О том, как рождалась Вселенная, рассказал на торжественном заседании Ученого совета alma mater, посвященном ее 210-летию, академик РАН, главный научный сотрудник Института теоретической физики им. Л.Д.Ландау РАН Алексей Старобинский.
На этом заседании, состоявшемся 4 декабря в Актовом зале музея истории Казанского университета, А.Старобинский был удостоен звания «Почетный доктор Казанского университета». Ректор КФУ И.Гафуров вручил ему в торжественной обстановке знаки отличия – академическую шапочку и мантию. При этом он подчеркнул важность сотрудничества А.Старобинского с КФУ: уже полгода академик является научным руководителем ряда проектов в приоритетном направлении «Инфокоммуникационные и космические технологии».
В ответном слове знаменитый ученый с мировым именем искренне поблагодарил руководство КФУ, отметив: «Люди, удостоенные звания «Почетный доктор Казанского университета» - действительно знаменитые ученые с уникальным интеллектом и обширными познаниями. То, что мое имя отныне стоит в одном ряду с их именами – большая честь для меня!»
Затем, согласно устоявшейся традиции, академик прочел лекцию «Открытие новой исторической стадии эволюции Вселенной в далеком прошлом». В ней он рассказал о своих работах конца 70-х – начала 80-х гг., положивших начало космологической теории де-ситтеровской (инфляционной) стадии раннего расширения Вселенной.
Ее А.Старобинский назвал в честь голландского астронома Виллема де Ситтера (1872-1934), наряду с А.Эйнштейном, применившего теорию относительности к космологии, предсказав возможность быстрых движений космических объектов. Это стало отправной точкой для теории расширяющейся Вселенной.
Существовавшая ранее модель горячей Вселенной предполагала очень высокую степень однородности и изотропности Вселенной. Ее недостатком были крайне высокие требования к однородности и изотропности начального состояния. Инфляционная же модель предполагает ускоренное расширение вещества на ранней стадии Большого взрыва (при температуре выше 1028 К).
Академик рассказал, как шел к этому результату. Он провел 1-й расчет спектра генерируемых на инфляционной стадии гравитационных волн, создал 1-ю последовательную модель инфляции, а также 1-й количественно правильный расчет спектра возмущений плотности материи. Одновременно со А.Старобинским такие расчеты сделали легендарный британский физик Стивен Хокинг и американский физик Алан Харви Гут. Но работали они независимо друг от друга.
При этом выводы, сделанные А.Старобинским - не гипотеза. Длительные наблюдения сверхновых звезд типа I-a, проведенные в рамках Supernova Cosmology Project, показали, что постоянная Хаббла (связывающая расстояние до внегалактического объекта со скоростью его удаления) меняется со временем, что подтверждает инфляционный характер расширения Вселенной на современном этапе. А вот вызывающий это явление фактор, названный «Темной энергией» - пока загадка.
Еще до заседания Ученого совета А.Старобинский, несмотря на занятость, дал небольшое интервью нашей газете. Но, прежде, чем перейти к нему, нужно коротко рассказать об этом знаменитом ученом.
Алексей Александрович Старобинский
Известнейший физик-теоретик, в свое время рассчитавший, совместно со своим научным руководителем Яковом Зельдовичем, число частиц и среднее значение тензора энергии-импульса квантовых полей в однородной анизотропной космологической модели.
Авторитет А.Старобинского в научном мире очень высок: он состоит в редколлегиях многих известных научных журналов, а также обладает большим числом серьезных научных премий: им. А.А.Фридмана РАН, Томалла (Швейцария), Грубера в области космологии и др. Кроме того, ученый награжден медалью О.Клейна Шведской королевской академии наук и медалью Амальди Итальянского гравитационного общества.
Интереснейший факт из жизни А.Старобинского рассказал нашей газете академик АН РТ Наиль Сахибуллин: «Мне рассказал об этом академик РАН Рашид Сюняев. В возрасте 27 или 28 лет А.Старобинский успешно защитил кандидатскую диссертацию по космологическим проблемам, а также написал несколько статей на эту же тему. Все это обнаруживало колоссальный интеллектуальный потенциал молодого ученого и содержало настолько блестящие решения некоторых научных задач, что советские ученые решили принять А.Старобинского в число действительных академиков АН СССР.
Но этому мешали два обстоятельства: во-первых, он еще не защитил докторскую диссертацию, без которой попасть в АН невозможно. Во-вторых, прежде, чем стать академиком, ученый становится членом-корреспондентом АН. Второй вопрос удалось решить быстро – ученые ходатайствовали перед тогдашним президентом АН СССР Анатолием Александровым. Он, будучи сам физиком, понял важность трудов А.Старобинского и дал «зеленый свет».
Что же касается первой проблемы… А.Старобинский живет одной наукой. Все степени и должности не играют роли в его жизни. Ему предложили быстро написать и защитить докторскую диссертацию – отказался из-за занятости исследованиями. Предложили переделать кандидатскую на докторскую (такое иногда допускается) – опять отказ по той же причине. Что тут поделать? Пришлось ученым создать прецедент, в порядке исключения сделав А.Старобинского академиком АН СССР».
А совсем недавно А.Старобинский, вместе с А.Х.Гутом и профессором физики Стэнфордского университета (США) Андреем Линде был удостоен Премии Кавли (Kavli Prize) в области астрофизики. Разговор с академиком мы начали именно с этого.
- Андрей Александрович, что такое премия Кавли и за какие достижения она присуждается?
- Она учреждена в 2007 г. норвежским филантропом Фредом Кавли. Соучредителями выступили Норвежская академия наук и министерство образования и науки Норвегии. Премия вручается раз в 2 года за выдающиеся достижения в астрофизике, нанотехнологиях и неврологии.
Сам Ф.Кавли объясняет этот выбор так: «Я решил поддержать 3 области науки, одна из которых занимается самым большим, 2-я - самым маленьким, а 3-я - самым сложным». Он позиционирует премию как альтернативу Нобелевской, которую считает консервативной. Размер премии - 1000000 долларов в каждой научной области. Кроме того, лауреатам вручаются золотые медали и дипломы.
- А за какие достижения ее Вам вручили?
- За мои работы по созданию теории де-ситтеровской стадии раннего расширения Вселенной. Формулировка была такая: «За пионерские работы в теории космической инфляции».
- Спасибо, а теперь главный вопрос. Не так давно астрофизик из Университета Северной Каролины (США) Лаура Марсини-Хоутон сделала сенсационное заявление о том, что она математически доказала: астрофизических объектов «черные дыры» в природе нет и быть не может. Ваше мнение по этому поводу?
- Я давно знаком с Л.Марсини-Хоутон и осведомлен об этой работе. Давайте сначала определимся, что такое черные дыры. Это сверхмассивные релятивистские объекты, ни излучающие свой, ни отражающие чужой свет. Из-за этого, в частности, определять их наличие можно только косвенными методами. Поэтому эти объекты формально считаются гипотетическими, хотя их существование не вызывает сомнений у большинства астрономов: существование черных дыр имеется во множестве астрофизических теорий, описывающих эволюцию галактик, звезд, квазаров.
- Какими же способами можно определить их существование? И вообще, хотелось бы узнать от Вас побольше об этих интересных объектах.
- В нем ученых убеждает быстрое вращение звезд рядом с центрами галактик, а также линзирование (отклонение) световых лучей, наблюдаемое неподалеку от них. Эти явления возникают из-за колоссальной гравитации, присущей черным дырам. Основная же характеристика, определяющая черные дыры - размер их горизонта событий. Это воображаемая поверхность, попав за которую ни тело, ни информация не могут вернуться. Кстати, отмечу, что черные дыры бывают 2-х типов: звездных масс и сверхмассивные, в миллиарды раз тяжелее Солнца.
Первые образуются при коллапсе звезд, когда они, раздувшись, сбрасывают внешние слои и коллапсируют внутрь под действием собственной гравитации. То же самое будет, если Землю сжать до размеров грецкого ореха: ее плотность возрастет так, что ничто не покинет ее поверхность, даже со сверхсветовой скоростью. А происхождение сверхмассивных черных дыр до сих пор вызывает споры. Наиболее распространенные версии: формирование в сгустках «темной материи» одновременно со Вселенной или же в результате коллапса больших газовых облаков.
Да, черные дыры чрезвычайно интересны противопоставлением фундаментальных физических теорий: эйнштейновской теории гравитации (доказывающую возможность их существования!) и квантовой теории, согласно которой никакая информация во Вселенной никуда не исчезает.
- И в то же время Л.Марсини-Хоутон утверждает, что черных дыр нет. Чем она это обосновывает?
- Дело в том, что косвенное отношение к ее утверждению имею я. В 1973 г. в Москву ненадолго прилетал великий британский физик Стивен Хокинг. Он встретился с советскими учеными, в частности, с моим научным руководителем Яковом Борисовичем Зельдовичем и со мной. Мы представили гостю наши выводы о том, что вращающиеся черные дыры порождают и излучают частицы в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики, и сумели их доказать.
Вообще, квантовая теория утверждает, что в физическом вакууме постоянно рождаются пары частица-античастица. Появление этих пар у горизонта событий черной дыры допускает возможность, что одна частица будет ей притянута, а другая - нет. Соответственно, улетающие частицы будут уносить некую толику массы черной дыры.
Примерно через год после этой встречи С.Хокинг выдвинул на основании квантовой теории и наших утверждений свою теорию излучения Хокинга. Она гласит, что черные дыры испускают элементарные частицы, преимущественно фотоны, за счет чего их масса уменьшается.
Так вот, Л.Марсини-Хоутон математически рассчитала процесс коллапса массивных звезд и сделала парадоксальный вывод: при коллапсе звезды возникает излучение Хокинга, заставляющее звезду так быстро терять массу, что плотность ее внутренней области перестает увеличиваться. Соответственно, черная дыра не образуется.
- Тогда что же там образуется?
- Это могут показать только длительные и тщательные наблюдения. Вообще, взрывы массивных звезд уже не раз наблюдались, например, в 1987 году была ярчайшая вспышка сверхновой SN 1987A.
- И что же появилось на ее месте?
- Пока на ее месте не обнаружено ни черной дыры, ни нейтронной звезды. Но ведь процесс их образования занимает гораздо больше времени, чем 37 лет! Поживем - увидим.
- Алексей Александрович, так права Л.Марсини-Хоутон, или нет?
- Вообще, она, в первую очередь, старается доказать отсутствие горизонта событий, причем, делает это исключительно математическим путем, полностью исключив квантовую физику. А без нее всякое исследование черных дыр будет неверным.
Кроме того, в ее выводах совершенно не учитываются процессы, происходящие в аккреционных дисках черных дыр. Аккреционные диски имеются вокруг звезд: обычных и нейтронных, сверхновых и гиперновых. По ним можно определить, что происходит, например, при слиянии нейтронных и коллапсе ядер сверхновых и гиперновых звезд (который и изучала Л.Марсини-Хоутон).
При сжатии звездного вещества из-за трения дифференциально вращающихся слоев происходит выделение тепла. В результате аккреционный диск нагревается и начинает испускать излучение. Если оно, например, в инфракрасном диапазоне, то перед нами – протозвезда, а если наблюдается излучение в рентгеновском диапазоне – поздравляю, мы любуемся черной дырой.
Кроме того, учеными из разных стран уже измерены массы и даны ограничения на размеры 23 звездных черных дыр. А количество сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик уже исчисляется тысячами. Что же, ученые изучали пустое место? Исходя из всего вышесказанного, можно сделать однозначный вывод - математическая модель, созданная Л.Марсини-Хоутон, никакого отношения к реальности не имеет.
- Большое спасибо, Алексей Александрович! Значит, астрофизикам и космологам не нужно беспокоиться об отсутствии столь интересных объектов изучения?
- Разумеется. Я уверен, что изучение черных дыр принесет еще немало открытий. Не нужно только делать скоропалительных выводов, используя ограниченный исследовательский инструментарий!
Алексей Леонтьев
P.S. Космос – это бесконечная ядерная война.
Да, основная часть нашей Вселенной – пустое межзвездное пространство. Но оно не мертво – космические объекты ведут свою, порой невероятно активную жизнь. Причем, их борьба за выживание иногда представляет собой такой апокалипсис, что атомная бомбардировка Хиросимы и Нагасаки по сравнению с ним – бесконечно малая величина. Доказательство этому – следующие новости с научного фронта:
Российские ученые из Института космоса МФТИ и РАН обнаружили и зафиксировали практически одновременное поглощение 3 звезд сверхмассивной черной дырой. Звездам «повезло» в какой-то момент времени оказаться недалеко от нее и попасть в ее чудовищное гравитационное поле.
«Обед» черной дыры сопровождался вспышками рентгеновского излучения колоссальной мощности и представлял собой необычайно красивое зрелище. Кстати, известно, что посредине Млечного пути имеется сверхмассивная черная дыра. Интересно, какой у нее аппетит?
А несколько ученых из разных стран почти одновременно обнаружили 2 черные дыры, связанные между собой общим центром масс. Они расположены в нескольких миллиардах световых лет от нас. Каждая из них обладает большей массой, чем вся Солнечная система.
Ученые предполагают, что эти черные дыры начали активное слияние. Через какое-то время из них получится одна сверхмассивная черная дыра невероятной плотности, а в момент ее рождения произойдет такая вспышка рентгеновского излучения, какая не всегда бывает при столкновении галактик.
Василий
16.12.14, 00:50
-1
|
Хорошая статья, спасибо! |
Rhea
13.12.14, 09:01
+2
-1
|
Интересная статья! Про космос всегда интересно. |
Alekc
12.12.14, 13:03
+1
-4
|
Так как рождалась вселенная? Статья не дает ответа. |