34. Почему это так хорошо получается

Одно из важнейших свойств человека — способность поражаться происходящему в окружающем мире (в смысле впадать в крайнюю степень удивления). Например, автор, будучи в состоянии далеко не первой молодости, поражается тому, как юная гимнастка взлетает со снаряда, крутится вокруг двух осей, приземляется точно на ноги и при этом не разваливается. В детстве автор поражался тому, как стреляет ружье и ездит машина — как щепотка пороха в патроне и капля бензина в цилиндре развивают такую силу. А вот тому, как работает компьютер, я не поражался никогда, поскольку начинал работать с самыми древними машинами, программируемыми в восьмеричных кодах, где работу можно было проследить пошагово, глядя на панель с лампочками, отражающими текущую команду в двоичном виде. Последующий прогресс плавно проистекал на моих глазах.

Вероятно, и у тех, кто начинал заниматься космологией в 1980-1990-х годах, триумф теории и эксперимента, изображенный на рис. 32.2, никакого удивления не вызывает. Однако, ни автор, ни подавляющее большинство читателей к таковым не относятся, и потому согласие между теоретической кривой с подогнанными шестью параметрами и данными на рис. 32.2 можно назвать поразительным, фантастическим. Шесть параметров для сложной кривой со многими максимумами с неочевидными соотношениями высоты — это очень экономно, примерно, как убить шестью выстрелами тридцать зайцев. Причем полученные значения параметров близки к тем, что были извлечены раньше (хотя и с меньшей точностью) из данных о современной Вселенной.

Как вообще людям удается так хорошо описать то, что происходило в интервале истории Вселенной от долей секунды до сотен миллионов лет? С одной стороны, есть понятное объяснение: все неоднородности плотности относительно малы, поэтому работает теория возмущений в первом порядке. С другой стороны, процессов много и все они не столь просты. Плюс к тем эффектам, которые перечислены выше, есть, например, всякие переходные процессы: когда неоднородность входит под горизонт (от секунд до тысяч лет), когда меняется уравнение состояния Вселенной (80 тыс. лет), они усиливают контраст распределения темной материи. Дальше надо точно знать, как протекала во времени рекомбинация водорода и даже гелия — от этого зависит, насколько замыт контраст неоднородностей малых масштабов. Есть еще целый ряд эффектов, влияющих на картину, — мы опустим их, чтобы не перегружать читателя подробностями.

И это всё тщательно учтено. Конечно, над теорией ранней Вселенной работает много людей, разные независимые группы — всё перепроверено по много раз и достигнут консенсус. И обработкой данных WMAP занимается много народа.

Здесь стоит выразить признательность агентству NASA, которое уже десятилетиями выкладывает все данные разных экспериментов в открытый доступ. Их может скачать любой исследователь вместе со всей сопутствующей информацией, необходимой для обработки. Это полезно сразу в нескольких отношениях.

Во-первых, если в данных есть «косяки», их обязательно обнаружит «народный контроль» из независимых исследователей разных стран. В частности, на раннем этапе накопления данных Павел На-сельский, Олег Верходанов, Андрей Дорошкевич и Игорь Новиков обнаружили, что карта реликтового излучения, представленная командой WMAP как вариант, полностью очищенный от фона, на самом деле коррелирует с фоном по фазам гармоник, т.е. очищена плохо. Это заставило чистить лучше. Вообще, сама возможность контроля со стороны заставляет команду «вылизывать» инструмент и подготовку данных до предела возможного.

Во-вторых, открытость данных мобилизует народ в данную область исследований. И, наконец, команда эксперимента, как правило, «снимает сливки», но не может выкопать из данных всё, что там содержится. Это делают многочисленные волонтеры по собственной инициативе.

Вообще, принцип открытых данных настолько важен, что заслуживает лирического отступления. По убеждению автора, в нем заключается будущее науки, связанной с дорогими экспериментами.

Под открытыми данными следует понимать не обработанную справочную информацию типа каталогов небесных объектов, таблицы сечений ядерных реакций и т.п., а исходные данные: отсчеты частиц в детекторах, «сырые» снимки обзора неба в цифровом виде прямо с электронной ПЗС-матрицы, гамма-кванты, зарегистрированные космическим гамма-телескопом, и многое другое. При современных информационных технологиях нет никаких проблем держать исходные данные в открытом доступе. Данные, о которых идет речь, отличаются от справочной информации тем, что посторонний исследователь самостоятельно может найти в них нечто совершенно новое.

Многие экспериментаторы хотят быть хозяевами своих данных, так что принцип пробивает себе дорогу, преодолевая нешуточное сопротивление. Пожалуй, NASA было первой крупной организацией, сформулировавшей политику открытых данных примерно с таким лозунгом:

Данные оплачены налогоплательщиками и являются общественным достоянием. Следовательно, они должны быть доступны всему научному сообществу, причем, поскольку национальная и мировая наука неразделимы, то и всему мировому сообществу. Авторам эксперимента — все почести и годичная задержка открытия данных миру, чтобы успели «снять сливки» и «вылизать» эксперимент.

Конечно же, далеко не все научные организации ринулись брать пример с NASA. Возражения всякие:

1. Данные будут использоваться неквалифицированными людьми, которые будут на их основе делать неправильные работы, подрывая репутацию эксперимента.

2. Авторы эксперимента теряют мотивацию. Зачем вкладывать душу в сложнейшую установку, работая годами, если потом работать с этими данными, лезть в них своими грязными руками, извлекая из них новую физику, смогут все.

3. Только авторы эксперимента могут правильно обработать данные, учтя всевозможные тонкости, особенности и погрешности.

Пару слов по поводу последнего аргумента. Он справедлив для очень многих экспериментов из-за всяких «соплей» — подвязочек, подпорочек, короче говоря, халтуры, связанной с желанием сделать побыстрей. Это обычно и есть «тонкости и особенности». Открытость данных требует высокого качества эксперимента: стабильной работы установки, точного знания ее свойств и погрешностей, отличной документации. Если эти условия не соблюдены, то дотошные посторонние исследователи выявят все косяки. Получается, что открытость данных чревата дополнительной ответственностью за качество работы.

Вопрос, открывать данные или нет, связан со смыслом самих экспериментов. Вспомним о налогоплательщике. Что надо добропорядочному налогоплательщику, например, от космического гамма-телескопа «Ферми»? Последний, среди прочего, открыл множество новых источников гамма-излучения на небе. Налогоплательщику вряд ли нужны эти источники. Ему нужно, чтобы общество умнело и развивалось, чтобы его дети и внуки становились не оболтусами или религиозными фанатиками, а образованными, самостоятельно мыслящими гражданами. И добропорядочный налогоплательщик понимает, что наука этому способствует — не конкретный результат, а вовлеченность людей в науку. Поэтому для налогоплательщика гораздо важнее не то, чтобы группа исследователей опубликовала хороший каталог новых источников, а чтобы как можно больше людей имело возможность выявлять эти источники и самостоятельно возиться с ними.

Как бы там ни было, принцип открытости данных постепенно побивает себе дорогу. Он давно практикуется в биологии — открыты данные по всевозможным геномам. И не исключено, что он доберется и до физики высоких энергий, которая до сих пор отличалась закрытостью — даже внутри одной коллаборации «выделение» данных на обработку обычно происходит в порядке жесткой субординации. Уже идут разговоры о том, чтобы открыть данные экспериментов ЦЕРНа, пусть не сразу, а с четырехлетней задержкой, но это всё равно стало бы преодолением последнего крепкого рубежа сопротивления.

На одной международной конференции по астрофизике зашла речь о необходимости как-то организовать сотрудничество разных групп, регистрирующих гамма-кванты самых высоких энергий — 100 ГэВ и выше. Это наземные сети телескопов, улавливающих че-ренковский свет от ливней частиц в атмосфере. Проблема в том, что таких установок несколько, каждая держит свои данные при себе, и их очень трудно объединить. Прозвучал вопрос к аудитории: что делать? В ответ прозвучала реплика:

— Зачем выдумывать что-то? Откройте данные, и это решит все проблемы!

В зале наступила слегка затянувшаяся тишина. Наконец, представитель одной из групп разъяснил:

— Это не просто. Дело в том, что эти эксперименты делаются в основном выходцами из физики высоких энергий. А там не принято делиться данными — конкуренция велика, и все боятся упустить приоритет.

На этом дискуссия о способах сотрудничества закончилась. Думаю, если откроют данные Большого адронного коллайдера, держать под замком данные с других больших установок станет совсем неприлично.

Правда, что касается Большого адронного коллайдера — там есть еще одна проблема. Открыть сырые данные физически невозможно из-за их объема. И самостоятельно обработать их практически невозможно. Поэтому речь может идти лишь об открытии данных высокого уровня — адронные струи, мюоны и фотонные ливни.

Однако вернемся к данным WMAP и к их интерпретации. В результате работы многих независимых групп теория с небольшим числом подгоночных параметров великолепно описывает наблюдения. Более того, взгляните снова на рис. 32.2: параметры Вселенной, приведенные выше, найдены только по точкам WMAP, которые идут лишь до мультипольного момента ~1000 (разрешение 0,2°). Однако теоретическая кривая с этими параметрами идет дальше до мультиполей ~2000 и великолепно описывает точки, полученные в других экспериментах, хотя они не учитывались при подгонке! Автор, профессионально занимаясь астрофизикой, впервые сталкивается со случаем, когда сложная кривая, подогнанная по точкам на левой половине рисунка, столь триумфально совпадает с нетривиально расположенными экспериментальными точками на правой половине рисунка.

Успех означает, что космологи действительно хорошо понимают и умеют количественно описывать то, что происходило в ранней Вселенной. На детальном уровне — всё, что происходило после первых долей секунды. На более качественном — ощущают эпоху 10^-35 с, когда формировался спектр неоднородностей Вселенной. Мы знаем, какова амплитуда этих неоднородностей, каков наклон спектра, и близки к тому, чтобы сделать выбор в пользу той или иной модели инфляции. Это и есть почва под ногами ученых, которые залезли в такие масштабы мироздания, о возможности исследования которых еще недавно никто не догадывался.