Rozhovor s autorom najcitovanejšieho článku o teoretickej astrofyzike na svete
Aké tajomstvá skrýva moderná astrofyzika, prečo musia humanitní študenti študovať vyššiu matematiku a ako inšpirovať moderných školákov k štúdiu astronómie? z matematických vied, vedúci oddelenia relatívnej astrofyziky SPU MSI.
Nikolaj Ivanovič, minulý rok ste oslávili svoje 70. výročie. Pamätajme však, ako ste v roku 1973 spolu s astrofyzikom Rashidom Sunyaevom vyvinuli teóriu akrečných diskov, ktorá je základom modernej teórie röntgenových binárnych súborov, jedného z najcitovanejších (viac ako 7 000 odkazov) článkov o astrofyzike v histórii. Povedzte nám slovami zrozumiteľnými pre osobu bez astrofyzikálnej výchovy, aká je podstata teórie akrečných diskov?
- Slovo „narastanie“som prvýkrát počul v 4. roku, keď som prevzal tému semestrálnej práce od Zeldovicha. Ukázalo sa, že narastanie je len pád hmoty na hviezdu pod vplyvom gravitácie. Čím je hviezda mohutnejšia, tým silnejšia je jej príťažlivosť. A sila príťažlivosti čiernych dier je taká veľká, že aj lúč svetla vyžarovaný takou hviezdou je späť silou jej príťažlivosti! Preto takúto hviezdu nemôžeme vidieť ani pozorovať.
Ale práve tento jav nárastu disku nám umožňuje dozvedieť sa niečo o týchto neobvyklých hviezdnych objektoch. Faktom je, že viac ako polovica hviezd vo vesmíre nie je osamelá, ako naše Slnko, ale je dvojitá. A niekedy dokonca trojnásobne! Otáčajú sa okolo svojho spoločného ťažiska. Ak sa v takom hviezdnom páre ukáže jedna z hviezd ako čierna diera, so svojou silnou príťažlivosťou na seba natiahne atmosféru svojho suseda. A pretože obe tieto hviezdy sa točia okolo spoločného ťažiska a tiež okolo svojej vlastnej osi rotácie, táto tečúca hmota plynu sa vie okolo čiernej diery a okolo nej tvorí plynový disk. Pohyb plynu vo vnútri tohto disku sa uskutočňuje pri obrovských rýchlostiach, čo vedie ku kolízii častíc plynu. A následne k silnému zahrievaniu plynu v disku.
Tento proces je sprevádzaný uvoľňovaním nielen tepla, ale aj svetla v optickom aj röntgenovom rozsahu.
Žiariaci plynný disk už môžeme pozorovať, pretože je umiestnený v určitej vzdialenosti od čiernej diery a ten nemôže zachytiť žiarenie z disku. Pozorovaním žiarenia z tohto akrečného disku sa môžeme dozvedieť veľa o samotnej čiernej diere a fyzikálnych procesoch v jej okolí, ako aj vypočítať hmotnosť čiernej diery, jej rýchlosť rotácie a oveľa viac.
Spolu s Rašidom Sunyaevom (vtedy bol, rovnako ako ja, postgraduálnym študentom Zeldoviča, teraz Sunyaev je akademik) začiatkom 70. rokov minulého storočia, sme prvýkrát vypočítali možné emisné spektrá z takéhoto akrečného disku. Ukázalo sa, že väčšina energie je emitovaná v röntgenovom rozsahu elektromagnetického spektra. Takmer súčasne boli výsledky našich výpočtov potvrdené pozorovaním akréčných diskov s nástrojmi nainštalovanými na americkom satelite Uhuru.
Propagačné video:
V roku 1963 ste vyštudovali astronómiu na katedre fyziky Moskovskej štátnej univerzity. Vaši rodičia však neboli spojení s presnými vedami. Ako potom prišlo rozhodnutie študovať astrofyziku?
- Áno, moji rodičia neboli priamo spojení s presnými vedami. Ale môj otec bol frontový vojak a bývalý tanker. Mal technologické znalosti a my, jeho štyria synovia, sme sa zaujímali o technológie a presné vedy.
Tiež som mal šťastie s učiteľmi. A hoci som neštudoval v hlavnom meste, ale vo vyšších triedach v mojej škole (bolo to v Bielorusku, v dedine Parichi pri Bobruisku), matematiku učil vynikajúci učiteľ Alfred Viktorovich Baranovsky.
V tých rokoch nikto nepočul o tútoroch, ale úroveň výučby aj na vidieckej škole bola taká, že tí, ktorí chceli pokračovať vo vzdelávaní, mohli súťažiť na akýchkoľvek univerzitách - až po Moskovskú štátnu univerzitu.
Raz, keď som bol ešte študentom 11. ročníka, v kníhkupectve Bobruisk som videl knihu Jakuba Borisoviča Zel'doviča „Vyššia matematika pre začiatočníkov“. So záujmom som sa na to pozrel - chcel som nájsť časť, kde je ukázané, ako vypočítať maximá a minimá funkcií. Učiteľ Alfred Viktorovich nás veľmi zaujal! Keď sme túto tému absolvovali v škole, povedal: „Ale metódou vyššej matematiky sú také výpočty jednoduchšie a krajšie.“
Potom som si ani nedokázal predstaviť, že už po štyroch rokoch sa môj vedecký poradca stane akademikom Zeldovičom.
Ste uznávanou svetovou autoritou v oblasti modernej teoretickej astrofyziky, ste členom Medzinárodnej astronomickej únie a Európskej astronomickej spoločnosti. Už ste niekedy chceli opustiť Rusko a pokračovať v štúdiu astrofyziky v zahraničí?
- Astronómia je medzinárodná veda, ktorá sa nerozdeľuje na nemčinu, angličtinu a francúzštinu. Nie je to také dôležité, kde astronóm pracuje, je dôležité, aké sú jeho výsledky a aký je jeho príspevok k všeobecnej pokladnici ľudských vedomostí o vesmíre.
Som teoretik a na prácu potrebujem svoju hlavu, počítač a prístup k najnovším publikáciám (ktoré internet poskytuje celkom dobre). Preto nie je potrebné nikam chodiť. A mimochodom, medzinárodná spolupráca medzi astrofyzikmi bola nedávno dobre zavedená, robíme spoločnú prácu, často sa stretávame, aby sme prediskutovali vedecké problémy.
Už mnoho rokov čítate špeciálne kurzy pre študentov Katedry astronómie Katedry fyziky Moskovskej štátnej univerzity, prácu so študentmi a postgraduálnymi študentmi, prípravu kandidátov na vedu. Myslíte si, že úroveň študentov sa v poslednom čase znížila alebo zvýšila? A prečo?
- Predtým na Moskovskej štátnej univerzite existovala obrovská súťaž o prírodné vedy - 8 - 10 osôb na sedadlo. Výber bol najťažší a najsilnejší. V dôsledku tejto všeobecnej módy pre fyziku však na univerzitu vstúpilo veľa dobre vyškolených, ale zároveň nedostatočne motivovaných detí. Mnoho z týchto fyzikov začalo podnikať v 90. rokoch.
Teraz sa konkurencia zmenšila, ale na univerzitu vstupujú skutoční amatéri astronómie. Úžasní a silní študenti prichádzajú ku mne, aby brali témy pre seminárne práce a dizertačné práce!
Na akých témach momentálne pracujete?
V súčasnosti pokračujem v skúmaní rôznych typov komplexných narastacích diskov.
Aký je podľa vás stav modernej astrofyziky v našej krajine?
- Ruská astrofyzika teraz čelí mnohým ťažkostiam. Naša krajina má problémy najmä s financovaním vedy. Tieto problémy ovplyvnili najmä observačnú astronómiu: moderné teleskopy sú veľmi drahé. Moskovská štátna univerzita napriek tomu nedávno vybudovala vynikajúce observatórium s moderným ďalekohľadom neďaleko mesta Kislovodsk. Pre toto observatórium máme veľké nádeje.
Dobré výsledky sa dosahujú prostredníctvom automatickej siete malých ďalekohľadov vyvinutých v našej krajine pod vedením profesora moskovskej univerzity Vladimíra Lipunova - Master systému, pomocou ktorého je možné neustále pozorovať oblohu v mnohých častiach sveta. Tento systém, mimochodom, už odhalil veľa predtým neznámych hviezdnych objektov.
Ako vysvetliť osobe ďaleko od vedy, aký je účel výdavkov na astrofyzikálny výskum? Aký je praktický význam takéhoto výskumu?
- Snažiť sa pozerať za horizont je veľmi ľudská kvalita! Ako by sme sa odlišovali od zvierat? Investície do rozvoja vesmírnych systémov už pre národné hospodárstvo prinášajú hmatateľné výhody. Hovorím o sledovaní pohybu atmosférických vírov, o opravovaní a hodnotení oblastí lesných požiarov z vesmíru, o sledovaní a predpovedaní nebezpečenstva asteroidov. Zoznam pokračuje.
Navyše, krajina bez rozvinutej astronómie nemôže tvrdiť, že je veľkou svetovou veľmocou - bude odsúdená spoliehať sa na informácie niekoho iného, nebude mať stimuly na rozvoj svojej vedeckej základne pre základné vedy. To všetko povedie k degradácii spoločnosti a krajiny, k jej zaostávaniu za ostatnými štátmi.
Astronómia je tiež najviac filozofická veda: musíme si predstaviť, v akom svete av akom vesmíre žijeme.
Väčšina moderných škôl už nemá astronómiu. Čo si o tom myslíš? Ako môže byť podľa vášho názoru moderný školák inšpirovaný štúdiom astrofyziky a astronómie?
„Výučba astronómie na školách, ako aj kvalita učebníc zďaleka nie sú žiaduce. Nedostatok astronómie v školách môže (a mal by byť!) Kompenzovaný dobrým a systematickým premietaním populárnych vedeckých filmov a televíznych programov. Možno to bude mať dokonca väčší účinok ako štúdium nudnej učebnice predloženej nudnými učiteľmi.
Existuje niekoľko vynikajúcich filmov o astronómii BBC, ktoré by sa mali zakúpiť a častejšie vysielať v televízii.
Bolo by tiež dobré vytvoriť interaktívne výučbové programy o astronómii na internete s možnosťou prijímať rady a odpovede na otázky, ktoré zaujímajú kvalifikovaní odborníci na astronómiu.
Bol by som tiež rád, keby táto krajina mala viac planetárií - aspoň v každom regionálnom meste! A na planetáriách - tematické okruhy pre milovníkov astronómie.
Určité minimum astronomických vedomostí by sa malo, samozrejme, poskytnúť aj v škole - možno doplnením učebnice fyziky o kapitoly o základoch štruktúry vesmíru a našej slnečnej sústavy.
Aké sú podľa vášho názoru hlavné tajomstvá modernej astrofyziky? Povaha čiernych dier, tvorba exoplaniet?
- Jednou z hlavných záhad je temná hmota, ktorá nie je viditeľná, ale prejavuje sa gravitačnými účinkami. Viditeľnou hmotou sú viditeľné hviezdy, hviezdokopy, plynové zhluky, a to sú iba 4% z obsahu vesmíru! Všetko ostatné je tajomná temná hmota a rovnako tajomná temná energia. Preskúmanie našej slnečnej sústavy napriek tomu neustále prináša nové prekvapenia a nové neočakávané objavy. A v slnečnej sústave, verte mi, stále existuje veľa neznámych.
V súčasnosti existuje medzi vedcami a spoločnosťou obrovská priepasť. Napríklad astrofyzika je oblasťou, ktorá u bežného humanistu zasahuje strach. Ako je možné túto medzeru prekonať a ako je to možné v podmienkach, keď dokonca aj fyzici pracujúci v rôznych oblastiach nerozumejú vždy predmetu vzájomného výskumu?
Spoločnosť musí sledovať populárne vedecké filmy o astronómii - potom sa priepasť zníži a strach zmizne.
Pokiaľ ide o úzku špecializáciu - je to nevyhnutné, ale za týmto účelom sa poskytuje základné vysokoškolské vzdelanie - nadácia, ktorá uľahčuje prechod a ľahko sa zapája do rôznych oblastí výskumu.
To je presne výhoda nášho systému odbornej prípravy vedeckých pracovníkov, ktorý sa vyvinul v 50. a 60. rokoch 20. storočia. Na rozdiel od napríklad Američana s príliš skorou úzko zameranou špecializáciou.
A pre humanitné vedy by bolo dobré zaviesť povinný minimálny kurz vo vyššej matematike, pretože to je základný prvok všeobecnej kultúry - kultúry myslenia! Vo vzájomnom porozumení bude menej problémov, v spoločnosti bude menej nepokojov.
Pamätajte, že po vstupe na humanitnú fakultu univerzity Lev Nikolaevič Tolstoy zložil prijímaciu skúšku z matematiky. A dostal lístok s Newtonovým binomickým!
Jekaterina Shutova