Rozhovor s autorem nejcitovanějšího článku o teoretické astrofyzice na světě
Jaká tajemství se skrývají v moderní astrofyzice, proč by měli humanisté studovat vyšší matematiku a jak inspirovat moderní žáky ke studiu astronomie, vědecké oddělení Gazeta. Ru řekl autor nejcitovanějšího článku na světě o teoretické astrofyzice Nikolai Shakura - sovětský a ruský astrofyzik, lékař fyziky matematických věd, vedoucí oddělení relativní astrofyziky SAI MSU.
Nikolai Ivanovič, minulý rok jsi oslavil 70. výročí. Ale nezapomeňte, jak jste v roce 1973 společně s astrofyzikem Rashidem Sunyaevem vyvinuli teorii akrečních disků, která je základem moderní teorie rentgenových binárních souborů, jednoho z nejcitovanějších (přes 7 000 odkazů) článků o astrofyzice v historii. Řekněte nám slovy srozumitelnými pro osobu bez astrofyzikální výchovy, jaká je podstata teorie akrečních disků?
- Slovo „narůstání“jsem poprvé slyšel ve 4. ročníku, když jsem vzal téma semestrální práce od Zeldoviče. Ukázalo se, že narůstání je jen pád hmoty na hvězdu pod vlivem gravitace. Čím je hvězda hmotnější, tím silnější je její přitažlivost. A síla přitažlivosti černých děr je tak velká, že dokonce i paprsek světla vyzařovaný takovou hvězdou je obrácen silou přitažlivosti! A takovou hvězdu nemůžeme vidět ani pozorovat.
Ale je to právě fenomén nárůstu disku, který nám umožňuje dozvědět se něco o těchto neobvyklých hvězdných objektech. Faktem je, že více než polovina hvězd ve vesmíru není osamělá, jako naše Slunce, ale dvojitá. A někdy dokonce ztrojnásobit! Otáčejí se kolem svého společného těžiště. Pokud se v takovém hvězdném páru ukáže jedna z hvězd jako černá díra, bude se svou přitažlivostí přitahovat atmosféru svého souseda. A protože obě tyto hvězdy se točí kolem společného těžiště a také kolem své vlastní osy otáčení, tato proudící hmota plynu se vine kolem černé díry a tvoří kolem ní plynový disk. Pohyb plynu uvnitř tohoto disku probíhá při obrovských rychlostech, což vede ke srážce částic plynu. A v důsledku toho k silnému zahřívání plynu v disku.
Tento proces je doprovázen uvolňováním nejen tepla, ale také světla v optickém i rentgenovém rozsahu.
Zářící plynný disk již můžeme pozorovat, protože je umístěn v určité vzdálenosti od černé díry a ten nemůže zachytit záření z disku. Pozorováním záření z tohoto akrečního disku se můžeme dozvědět mnoho o samotné černé díře a fyzických procesech v jejím okolí, stejně jako spočítat hmotnost černé díry, její rychlost otáčení a mnohem více.
Společně s Rashidem Sunyaevem (tehdy byl, stejně jako já, postgraduálním studentem Zeldoviče, nyní Sunyaev je akademik), jsme na začátku 70. let minulého století poprvé vypočítali možná emisní spektra z takového akrečního disku. Ukázalo se, že většina energie je emitována v rentgenové oblasti elektromagnetického spektra. Téměř současně byly výsledky našich výpočtů potvrzeny pozorováním akrečních disků s nástroji nainstalovanými na americkém satelitu Uhuru.
Propagační video:
V roce 1963 jste vystudoval obor fyziky na Moskevské státní univerzitě s titulem z astronomie. Vaši rodiče však nebyli spojeni s přesnými vědami. Jak tedy přišlo rozhodnutí studovat astrofyziku?
- Ano, mí rodiče nebyli přímo spojeni s přesnými vědami. Ale můj otec byl frontový voják a bývalý tanker. Měl dobré znalosti v technologii a my, jeho čtyři synové, jsme se zajímali o technologii a přesné vědy.
Také jsem měl štěstí s učiteli. A i když jsem nestudoval v hlavním městě, ale ve vyšších třídách v mé škole (to bylo v Bělorusku, v obci Parichi, poblíž Bobruisku), matematiku učil skvělý učitel Alfred Viktorovich Baranovsky.
V těchto letech nikdo neslyšel o lektorech, ale úroveň výuky i na vesnické škole byla taková, že ti, kteří chtěli pokračovat ve vzdělávání, mohli soutěžit na jakýchkoli univerzitách - až po Moskevskou státní univerzitu.
Jednou jsem byl studentem 11. ročníku a v knihkupectví Bobruisk jsem viděl knihu Jakova Borisoviče Zeldoviče „Vyšší matematika pro začátečníky“. Začal jsem se na to dívat se zájmem - chtěl jsem najít sekci, kde je ukázáno, jak vypočítat maxima a minima funkcí. Učitel Alfred Viktorovich nás velmi zaujal! Když jsme toto téma absolvovali ve škole, řekl: „Ale metodou vyšší matematiky jsou takové výpočty snazší a krajší.“
Pak jsem si ani nedokázal představit, že po pouhých čtyřech letech se z mého vědeckého poradce stane akademik Zeldovič.
Jste uznávanou světovou autoritou v oblasti moderní teoretické astrofyziky, jste členem Mezinárodní astronomické unie a Evropské astronomické společnosti. Už jste někdy chtěli opustit Rusko a pokračovat ve studiu astrofyziky v zahraničí?
- Astronomie je mezinárodní věda, není rozdělena na němčinu, angličtinu a francouzštinu. Není to tak důležité, kde astronom pracuje, je důležité, jaké jsou jeho výsledky a jaký je jeho příspěvek k obecné pokladnici lidských znalostí o vesmíru.
Jsem teoretik a pro práci potřebuji vlastní hlavu, počítač a přístup k nejnovějším publikacím (které internet poskytuje docela dobře). Není tedy třeba někam chodit. A mimochodem, nedávno byla mezinárodní spolupráce mezi astrofyziky dobře zavedena, děláme společnou práci, často se setkáváme, abychom diskutovali o vědeckých problémech.
Po mnoho let čtete speciální kurzy pro studenty Astronomického oddělení Fyzikální katedry Moskevské státní univerzity, práci se studenty a postgraduálními studenty, přípravu kandidátů na vědu. Myslíte si, že úroveň studentů se v poslední době snížila nebo zvýšila? A proč?
- Dříve byla na Moskevské státní univerzitě obrovská soutěž o přírodní vědy - 8 až 10 osob na sedadlo. Výběr byl nejtěžší, nejsilnější vstoupil. Ale v důsledku této obecné módy pro fyziku, mnoho dobře vyškolených, ale zároveň nedostatečně motivovaných dětí vstoupilo na univerzitu. Mnoho z těchto fyziků začalo podnikat v 90. letech.
Nyní se soutěž sice zmenšila, ale na univerzitu vstoupili skuteční amatéři astronomie. Báječní a silní studenti ke mně přijdou, abych si vzal témata pro seminární práce a práce!
Na jakých tématech momentálně pracujete?
V současné době zkoumám různé typy složitých akrečních disků.
Jaký je podle vás stav moderní astrofyziky v naší zemi?
- Ruská astrofyzika nyní čelí řadě obtíží. Naše země má problémy zejména s financováním vědy. Tyto problémy ovlivnily zejména pozorovací astronomii: moderní dalekohledy jsou velmi drahé. Moskevská státní univerzita nicméně nedávno vybudovala vynikající observatoř s moderním dalekohledem poblíž Kislovodska. Máme velké naděje pro tuto hvězdárnu.
Dobré výsledky jsou dosahovány automatickou sítí malých dalekohledů vyvinutou v naší zemi pod vedením profesora moskevské univerzity Vladimíra Lipunova - Master systému, s jehož pomocí lze nepřetržitě pozorovat oblohu v mnoha částech světa. Tento systém mimochodem již odhalil mnoho dříve neznámých hvězdných objektů.
Jak vysvětlit osobě daleko od vědy, jaký má smysl výdaje na astrofyzikální výzkum? Jaký je praktický význam takového výzkumu?
- Snažit se podívat za horizont je velmi lidská kvalita! Jak bychom se jinak lišili od zvířat? Investice do rozvoje kosmických systémů již pro národní hospodářství přinášejí velmi hmatatelné výhody. Mluvím o sledování pohybu atmosférických vírů, o stanovení a vyhodnocení oblastí lesních požárů z vesmíru, o sledování a předpovídání nebezpečí asteroidů. Seznam pokračuje.
Kromě toho si země bez rozvinuté astronomie nemůže nárokovat roli velké světové moci - bude odsouzena spoléhat se na informace jiných lidí, nebude mít pobídky k rozvoji své vědecké základny pro základní vědu. To vše povede k degradaci společnosti a země, k jejímu zaostávání za ostatními státy.
A astronomie je také nejvíce filozofická věda: musíme si představit, v jakém světě av jakém vesmíru žijeme.
Většina moderních škol již nemá astronomii. Co si o tom myslíš? Jak může být podle vašeho názoru moderní školák inspirován ke studiu astrofyziky a astronomie?
„Jak výuka astronomie ve školách, tak kvalita učebnic nechávají hodně touhy. Nedostatek astronomie ve školách může (a měl by!) Být kompenzován dobrým a systematickým zobrazováním populárních vědeckých filmů a televizních programů. Možná to bude mít dokonce větší účinek než studium nudné učebnice předložené nudnými učiteli.
Existuje řada skvělých filmů BBC o astronomii, které by měly být zakoupeny a zobrazeny častěji v televizi.
Bylo by také dobré vytvořit interaktivní výukové programy o astronomii na internetu s možností dostávat rady a odpovědi na otázky zájmu od kvalifikovaných odborníků na astronomy.
Také bych rád, aby země měla více planetárií - alespoň v každém regionálním městě! A v planetáriích - tematické kruhy pro milovníky astronomie.
Určité minimum astronomických znalostí by mělo být samozřejmě dáno i ve škole - snad doplněním učebnice fyziky o kapitoly o základech struktury vesmíru a naší sluneční soustavy.
Jaké jsou podle vašeho názoru hlavní tajemství moderní astrofyziky? Povaha černých děr, tvorba exoplanet?
- Jednou z hlavních záhad je temná hmota, která není viditelná, ale projevuje se gravitačními účinky. Viditelnou hmotou jsou viditelné hvězdy, hvězdokupy, plynové shluky, a to je jen 4% obsahu vesmíru! Všechno ostatní je tajemná temná hmota a stejně tajemná temná energie. Průzkum naší sluneční soustavy však stále přináší nová překvapení a nové neočekávané objevy. A věřte mi, že ve sluneční soustavě je stále mnoho neznámých.
Dnes je mezi vědci a společností obrovská propast. Například astrofyzika je oblast, která u průměrného humanisty zasahuje strach. Jak lze tuto mezeru překonat a je možné v podmínkách, kdy i fyzici pracující v různých oborech ne vždy rozumí předmětu vzájemného výzkumu?
Společnost musí sledovat populární vědecké filmy o astronomii - pak se mezera zmenší a strach zmizí.
Pokud jde o úzkou specializaci - je to nevyhnutelné, ale za tímto účelem je poskytováno základní vysokoškolské vzdělání - základ, který usnadňuje přechod a snadné zapojení do různých oblastí výzkumu.
To je právě výhoda našeho systému školení vědeckých pracovníků, který se vyvíjel v 50. a 60. letech 20. století. Na rozdíl od například Američana s příliš brzy zaměřenou úzce zaměřenou specializací.
A pro humanitní obory by bylo dobré zavést povinný minimální kurz ve vyšší matematice, protože to je základní prvek obecné kultury - kultura myšlení! Ve vzájemném porozumění bude méně problémů, ve společnosti bude méně nepořádků.
Pamatujte, že při vstupu na humanitní fakultu univerzity Lev Nikolaevič Tolstoy složil přijímací zkoušku z matematiky. A dostal lístek s Newtonovým binomickým!
Ekaterina Shutova