Intervju med författaren till världens mest citerade artikel om teoretisk astrofysik
Vilka mysterier som döljs i modern astrofysik, varför humanitärer bör studera högre matematik och hur man kan inspirera moderna skolbarn att studera astronomi, berättade den vetenskapliga avdelningen i Gazeta. Ru av författaren till den mest citerade artikeln i världen om teoretisk astrofysik Nikolai Shakura - sovjetisk och rysk astrofysiker, doktor i fysiker av matematiska vetenskaper, chef för institutionen för relativ relativ astrofysik vid SAI MSU.
Nikolai Ivanovich, förra året firade du ditt 70-årsjubileum. Men låt oss komma ihåg hur du tillsammans med astrofysiker Rashid Sunyaev 1973 utvecklade teorin om ackretionsskivor, som ligger till grund för den moderna teorin för röntgenbinarier, en av de mest citerade (över 7 000 referenser) artiklarna om astrofysik i historien. Berätta med ord som är förståeligt för en person utan astrofysisk utbildning, vad är kärnan i teorin om ackretionsskivor?
- Ordet "ackretion" hörde jag första gången under det fjärde året, när jag tog ämnet för termuppsatsen från Zeldovich. Det visade sig att tillträde bara är materiens fall på en stjärna under påverkan av tyngdkraften. Ju mer massiv stjärnan är, desto starkare är attraktionen. Och attraktionskraften för svarta hål är så stor att även en ljusstråle som släpps ut av en sådan stjärna vänds tillbaka av kraften i dess attraktion! Och därför kan vi inte se eller observera en sådan stjärna.
Men det är just fenomenet med diskretion som gör att vi kan lära oss något om dessa ovanliga stjärnobjekt. Faktum är att mer än hälften av stjärnorna i universum inte är ensamma, som vår sol, utan dubbelt. Och ibland till och med tredubbla! De kretsar kring deras gemensamma tyngdpunkt. Om en av stjärnorna i ett sådant stjärnpar visar sig vara ett svart hål, med sin kraftfulla attraktion kommer den att dra på sig själv sin granne. Och eftersom båda dessa stjärnor kretsar både om ett gemensamt tyngdpunkt och även kring sin egen rotationsaxel, lindar denna strömmande massa gas runt det svarta hålet och bildar en gasskiva runt den. Rörelsen av gas inuti denna skiva sker med enorma hastigheter, vilket leder till kollision av gaspartiklar. Och följaktligen till stark uppvärmning av gasen i skivan.
Denna process åtföljs av frisläppandet av inte bara värme utan också ljus i både det optiska och röntgenområdet.
Vi kan redan observera den glödande gasformiga skivan, eftersom den är belägen på lite avstånd från det svarta hålet, och den senare kan inte fånga strålningen från disken. Genom att observera strålningen från denna ackretionsskiva kan vi lära oss mycket om det svarta hålet själv och de fysiska processerna i dess närhet, samt beräkna massan på det svarta hålet, dess rotationshastighet och mycket mer.
Tillsammans med Rashid Sunyaev (då var han, precis som jag, en doktorand i Zeldovich, nu Sunyaev är akademiker) i början av 70-talet av förra seklet, beräknade vi först de möjliga utsläppsspektra från en sådan ackretionsskiva. Det visade sig att det mesta av energin avges i röntgenområdet för det elektromagnetiska spektrumet. Nästan samtidigt bekräftades resultaten av våra beräkningar genom att observera tillträngningsskivorna med instrument installerade på den amerikanska satelliten Uhuru.
Kampanjvideo:
1963 kom du in i fysikavdelningen vid Moskva State University med en examen i astronomi. Dock var dina föräldrar inte kopplade till exakta vetenskaper. Hur kom beslutet då att studera astrofysik?
- Ja, mina föräldrar var inte direkt kopplade till exakta vetenskaper. Men min far var en frontlinjesoldat och en tidigare tankfartyg. Han var välbevandrad inom teknik, och vi, hans fyra söner, överförde ett intresse för teknik och exakta vetenskaper.
Dessutom hade jag tur med lärarna. Och även om jag inte studerade i huvudstaden, men i gymnasiet på min skola (det var i Vitryssland, i byn Parichi, nära Bobruisk), lärdes matematik av en underbar lärare Alfred Viktorovich Baranovsky.
Ingen hörde talas om lärare under dessa år, men undervisningsnivån även i byskolan var sådan att de som ville fortsätta sin utbildning kunde tävla på alla universitet - fram till Moskva State University.
En gång, medan jag fortfarande var en elev i elva klass, såg jag i Bobruisk bokhandel boken av Yakov Borisovich Zeldovich "Högre matematik för nybörjare." Jag började titta igenom det med intresse - jag ville hitta det avsnitt där det visas hur man beräknar maxima och minima för funktioner. Läraren Alfred Viktorovich fascinerade oss väldigt mycket! När vi passerade detta ämne i skolan sa han: "Men med metoden för högre matematik görs sådana beräkningar enklare och vackrare."
Då kunde jag inte ens föreställa mig att akademiker Zeldovich efter bara fyra år skulle bli min vetenskapliga rådgivare.
Du är en erkänd världsmyndighet inom området modern teoretisk astrofysik, du är medlem i International Astronomical Union och European Astronomical Society. Har du någonsin haft en önskan att lämna Ryssland och fortsätta dina studier i astrofysik utomlands?
- Astronomi är en internationell vetenskap, den är inte uppdelad i tyska, engelska och franska. Det är inte så viktigt där en astronom arbetar, det är viktigt vad hans resultat är och vad som är hans bidrag till den allmänna skattkammaren för mänsklig kunskap om universum.
Jag är teoretiker och för arbetet behöver jag mitt eget huvud, en dator och tillgång till de senaste publikationerna (som Internet ger ganska bra). Därför finns det inget behov att gå någonstans. Och förresten, nyligen har internationellt samarbete mellan astrofysiker varit väl etablerat, vi gör gemensamt arbete, vi träffas ofta för att diskutera vetenskapliga problem.
Under många år har du läst specialkurser för studenter vid astronomiavdelningen vid fysikavdelningen vid Moskva statsuniversitet, arbetat med studenter och doktorander och förbereder vetenskapskandidater. Tror du att elevernas nivå har minskat eller ökat nyligen? Och varför?
- Tidigare var det en enorm tävling för naturvetenskapliga fakulteter vid Moskvas statsuniversitet - 8-10 personer per plats. Urvalet var det tuffaste, det starkaste in. Men i kölvattnet av detta allmänna sätt för fysik, kom många välutbildade men samtidigt otillräckligt motiverade barn in på universitetet. Många av dessa fysiker gick i affärer på 90-talet.
Nu har tävlingen blivit mindre, men riktiga amatörer för astronomi kommer in på universitetet. Underbara och starka studenter kommer till mig för att ta ämnen för uppsatser och avhandlingar!
Vilka ämnen arbetar du med just nu?
Jag fortsätter för närvarande att undersöka olika typer av komplexa ackretionsskivor.
Vad tror du är tillståndet för modern astrofysik i vårt land?
- Rysk astrofysik står nu inför ett antal svårigheter. I synnerhet har vårt land svårigheter med att finansiera vetenskap. Dessa problem har särskilt påverkat observationsastronomin: moderna teleskop är mycket dyra. Ändå byggde Moskva statsuniversitetet nyligen ett utmärkt observatorium med ett modernt teleskop nära Kislovodsk. Vi har stora förhoppningar för detta observatorium.
Goda resultat uppnås genom ett automatiskt nätverk av små teleskoper utvecklade i vårt land under ledning av Moskva universitetsprofessor Vladimir Lipunov - Mästarsystemet, med vilket man kontinuerligt kan observera himlen i många delar av världen. Detta system har förresten redan avslöjat många tidigare okända stjärnobjekt.
Hur förklarar jag för en person långt ifrån vetenskap, vad är poängen med att spendera på astrofysisk forskning? Vad är den praktiska betydelsen av sådan forskning?
- Att försöka se bortom horisonten är en mycket mänsklig kvalitet! Annars, hur skulle vi skilja oss från djur? Investeringar i utveckling av rymdsystem ger redan mycket konkreta fördelar för den nationella ekonomin. Jag pratar om att spåra rörelsen av atmosfäriska virvlar, fixa och utvärdera områden med skogsbränder från rymden, spåra och förutse asteroidfara. Listan fortsätter.
Dessutom kan ett land utan utvecklad astronomi inte göra anspråk på en stor världsmakt - det kommer att vara dömt att lita på andra människors information, det kommer inte att ha incitament att utveckla sin vetenskapliga bas för grundläggande vetenskap. Allt detta kommer att leda till försämring av samhället och landet, till dess försening efter andra stater.
Och astronomi är också den mest filosofiska vetenskapen: vi måste föreställa oss i vilken värld och i vilket universum vi lever.
De flesta moderna skolor har inte längre astronomi. Vad tycker du om detta? Hur, enligt din åsikt, kan ett modernt skolbarn inspireras till att studera astrofysik och astronomi?
”Både undervisningen i astronomi i skolor och kvaliteten på läroböcker lämnar mycket att önska. Bristen på astronomi i skolor kan (och borde!) Kompenseras för en bra och systematisk visning av populära vetenskapliga filmer och TV-program. Kanske kommer det till och med att ha en större effekt än att studera en tråkig lärobok som presenteras av tråkiga lärare.
Det finns en serie stora BBC-filmer om astronomi som borde köpas och visas oftare på TV.
Det skulle också vara bra att skapa interaktiva undervisningsprogram om astronomi på Internet med möjlighet att få råd och svar på frågor av intresse från kvalificerade astronomer-specialister.
Jag skulle också vilja att landet skulle ha fler planetarier - åtminstone i varje regional stad! Och på planetarierna - tematiska kretsar för älskare av astronomi.
Ett visst minimum av astronomisk kunskap bör naturligtvis ges också i skolan - kanske genom att komplettera en fysikbok med kapitel om grunderna i universums struktur och vårt solsystem.
Vad är enligt din mening de viktigaste mysterierna för modern astrofysik? Arten av svarta hål, bildandet av exoplaneter?
- Ett av de viktigaste mysterierna är mörk materia, som inte är synlig, men manifesterar sig i gravitationseffekter. Synlig materia är synliga stjärnor, stjärnkluster, gaskluster, och detta är bara 4% av universums substans! Allt annat är mystisk mörk materia och lika mystisk mörk energi. Hur som helst, utforskningen av vårt solsystem ger ständigt nya överraskningar och nya oväntade upptäckter. Och i solsystemet, tro mig, det finns fortfarande många okända.
Idag finns det ett stort gap mellan forskare och samhället. Astrofysik är till exempel ett område som slår rädsla hos den genomsnittliga humanisten. Hur kan detta gap övervinnas och är det möjligt under förhållanden då även fysiker som arbetar inom olika områden inte alltid förstår ämnet för varandras forskning?
Samhället måste titta på populära vetenskapliga filmer om astronomi - då kommer gapet att minska och rädslan försvinner.
När det gäller den snäva specialiseringen är det oundvikligt, men för detta ges den grundläggande universitetsutbildningen - grunden som gör att du enkelt kan växla och enkelt delta i olika forskningsområden.
Detta är just fördelen med vårt system för utbildning av vetenskaplig personal, som utvecklades på 1950- och 1960-talet. Till skillnad från till exempel amerikansk, med sin för tidigt snävt fokuserade specialisering.
Och för humaniora skulle det vara bra att införa en obligatorisk minimikurs i högre matematik, eftersom detta är ett grundelement i den allmänna kulturen - tankekulturen! Det kommer att bli färre problem i ömsesidig förståelse, det blir mindre oenighet i samhället.
Kom ihåg att Lev Nikolaevich Tolstoy, som gick in på universitetets humanistiska fakultet, klarat examen i matematik. Och han fick en biljett med Newtons binomial!
Ekaterina Shutova