Wywiad z autorem najczęściej cytowanego na świecie artykułu o astrofizyce teoretycznej
Jakie tajemnice skrywają współczesna astrofizyka, dlaczego studenci nauk humanistycznych muszą studiować matematykę wyższą i jak zainspirować współczesnych uczniów do studiowania astronomii? Nauk Matematycznych, kierownik Zakładu Astrofizyki Relatywistycznej SAI MSU.
Nikołaj Iwanowicz, w zeszłym roku obchodziłeś 70. rocznicę. Ale pamiętajmy, jak w 1973 r. Wraz z astrofizykiem Rashidem Sunyaevem opracowaliście teorię dysków akrecyjnych, która leży u podstaw nowoczesnej teorii rentgenowskich układów podwójnych, jednego z najczęściej cytowanych (ponad 7000 odniesień) artykułów o astrofizyce w historii. Powiedz nam słowami zrozumiałymi dla osoby bez astrofizycznego wykształcenia, jaka jest istota teorii dysków akrecyjnych?
- Słowo „akrecja” po raz pierwszy usłyszałem na czwartym roku, kiedy wziąłem temat pracy semestralnej od Zeldovicha. Okazało się, że akrecja to po prostu opadanie materii na gwiazdę pod wpływem grawitacji. Im masywniejsza gwiazda, tym silniejsza jej atrakcyjność. A siła przyciągania czarnych dziur jest tak wielka, że nawet promień światła emitowany przez taką gwiazdę jest zawracany przez siłę przyciągania! Dlatego nie możemy zobaczyć ani obserwować takiej gwiazdy.
Ale to właśnie zjawisko akrecji dysku pozwala nam dowiedzieć się czegoś o tych niezwykłych obiektach gwiazdowych. Faktem jest, że ponad połowa gwiazd we Wszechświecie nie jest samotna, jak nasze Słońce, ale podwójna. A czasem nawet trzykrotnie! Obracają się wokół wspólnego środka ciężkości. Jeśli w takiej gwiezdnej parze jedna z gwiazd okaże się czarną dziurą, to ze swoją potężną atrakcją przyciągnie do siebie atmosferę sąsiada. A ponieważ obie te gwiazdy krążą zarówno wokół wspólnego środka ciężkości, jak i wokół własnej osi obrotu, ta płynąca masa gazu wije się wokół czarnej dziury, tworząc wokół niej dysk gazowy. Ruch gazu wewnątrz tego dysku następuje z ogromną prędkością, co prowadzi do zderzenia cząstek gazu. A w konsekwencji do silnego nagrzewania się gazu w dysku.
Procesowi temu towarzyszy wydzielanie nie tylko ciepła, ale także światła zarówno w zakresie optycznym, jak i rentgenowskim.
Już teraz możemy obserwować świecący dysk gazowy, ponieważ znajduje się on w pewnej odległości od czarnej dziury, a ta nie może wychwycić promieniowania z dysku. Obserwując promieniowanie z tego dysku akrecyjnego, możemy się wiele dowiedzieć o samej czarnej dziurze i procesach fizycznych w jej pobliżu, a także obliczyć masę czarnej dziury, jej prędkość obrotową i wiele więcej.
Razem z Rashidem Sunyaevem (wtedy był, podobnie jak ja, absolwentem Zeldovicha, obecnie Sunyaev jest akademikiem) na początku lat 70. ubiegłego wieku najpierw obliczyliśmy możliwe widma emisyjne z takiego dysku akrecyjnego. Okazało się, że większość energii emitowana jest w zakresie promieniowania rentgenowskiego widma elektromagnetycznego. Niemal jednocześnie wyniki naszych obliczeń zostały potwierdzone obserwacją dysków akrecyjnych przyrządami zainstalowanymi na amerykańskim satelicie Uhuru.
Film promocyjny:
W 1963 roku wstąpiłeś na wydział fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, uzyskując dyplom z astronomii. Jednak twoi rodzice nie byli związani z naukami ścisłymi. Jak więc podjęto decyzję o studiowaniu astrofizyki?
- Tak, moi rodzice nie byli bezpośrednio związani z naukami ścisłymi. Ale mój ojciec był żołnierzem na pierwszej linii i byłym czołgistą. Był dobrze zorientowany w technologii, a my, jego czterej synowie, przekazaliśmy zainteresowanie technologią i naukami ścisłymi.
Miałem też szczęście do nauczycieli. I chociaż nie uczyłem się w stolicy, ale w liceum w mojej szkole (było to na Białorusi, we wsi Pariczi, niedaleko Bobrujska), matematyki uczył wspaniały nauczyciel Alfred Wiktorowicz Baranowski.
W tamtych latach nikt nie słyszał o korepetytorach, ale poziom nauczania nawet w wiejskiej szkole był taki, że ci, którzy chcieli kontynuować naukę, mogli konkurować na dowolnych uczelniach - aż do Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.
Kiedyś, będąc jeszcze uczniem klasy 11, w księgarni bobrujskiej zobaczyłem książkę Jakowa Borysowicza Zeldowicza „Wyższa matematyka dla początkujących”. Z zainteresowaniem zacząłem go przeglądać - chciałem znaleźć sekcję, w której pokazano, jak obliczyć maksima i minima funkcji. Nauczyciel Alfred Viktorovich bardzo nas zaintrygował! Kiedy zdawaliśmy ten temat w szkole, powiedział: „Ale dzięki metodzie wyższej matematyki takie obliczenia są łatwiejsze i piękniejsze”.
Wtedy nie mogłem sobie nawet wyobrazić, że po zaledwie czterech latach akademik Zeldowicz zostanie moim doradcą naukowym.
Jesteś uznanym światowym autorytetem w dziedzinie współczesnej astrofizyki teoretycznej, jesteś członkiem Międzynarodowej Unii Astronomicznej i Europejskiego Towarzystwa Astronomicznego. Czy kiedykolwiek miałeś ochotę opuścić Rosję i kontynuować naukę astrofizyki za granicą?
- Astronomia jest nauką międzynarodową, nie dzieli się na niemiecki, angielski i francuski. Nie jest tak ważne, gdzie astronom pracuje, ważne jest, jakie są jego wyniki i jaki jest jego wkład do ogólnego skarbca ludzkiej wiedzy o Wszechświecie.
Jestem teoretykiem, a do pracy potrzebuję własnej głowy, komputera i dostępu do najnowszych publikacji (które internet daje całkiem nieźle). Dlatego nie ma potrzeby gdzieś jechać. Nawiasem mówiąc, w ostatnim czasie współpraca międzynarodowa między astrofizykami jest dobrze ugruntowana, prowadzimy wspólną pracę, często spotykamy się w celu omówienia problemów naukowych.
Od wielu lat czytasz specjalne kursy dla studentów Wydziału Astronomii Wydziału Fizyki Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, pracując ze studentami i doktorantami, przygotowując kandydatów do nauki. Czy uważasz, że poziom uczniów ostatnio spadł czy wzrósł? I dlaczego?
- Wcześniej na Moskiewskim Uniwersytecie Państwowym odbywał się ogromny konkurs na wydziały nauk przyrodniczych - 8-10 osób na miejsce. Wybór był najtrudniejszy, wszedł najsilniejszy. Ale w następstwie tej ogólnej mody na fizykę na uniwersytet wstąpiło wiele dobrze wyszkolonych, ale jednocześnie niewystarczająco zmotywowanych dzieci. Wielu z tych fizyków rozpoczęło działalność w latach 90.
Teraz konkurencja się zmniejszyła, ale na uczelnię wkraczają prawdziwi amatorzy astronomii. Przyjeżdżają do mnie wspaniali i silni studenci, aby podjąć tematy prac semestralnych i prac dyplomowych!
Nad jakimi tematami obecnie pracujesz?
Obecnie kontynuuję badanie różnych typów złożonych dysków akrecyjnych.
Jak myślisz, jaki jest stan współczesnej astrofizyki w naszym kraju?
- Rosyjska astrofizyka boryka się teraz z wieloma trudnościami. W szczególności nasz kraj ma trudności z finansowaniem nauki. Problemy te szczególnie dotknęły astronomię obserwacyjną: nowoczesne teleskopy są bardzo drogie. Niemniej jednak Moskiewski Uniwersytet Państwowy zbudował niedawno w pobliżu Kisłowodzka doskonałe obserwatorium z nowoczesnym teleskopem. Mamy duże nadzieje z tym obserwatorium.
Dobre wyniki daje automatyczna sieć małych teleskopów opracowana w naszym kraju pod kierownictwem profesora Uniwersytetu Moskiewskiego Władimira Lipunowa - system Master, za pomocą którego można na bieżąco obserwować niebo w wielu częściach świata. Nawiasem mówiąc, ten system ujawnił już wiele nieznanych wcześniej gwiezdnych obiektów.
Jak wytłumaczyć osobie dalekiej od nauki, jaki jest sens wydawania pieniędzy na badania astrofizyczne? Jakie jest praktyczne znaczenie takich badań?
- Próba spojrzenia poza horyzont to cecha bardzo ludzka! W przeciwnym razie, czym byśmy się różnili od zwierząt? Inwestycje w rozwój systemów kosmicznych już teraz przynoszą bardzo wymierne korzyści dla gospodarki narodowej. Mówię o śledzeniu ruchu wirów atmosferycznych, naprawianiu i ocenie obszarów pożarów lasów z kosmosu, śledzeniu i prognozowaniu zagrożenia asteroidami. I tak dalej.
Ponadto kraj bez rozwiniętej astronomii nie może twierdzić, że jest wielką światową potęgą - będzie skazany na poleganie na czyichś informacjach, nie będzie miał motywacji do rozwijania swoich naukowych podstaw dla nauk podstawowych. Wszystko to doprowadzi do degradacji społeczeństwa i kraju, pozostanie w tyle za innymi państwami.
Astronomia jest również najbardziej filozoficzną nauką: musimy sobie wyobrazić, w jakim świecie iw jakim wszechświecie żyjemy.
Większość nowoczesnych szkół nie ma już astronomii. Co o tym myślisz? Jak, Twoim zdaniem, można zainspirować współczesnego ucznia do studiowania astrofizyki i astronomii?
„Zarówno nauczanie astronomii w szkołach, jak i jakość podręczników pozostawiają wiele do życzenia. Brak astronomii w szkołach może (i powinien!) Być rekompensowany dobrym i systematycznym wyświetlaniem filmów popularnonaukowych i programów telewizyjnych. Być może przyniesie to nawet większy efekt niż studiowanie nudnego podręcznika prezentowanego przez nudnych nauczycieli.
Jest seria świetnych filmów BBC o astronomii, które należy kupować i częściej pokazywać w telewizji.
Dobrze byłoby również stworzyć interaktywne programy nauczania astronomii w Internecie, z możliwością uzyskania porad i odpowiedzi na interesujące pytania od wykwalifikowanych astronomów-specjalistów.
Chciałbym też, żeby w kraju było więcej planetariów - przynajmniej w każdym mieście regionalnym! A w planetariach - kręgach tematycznych dla miłośników astronomii.
Pewne minimum wiedzy astronomicznej powinno się oczywiście zdobyć także w szkole - być może poprzez uzupełnienie podręcznika fizyki o rozdziały dotyczące podstaw budowy Wszechświata i naszego Układu Słonecznego.
Jakie, Twoim zdaniem, są główne tajemnice współczesnej astrofizyki? Charakter czarnych dziur, powstawanie egzoplanet?
- Jedną z głównych tajemnic jest ciemna materia, która nie jest widoczna, ale przejawia się w efektach grawitacyjnych. Widzialna materia to widoczne gwiazdy, gromady gwiazd, gromady gazów, a to tylko 4% substancji Wszechświata! Wszystko inne to tajemnicza ciemna materia i równie tajemnicza ciemna energia. W każdym razie eksploracja naszego Układu Słonecznego nieustannie przynosi nowe niespodzianki i nowe nieoczekiwane odkrycia. Wierz mi, w Układzie Słonecznym wciąż istnieje wiele niewiadomych.
Dzisiaj istnieje ogromna przepaść między naukowcami a społeczeństwem. Na przykład astrofizyka to dziedzina, która budzi strach u przeciętnego humanisty. Jak przezwyciężyć tę lukę i czy jest to możliwe w warunkach, gdy nawet fizycy pracujący w różnych dziedzinach nie zawsze rozumieją temat swoich badań?
Społeczeństwo musi oglądać filmy popularnonaukowe o astronomii - wtedy przepaść się zmniejszy i strach zniknie.
Jeśli chodzi o wąską specjalizację - jest nieunikniona, ale do tego jest dane podstawowe wykształcenie uniwersyteckie - fundament, który ułatwia zmianę i łatwe angażowanie się w różne dziedziny badań.
To jest właśnie zaleta naszego systemu szkolenia kadry naukowej, który rozwinął się w latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych XX wieku. W przeciwieństwie na przykład do amerykańskiej, która ma zbyt wczesną, wąsko ukierunkowaną specjalizację.
A dla nauk humanistycznych dobrze byłoby wprowadzić obowiązkowy minimalny kurs matematyki wyższej, bo to jest podstawowy element kultury ogólnej - kultury myślenia! Będzie mniej problemów we wzajemnym zrozumieniu, mniejszy będzie brak jedności w społeczeństwie.
Pamiętaj, że wchodząc na wydział humanistyczny uniwersytetu Lew Nikołajewicz Tołstoj zdał egzamin wstępny z matematyki. I dostał bilet z dwumianem Newtona!
Ekaterina Shutova