, особенно по технологиям космического жизнеобеспечения Россия обгоняет все страны мира, просто многие вещи, особенно, космос не освещаются в достаточном объеме на телевидении и не становятся доступны широкой общественности. Мое мнение совпадает с мнением, высказанным молодыми учеными недавно на встрече с Президентом Российской Федерации Д.А.Медведевым в Сколково, - если мы говорим об инновационном развитии, то нам нужен отдельный информационный канал, который освещал бы наши достижения в научно-технической сфере. И в том числе, достижения в ракетно-космической отрасли, достижения крупных научных центров, таких как ОИЯИ, проект вашего нового ускорителя NICA, другие инновационные проекты, реализуемые в стране, - все это требует широкого освещения, в том числе для понимания основного курса страны на инновационное развитие.

Конечно, у нас есть федеральная целевая программа, касающаяся развития космической отрасли. Однако мы должны более четко определить долгосрочное направление развития. Во время круглого стола на космодроме "Восточный" было сказано, что этот космодром планируется не под МКС, а под российскую перспективную космическую программу. Действительно, планировать полеты к Луне и, возможно, к Марсу и другим планетам в будущем необходимо не с территории другого государства. Хотя это не означает, что мы не будем использовать Байконур. Конечно, будем, и МКС прослужит еще достаточно долго - до 2020 года, на ней появятся новые модули. Но уже сейчас надо думать о том, что придет на смену МКС: будет ли это новая станция на этой орбите, на геостационарной орбите, как мы будем осваивать Луну, ведь там недавно с участием наших ученых обнаружили воду. Что касается освоения Марса, то очевидно, что для этого нужны новые типы двигателей, новые технологии, которыми сейчас на Земле никто не обладает, защита от радиации, возможно, наличие искусственного магнитного поля вокруг корабля.

Постановка таких масштабных проблем инициирует поиск новых путей решения. И я считаю, что правительство должно ставить такие задачи. Но с другой стороны, должна быть очередность - Луна или Марс. Например, президент США Б. Обама отменил решения предыдущей американской администрации о развитии лунной программы и сориентировал НАСА на освоение Марса, причем ставится задача достижения "красной планеты" чуть ли не за две недели.

Но пилотируемые полеты в дальний космос возможны только после длительных медико-биологических исследований воздействия всех вредных факторов и их последствий на организм человека...

Конечно, и это одна из приоритетных задач Федерального медико-биологического агентства.

Следующая встреча - на Марсе

Панораму исследований, осуществляемых по российской космической биомедицинской программе, в своем выступлении обрисовал директор Института медико-биологических проблем член-корреспондент РАН И.Б.Ушаков.

Международное сотрудничество - один из краеугольных камней исследовательской программы, а взаимодействие с итальянскими коллегами - яркий его пример. Главной базой исследований, отметил он, остается МКС, система спутников "Фотон" и "Бион" - космическая группировка ИМБП, и здесь традиционно сотрудничество с европейскими и американскими институтами. Возможно, результатом круглого стола станет его расширение.

Стратегия космических биологических и медицинских исследований основывается на совершенствовании оценки физиологических рисков, а их насчитывают несколько десятков. Все возможные риски делятся на пять групп: нештатные ситуации, возникающие на Земле; измененная гравитация; измененные газовая, температурная и микробиологические среды; психофизиологические; радиационные. Но удовлетворительных моделей для их экспериментального исследования пока построено мало.

ИМБП проводит и планирует 46 космических экспериментов: они исследуют большинство функциональных систем человека, помогут уточнить воздействие негативных космических факторов на биологию, генетику и другие системы. Как подчеркнул Игорь Борисович, космическая медицина существует всего 61 год, что несравнимо с тысячелетним путем земной медицины. Нужно набирать статистику, это позволит перейти к индивидуальной медицине в космосе (это ответ на упреки в том, что медицинские эксперименты повторяются из экспедиции в экспедицию). Радиобиологические эксперименты выполняются, начиная с 8-й космической экспедиции, в сотрудничестве с коллегами из европейских стран и США. Они очень важны для оценки радиационной обстановки. Биологические эксперименты исследуют возможности создания в перспективе систем биологического обеспечения космонавтов, а проще - снабжения их в полете живыми, выращенными собственными руками витаминами. Кстати, космонавты любят проводить эти эксперименты.

Очень важными, революционными характеристиками обладает эксперимент "Биориск" - когда различные живые существа размещаются на срок более 300 суток (дольше длительности перелета к Марсу) на внешней стороне станции. Этот эксперимент показал высокую устойчивость подопытных организмов, что влечет пересмотр теории происхождения и распространения жизни во Вселенной, а также требует пересмотра моделей защиты корабля от галактического излучения.

В проводимом в настоящий момент эксперименте "Марс-500" активно участвуют итальянские физиологи. В декабре прошлого года на конференции в Пизе были подведены итоги эксперимента "Марс-105". Результаты, полученные итальянскими коллегами, помогают принять меры противодействия нежелательным эффектам длительного космического полета. И.Б.Ушаков рассказал о планируемых в ближайшие годы биологических экспериментах. Он подчеркнул, что только в условиях международной кооперации можно думать о межпланетных полетах. А завершил он свое выступление так: "Можно надеяться, что какой-то из наших следующих круглых столов пройдет на Марсе. Почему бы не помечтать, время летит быстро..."

Нужно общее движение

Ситуацию с подготовкой к пилотируемым полетам в дальний космос прокомментировал профессор В.М.Петров (Институт медико-биологических проблем, Москва):

- Цели и задачи этого мероприятия, конечно, прекрасные. Почему? Потому что, как говорил Хемингуэй, человек один не может ничего. Это можно трансформировать так: сегодня ни одно государство в рамках масштабности тех задач, которые предстоит решить по пилотируемым полетам в дальний космос, не может, практически, ничего, необходима коллаборация. И коллаборация такая, которая в состоянии решить значимые для участвующих партнеров, общепризнанные задачи. Не просто локальные задачи, а имеющие перспективу, которые нас продвигают в нашем понимании. И если не будет таких конференций, симпозиумов, круглых столов, то не будет и сотрудничества, и тогда каждый отдельный участник, отдельный вклад - так и останется отдельным. Такие встречи нужны, чтобы подвести некий итог, оценить, как говорят медики и биологи, эффект. Я еще не видел итогового меморандума, но надеюсь, что в нем будет и такая мысль: интегральная координация позволяет с гораздо большей эффективностью решать и локальные компоненты этой координации.

Что касается итальянских коллег, то они настроены занять достойное место в космических исследованиях, потенциал у них для этого есть. Такие усилия они предпринимают давно. Желание у них есть, а чтобы появились возможности, надо иметь таких надежных партнеров, какими пока остаемся мы. Но развитие этого сотрудничества требует дополнительных усилий, дополнительных технических, экономических и человеческих ресурсов. Хорошо, чтобы все это понимали.

А какие новости по программе "Марс-500"?

Эксперимент продолжается, он решает задачу обеспечения медико-биологической поддержки полета. Конечно, вопрос психологической нагрузки, психологического статуса экипажа один из важнейших, но вопросы компенсации невесомости, радиационный барьер в рамках этого эксперимента либо решаются частично, либо вообще не решаются. В частности, эксперимент по радиационной безопасности не получил той поддержки, которая необходима в определенных кругах. Мы такой эксперимент с облучением обезьянок начинали, но, к сожалению, он был приостановлен. Среди неблагоприятных факторов психологический стресс может оказаться не менее значимым, чем радиационная опасность, а вопрос его моделирования, правильного и в полном объеме, в земных условиях, - отдельная сложная проблема.

Есть тенденция, есть объявленные доктрины, но пока, по моему мнению, это движение не приобрело характера общемирового стремления. Отдельные фрагменты есть, возможно, это, что называется, накапливание критической массы, возможно, здесь сказывается и мощный политический момент. Но пока группой стран или одной мощной страной не будет продемонстрировано, помимо директив, реалистичное движение, все научное сообщество так и останется на уровне решения отдельных локальных задач. А так - работа идет потихоньку, и мы работаем по мере сил.

Скрижалей нам не оставлено

Незадолго до проведения круглого стола член-корреспондент РАН А.А.Старобинский (Институт теоретической физики, Москва) был награжден медалью Оскара Клейна Шведской Королевской академии наук и Стокгольмского университета с правом прочитать мемориальную лекцию. Медаль О.Клейна - эквивалент в моральном смысле (но не в денежном выражении) Нобелевской премии для физиков-теоретиков.

Алексей Александрович, поздравляю вас с присуждением этой престижной награды. Ваше выступление здесь перекликается с прочитанной вами мемориальной лекцией, которая называлась "Четыре исторические эпохи и четыре фундаментальные константы современной космологии"?

Да, моя лекция посвящена новой физике, той, какую мы можем ожидать из ведущихся сейчас экспериментов, и, в частности, от космического эксперимента "Планк". Я остановился именно на этом эксперименте, потому что это тот редкий случай, когда можно предсказать, что новая физика будет гарантированно открыта. Это для экспериментаторов всегда важно - уверенность в открытии. Самый простой способ сказать о новой физике, не прибегая к уравнениям, не прибегая к объяснению сущности теории, - это сказать, сколько вам нужно ввести новых фундаментальных констант для построения полной картины мира. Имеется в виду полнота не абсолютная, а полнота для описания того, что мы знаем сейчас. Конечно, за каждой константой стоит некое уравнение, а уравнение - это математическое объяснение некой физики. Утверждение первое: для того чтобы описать все измеренные в космологии вещи, нам не хватает констант, известных из земной физики, нужно вводить новые. И нужно не очень много, достаточно ввести четыре константы. А в современной физике элементарных частиц примерно 25 констант.

Первая из четырех характеризует необходимые нам начальные условия, начальные неоднородности, за ней стоит теория начальных условий Вселенной - это теория инфляции Вселенной. Все остальные три относятся к современному состоянию Вселенной. Вторая константа - это отношение числа фотонов к числу барионов (нейтронов и протонов). Мы считаем, что есть избыток барионов над первичными антибарионами. Должен быть какой-то механизм генерации барионной симметрии.

Третья - мы заведомо знаем, что существуют две темные вещи, которые мы видим только по их гравитационному взаимодействию. Часто здесь видят какую-то загадку. В некотором смысле, они не более загадочные, чем то, каким казалось электричество в 19-м веке: было видно только движение в невидимом электрическом поле. Так вот, некие темные вещи, неизвестные с точки зрения физики элементарных частиц, мы делим на два класса: темная материя и темная энергия. Делим по следующему принципу: видимая материя неоднородна, распределяется некими сгустками, неоднородностями, как мы говорим, гравитационно скученно: мы с вами - сгустки материи, Солнце, звезды - сгустки и так далее. Так вот, по аналогии нечто в сгустках назвали темной материей, а нечто размазанное, нескученное - темной энергией. Оказывается, в терминах критической плотности (10-29 г/см3) темной материи надо приписать примерно 23 процента (с ошибкой в 10 процентов), а темной энергии - 73 процента. Это следует из экспериментальных данных. Темная материя состоит из очень слабо взаимодействующих, но все-таки частиц. Поэтому третья константа - отношение плотности темной материи к плотности видимой материи.

Четвертая константа, характеризующая темную энергию, тоже с некоторой ошибкой не отличается от предложенной ранее космологической постоянной. Поэтому если вы спросите меня, есть ли темная энергия в этой комнате, я отвечу, что есть, но в размере 10-29, умноженном на объем этой комнаты. Чтобы она стала заметной, нужны размеры Вселенной. Зная чувствительность эксперимента "Планк", можно уверенно сказать, что, по крайней мере, одну новую константу он откроет. Остальные уже экспериментально подтверждены, но для науки важно получать подтверждение снова и снова. Следующий этап для космологии - свести уровень ошибки с 10 процентов до 1 процента.

Есть вероятность, что появится пятая константа. Но роль теории в том, что она может уменьшить их количество: есть теория, которая сможет выводить будущие константы из уже известных. Так что не исключено, что от четырех может остаться одна константа, хотя они существуют уже почти 30 лет, и во все я внес какой-то вклад. При этом заметна такая тенденция: экспериментаторы стремятся сделать новые открытия, говоря на этом языке, - увеличить число констант. Теория же идет к их уменьшению, к унификации. На таком уровне мы готовы к ожидаемым открытиям, хотя могут быть и неожиданности. Особенно на ранней стадии эволюции, когда наша Вселенная отделилась от всего остального. Если бы кто-то создавал мир руками, по своей воле, и хотел бы оставить человечеству и другим разумным существам какую-то информацию, там-то в начальном сгустке, от которого отделилась наша Вселенная, это было бы удобней всего сделать. Мы даже понимаем, в принципе, как это можно было бы сделать. Но факты в том, что явно никаких "скрижалей" нам не оставлено.

Это подтверждение небожественного происхождения мира?

Да, возможность не была использована, неважно кем, но факт тот, что не была.

А что объединяет за этим круглым столом физиков-теоретиков и биологов?

Общей была тема - происхождение Вселенной, происхождение жизни. И я в своем докладе показал происхождение нашей Вселенной. По теоретическим предсказаниям есть и другие Вселенные, другое дело, что мы их наблюдать не можем. Это некое математическое средство. Как иррациональные числа: все их изучают в школе, но поскольку измерять приходится линейкой, то результаты получаются всегда рациональные. Спрашивается, зачем нужны иррациональные числа? Для внутренней логической последовательности. В некотором смысле и предсказание существования других вселенных, которые практически нам и не нужны, но для логической последовательности необходимы. Так вот, биологи в некоторых докладах тоже обсуждали, как произошла жизнь, но каких-то, я бы сказал, амбициозных выступлений здесь не было, хотя некоторые радикальные были.

"Если Бога нет, то все дозволено!"

Вот как охарактеризовал сложившуюся ситуацию профессор А.Д.Долгов (Университет Феррары, INFN, Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва):

- Ситуация очень интересная: имеются две замечательные теории. Одна - физика частиц, описывающая все, что мы видим; надеемся, что эксперименты на LHC покажут, что в ней не все хорошо. Есть еще космология. Она тоже хорошо описывает все, что мы видим на небе, с помощью небольшого числа предположений, но проблема в том, что космология основывается на фундаментальной физике частиц. В нашем минимальном стандартном наборе частиц не хватает составляющих, чтобы описать всю космологию. Вот сказали, что есть темная материя, думаем, что это какие-то новые частицы. А в этой минимальной стандартной модели их нет, значит, нужно расширение, нужна новая физика. Есть еще некоторые проблемы такого же типа, которые в принципе без ломки фундаментальных физических предположений можно объяснить введением новых полей, новых частиц, возможно, новых типов взаимодействий.

Есть еще несколько явлений, которые непонятны. Можно ли их объяснить стандартной физикой? Скорее всего, можно. Вот, например, есть такие гамма-вспышки на небе, обычным механизмом они не объясняются, может, потому что мы еще не умеем объяснять. Есть интересная проблема вакуумной энергии, которая приводит к расширению мира. С самого начала наша Вселенная расширялась с ускорением, это называется инфляцией, и это собственно стало источником нашего мира. И в какой-то момент она снова стала расширяться с ускорением. Это можно описать хронологически неким новым полем, например, скалярным, которое приводит к антигравитации. А ее можно вводить только для систем, которые бесконечно велики, как, например, все пространство. А для объекта конечного размера возможна только гравитация. Если мы пытаемся оценить, насколько велика эта антигравитирующая темная энергия, то получим результат, который на 127 порядков больше того, что мы видим.

Эти оценки носят теоретический характер. А есть вклад в темную энергию, который мы знаем, практически, из эксперимента, - это квантовая хромодинамика: вакуум не пустой, там живут конденсаты кварковых полей, имеющие здоровенную отрицательную плотность энергии, а то, что мы видим - малюсенькую, на 47 порядков меньше, - положительную. В 1982 году я пытался это решить, предложил механизм компенсации - это как барон Мюнхгаузен сам себя за волосы вытаскивает, но не получается. Других механизмов нет, и люди совершенно не знают, что делать: либо нарушать священные принципы, которые должны быть, иначе - полная анархия, не зря я процитировал в докладе Достоевского - "Если Бога нет, то все дозволено". В физике то же самое - если все дозволено, то нет никакой предсказательной силы в теории.

Какой-то выход есть, какое-то развитие вы можете предсказать?

Два наиболее правдоподобных типа частиц возможны. Почему возможны, потому что они и их свойства предложены независимо от космологии. Например, суперсимметричные частицы сейчас ищут на LHC. Давно ищут так называемый аксион, он обеспечивает механизм компенсации, но не для вакуумной энергии, а для того, чтобы не было сильного нарушения CP.

В последний день работы круглого стола было подписано трехстороннее соглашение о сотрудничестве между Италией, Россией и ОИЯИ. Подписи под документом поставили председатель комиссии INFN, ректор университета SISSA (Триест, Италия) профессор Г.Мартинелли, вице-президент РАН академик А.И.Григорьев, исполняющий обязанности директора ОИЯИ профессор М.Г.Иткис.

Космические костюмы исцеляют больных на Земле

Вот как оценил принятие этого документа и работу самого круглого стола вице-президент РАН А.И.Григорьев:

- Иногда подписывается документ, но за этим ничего не следует. В данном случае ситуация иная: уже идет работа, есть первые результаты, которые здесь докладывались, а сейчас речь идет о перспективе. А сделано уже очень немало. В области физики - это вам расскажут физики, а что касается биологии и не только космической биологии, - здесь есть хорошие результаты: по сенсорным системам, великолепный доклад о влиянии тяжелых частиц на различные молекулярные образования, на живые системы сделал профессор Е.А.Красавин, есть и вклад в здравоохранение - изучение вегетодегенеративных заболеваний, исследования по микробиологии, имеющие значение не только для космической станции, но и для нашей повседневной жизни. Это и внедрение некоторых результатов, в частности и совместно с итальянскими коллегами, в клиническую практику.

В качестве примера Анатолий Иванович привел изделие "Пингвин", разработанное российскими специалистами для преодоления таких негативных последствий невесомости, как атрофия мышц и деминерализация костной ткани. В этих костюмах обеспечивается необходимая космонавтам нагрузка на опорно-двигательный аппарат. Изделие нашло успешное применение и на Земле - для лечения детского церебрального паралича, для реабилитации послеинсультных и неврологических больных. "Сейчас мы уже полтора года работаем вместе с итальянцами. Они очень высоко оценивают нашу совместную работу и это изделие. И таких примеров немало. Мы, надеюсь, найдем понимание не только среди людей науки, но и бизнеса, чтобы вывести эти исследования на следующий уровень. И тогда это будет значимый результат: не только новые фундаментальные знания, что тоже очень важно, но и люди почувствуют, что от этого сотрудничества есть реальная польза для медицины".

Свою оценку подписанному трехстороннему договору дал и атташе по науке посольства Республики Италия в РФ П.Фре: "Я думаю, сегодня очень важный день. Отношения между Италией и ОИЯИ традиционно дружеские, а особенно хорошо они развиты в областях ядерной физики, астрофизики и физики высоких энергий. А сегодня, на мой взгляд, произошло историческое событие - было зафиксировано сотрудничество в биологии. Российско-итальянский круглый стол прошел на высоком уровне, вы сами видели, сколько он собрал ученых-физиков и биологов. Можно сказать, что это уже традиционная встреча, поскольку круглый стол по этой тематике проводится во второй раз, и, я надеюсь, не в последний!"

Завершился круглый стол подписанием общего меморандума.

Ольга ТАРАНТИНА, фото Павла КОЛЕСОВА.
 


Редакция Веб-мастер