Interview med forfatteren til verdens mest citerede artikel om teoretisk astrofysik
Hvilke mysterier er skjult i moderne astrofysik, hvorfor humanitærer bør studere højere matematik, og hvordan man kan inspirere moderne skolebørn til at studere astronomi, blev den videnskabelige afdeling i Gazeta. Ru fortalte af forfatteren til den mest citerede artikel i verden om teoretisk astrofysik Nikolai Shakura - sovjetisk og russisk astrofysiker, doktor i fysiker i matematiske videnskaber, leder af Institut for Relativistisk Astrofysik ved SAI MSU.
Nikolai Ivanovich, sidste år fejrede du dit 70-års jubilæum. Men lad os huske, hvordan du i 1973 sammen med astrofysiker Rashid Sunyaev udviklede teorien om akkretionsskiver, som ligger til grund for den moderne teori om røntgenbinarier, en af de mest citerede (over 7.000 referencer) artikler om astrofysik i historien. Fortæl os med ord, der er forståelige for en person uden astrofysisk uddannelse, hvad er essensen af teorien om akkretionsskiver?
- Ordet "akkretion" hørte jeg først i det fjerde år, da jeg tog emnet for semesteropgaven fra Zeldovich. Det viste sig, at optagelse bare er faldet af materie på en stjerne under påvirkning af tyngdekraften. Jo mere massiv stjernen er, jo stærkere er dens tiltrækning. Og tiltrækningskraften i sorte huller er så stor, at selv en lysstråle, der udsendes af en sådan stjerne, vendes tilbage af kraften i dens tiltrækning! Og derfor kan vi ikke se eller observere en sådan stjerne.
Men det er netop fænomenet med disk-akkretion, der giver os mulighed for at lære noget om disse usædvanlige stjernebjekter. Faktum er, at mere end halvdelen af stjernerne i universet ikke er ensomme, ligesom vores sol, men dobbelt. Og nogle gange endda tredobbelt! De drejer sig om deres fælles tyngdepunkt. Hvis en af stjernerne i et sådant stjernepar viser sig at være et sort hul, med sin kraftfulde tiltrækning vil den trække på sig naboens atmosfære. Og da begge disse stjerner drejer sig både omkring et fælles tyngdepunkt og også omkring deres egen rotationsakse, snor denne flydende masse af gas rundt om det sorte hul og danner en gasskive omkring det. Bevægelsen af gas inde i denne disk sker i enorme hastigheder, hvilket fører til kollision af gaspartikler. Og følgelig til stærk opvarmning af gassen på disken.
Denne proces ledsages af frigivelse af ikke kun varme, men også lys i både det optiske og røntgenområdet.
Vi kan allerede observere den glødende gasformige disk, fordi den er placeret i nogen afstand fra det sorte hul, og sidstnævnte kan ikke fange strålingen fra disken. Ved at observere strålingen fra denne akkretionsdisk kan vi lære meget om selve det sorte hul og de fysiske processer i dets nærhed, samt beregne massen af det sorte hul, dets omdrejningshastighed og meget mere.
Sammen med Rashid Sunyaev (dengang var han, som jeg, en kandidatstuderende i Zeldovich, nu Sunyaev er akademiker) i de tidlige 70'ere af forrige århundrede, beregnet vi først de mulige emissionsspektre fra en sådan akkretionsdisk. Det viste sig, at det meste af energien udsendes i røntgenområdet i det elektromagnetiske spektrum. Næsten samtidig blev resultaterne af vores beregninger bekræftet, når man observerede akkretionsskiver med instrumenter installeret på den amerikanske satellit Uhuru.
Salgsfremmende video:
I 1963 trådte du ind i fysikafdelingen ved Moskva State University med en grad i astronomi. Dine forældre var dog ikke forbundet med de nøjagtige videnskaber. Hvordan kom beslutningen om at studere astrofysik?
- Ja, mine forældre var ikke direkte forbundet med de nøjagtige videnskaber. Men min far var en frontliniesoldat og en tidligere tankskib. Han var velbevandret inden for teknologi, og vi, hans fire sønner, gik videre med en interesse for teknologi og de nøjagtige videnskaber.
Jeg var også heldig med lærerne. Og selvom jeg ikke studerede i hovedstaden, men i seniorklasserne på min skole (det var i Hviderusland, i landsbyen Parichi, nær Bobruisk), blev matematik undervist af en vidunderlig lærer Alfred Viktorovich Baranovsky.
Ingen hørte om vejledere i disse år, men undervisningsniveauet selv i landsbyskolen var sådan, at de, der ønskede at fortsætte deres uddannelse, kunne konkurrere på ethvert universitet - op til Moskvas statsuniversitet.
Én gang, mens jeg stadig var studerende i 11. klasse, så jeg i Bobruisk boghandel så bogen af Yakov Borisovich Zeldovich "Højere matematik for begyndere." Jeg begyndte at kigge igennem det med interesse - Jeg ønskede at finde det afsnit, hvor det vises, hvordan man beregner maksima og minima for funktioner. Læreren Alfred Viktorovich fascinerede os meget! Da vi bestod dette emne i skolen, sagde han: "Men med metoden med højere matematik gør sådanne beregninger lettere og smukkere."
Så kunne jeg ikke engang forestille mig, at akademiker Zeldovich efter kun fire år ville blive min videnskabelige rådgiver.
Du er en anerkendt verdensautoritet inden for moderne teoretisk astrofysik, du er medlem af Den Internationale Astronomiske Union og Det Europæiske Astronomiske Samfund. Har du nogensinde haft et ønske om at forlade Rusland og fortsætte dine studier i astrofysik i udlandet?
- Astronomi er en international videnskab, den er ikke opdelt i tysk, engelsk og fransk. Det er ikke så vigtigt, hvor en astronom arbejder, det er vigtigt, hvad hans resultater er, og hvad er hans bidrag til den generelle skattekammer af menneskelig viden om universet.
Jeg er teoretiker, og til arbejdet har jeg brug for mit eget hoved, en computer og adgang til de nyeste publikationer (som Internettet giver ganske godt). Derfor er det ikke nødvendigt at gå et sted. Og forresten, for nylig er det internationale samarbejde mellem astrofysikere blevet veletableret, vi udfører fælles arbejde, vi mødes ofte for at diskutere videnskabelige problemer.
I mange år har du læst specielle kurser for studerende ved astronomiafdelingen ved fysikafdelingen ved Moskva statsuniversitet, arbejdet med studerende og kandidatstuderende og forberedt videnskabskandidater. Tror du, at niveauet for studerende er faldet eller steget for nylig? Og hvorfor?
- Tidligere var der en enorm konkurrence for naturvidenskabelige fakulteter ved Moskva statsuniversitet - 8-10 personer pr. Sæde. Udvalget var det hårdeste, det stærkeste indtastede. Men i kølvandet på denne generelle mode for fysik trådte mange veluddannede, men på samme tid utilstrækkeligt motiverede børn ind på universitetet. Mange af disse fysikere gik i erhvervslivet i 90'erne.
Nu er konkurrencen blevet mindre, men virkelige amatører af astronomi kommer ind på universitetet. Vidunderlige og stærke studerende kommer til mig for at tage emner til semesteropgaver og specialer!
Hvilke emner arbejder du i øjeblikket?
Jeg fortsætter i øjeblikket med at undersøge forskellige typer komplekse akkretionsdiske.
Hvad tror du er tilstanden for moderne astrofysik i vores land?
- Russisk astrofysik står nu over for en række vanskeligheder. Vores land har især vanskeligheder med at finansiere videnskab. Disse problemer har især påvirket observations astronomi: moderne teleskoper er meget dyre. Ikke desto mindre bygget Moskvas statsuniversitet for nylig et fremragende observatorium med et moderne teleskop nær Kislovodsk. Vi har store forhåbninger til dette observatorium.
Gode resultater opnås ved et automatisk netværk af små teleskoper udviklet i vores land under ledelse af Moskva Universitetsprofessor Vladimir Lipunov - Mastersystemet, med hvilket man kontinuerligt kan observere himlen i mange dele af verden. Dette system har forresten allerede afsløret mange tidligere ukendte stjernebjekter.
Hvordan kan man forklare en person langt fra videnskab, hvad er poenget med at bruge på astrofysisk forskning? Hvad er den praktiske betydning af sådan forskning?
- At prøve at se ud over horisonten er en meget menneskelig kvalitet! Ellers, hvordan ville vi afvige fra dyr? Investeringer i udvikling af rumsystemer leverer allerede meget håndgribelige fordele for den nationale økonomi. Jeg taler om at spore bevægelsen af atmosfæriske hvirvler, fikse og vurdere områder med skovbrande fra rummet, spore og forudsige asteroide fare. Listen fortsætter.
Derudover kan et land uden udviklet astronomi ikke kræve rollen som en stor verdensmagt - det vil være dømt til at stole på en andens information, det vil ikke have incitamenter til at udvikle sin videnskabelige base for grundlæggende videnskab. Alt dette vil føre til forringelse af samfundet og landet, til dets tilbagefald efter andre stater.
Og astronomi er også den mest filosofiske videnskab: vi må forestille os i hvilken verden og i hvilket univers vi lever.
De fleste moderne skoler har ikke længere astronomi. Hvad tænker du om det her? Hvordan, efter din mening, kan et moderne skolebarn inspireres til at studere astrofysik og astronomi?
”Både undervisningen i astronomi i skoler og kvaliteten af lærebøger lader meget tilbage at ønske. Manglen på astronomi i skoler kan (og bør!) Kompenseres ved en god og systematisk visning af populærvidenskabelige film og tv-programmer. Måske vil det endda have en større effekt end at studere en kedelig lærebog præsenteret af kedelige lærere.
Der er en række store BBC-film om astronomi, der bør købes og vises oftere på tv.
Det ville også være godt at oprette interaktive undervisningsprogrammer om astronomi på Internettet med mulighed for at modtage råd og svar på spørgsmål af interesse fra kvalificerede astronomer-specialister.
Jeg vil også gerne have, at landet skal have flere planetarier - i det mindste i alle regionale byer! Og på planetarierne - tematiske cirkler for elskere af astronomi.
Et vist minimum af astronomisk viden bør naturligvis også gives i skolen - måske ved at supplere en fysik-lærebog med kapitler om det grundlæggende i universets struktur og vores solsystem.
Hvad er efter din mening de vigtigste mysterier for moderne astrofysik? Arten af sorte huller, dannelsen af eksoplaneter?
- Et af de største mysterier er mørk stof, som ikke er synlig, men manifesterer sig i gravitationseffekter. Synlig stof er synlige stjerner, stjerneklynger, gasklynger, og dette er kun 4% af universets stof! Alt andet er mystisk mørk stof og lige så mystisk mørk energi. Under alle omstændigheder bringer efterforskningen af vores solsystem konstant nye overraskelser og nye uventede opdagelser. Og i solsystemet, tro mig, der er stadig mange ukendte.
I dag er der et stort mellemrum mellem forskere og samfundet. Astrofysik er for eksempel et område, der rammer frygt hos den gennemsnitlige humanist. Hvordan kan dette hul overvindes, og er det muligt under forhold, hvor selv fysikere, der arbejder på forskellige områder, ikke altid forstår emnet for hinandens forskning?
Samfundet er nødt til at se populærvidenskabelige film om astronomi - så vil kløften blive mindre og frygt forsvinde.
Hvad angår den snævre specialisering - det er uundgåeligt, men for dette gives den grundlæggende universitetsuddannelse - det fundament, der gør det nemt at skifte og let udøve forskellige forskningsområder.
Dette er netop fordelen ved vores system med uddannelse af videnskabeligt personale, der udviklede sig i 1950'erne og 1960'erne. I modsætning til for eksempel amerikansk med sin for tidligt snævert fokuserede specialisering.
Og for humaniora ville det være godt at indføre et obligatorisk minimumskursus i højere matematik, fordi dette er et grundlæggende element i den generelle kultur - tankegangskulturen! Der vil være færre problemer med gensidig forståelse, der vil være mindre uenighed i samfundet.
Husk, at Lev Nikolaevich Tolstoj ved indgangen på humaniora-fakultetet ved universitetet bestod indgangsprøven i matematik. Og han fik en billet med Newtons binomial!
Ekaterina Shutova