Interview met de auteur van 's werelds meest geciteerde artikel over theoretische astrofysica
Welke mysteries schuilen er in de moderne astrofysica, waarom humanitairen hogere wiskunde moeten studeren en hoe ze moderne schoolkinderen kunnen inspireren om astronomie te studeren, de wetenschappelijke afdeling van Gazeta. Ru werd verteld door de auteur van het meest geciteerde artikel ter wereld over theoretische astrofysica Nikolai Shakura - Sovjet- en Russische astrofysicus, doctor in de natuurkunde of Mathematical Sciences, hoofd van de afdeling Relativistische Astrofysica van de SAI MSU.
Nikolai Ivanovich, vorig jaar vierde je je 70e verjaardag. Maar laten we niet vergeten hoe u in 1973 samen met astrofysicus Rashid Sunyaev de theorie van accretieschijven ontwikkelde, die ten grondslag ligt aan de moderne theorie van röntgenbinaire bestanden, een van de meest geciteerde (meer dan 7.000 referenties) artikelen over astrofysica in de geschiedenis. Vertel ons in woorden die begrijpelijk zijn voor een persoon zonder astrofysische opleiding, wat is de essentie van de theorie van accretieschijven?
- Het woord "aanwas" hoorde ik voor het eerst in het 4e jaar, toen ik het onderwerp van de term paper van Zeldovich nam. Het bleek dat aangroei slechts het vallen van materie op een ster is onder invloed van de zwaartekracht. Hoe zwaarder de ster, hoe sterker zijn aantrekkingskracht. En de aantrekkingskracht van zwarte gaten is zo groot dat zelfs een lichtstraal die door zo'n ster wordt uitgezonden, wordt teruggedraaid door de kracht van zijn aantrekkingskracht! En daarom kunnen we zo'n ster niet zien of observeren.
Maar juist het fenomeen van schijfaanwas stelt ons in staat iets te leren over deze ongebruikelijke sterrenobjecten. Feit is dat meer dan de helft van de sterren in het heelal niet eenzaam is, zoals onze zon, maar dubbel. En soms zelfs driedubbel! Ze draaien rond hun gemeenschappelijke zwaartepunt. Als in zo'n sterrenpaar een van de sterren een zwart gat blijkt te zijn, trekt het met zijn krachtige aantrekkingskracht aan de atmosfeer van zijn buurman. En aangezien beide sterren zowel om een gemeenschappelijk zwaartepunt als om hun eigen rotatie-as draaien, slingert deze stromende gasmassa zich rond het zwarte gat en vormt er een gasschijf omheen. De beweging van gas binnen deze schijf vindt plaats met enorme snelheden, wat leidt tot de botsing van gasdeeltjes. En bijgevolg tot sterke verwarming van het gas in de schijf.
Dit proces gaat gepaard met het vrijkomen van niet alleen warmte, maar ook van licht in zowel het optische als röntgenbereik.
We kunnen de gloeiende gasvormige schijf al waarnemen, omdat deze zich op enige afstand van het zwarte gat bevindt en de laatste de straling van de schijf niet kan opvangen. Door de straling van deze accretieschijf te observeren, kunnen we veel leren over het zwarte gat zelf en de fysische processen in de buurt, en kunnen we de massa van het zwarte gat, zijn rotatiesnelheid en nog veel meer berekenen.
Samen met Rashid Sunyaev (toen was hij, net als ik, een afgestudeerde student van Zeldovich, nu is Sunyaev een academicus) aan het begin van de jaren 70 van de vorige eeuw, hebben we eerst de mogelijke emissiespectra berekend op basis van zo'n aanwasschijf. Het bleek dat de meeste energie wordt uitgezonden in het röntgenbereik van het elektromagnetische spectrum. Vrijwel gelijktijdig werden de resultaten van onze berekeningen bevestigd door het observeren van de accretieschijven met instrumenten die op de Amerikaanse satelliet Uhuru waren geïnstalleerd.
Promotie video:
In 1963 ging je naar de natuurkunde-afdeling van de Moscow State University met een graad in astronomie. Je ouders waren echter niet verbonden met de exacte wetenschappen. Hoe kwam dan de beslissing om astrofysica te gaan studeren?
- Ja, mijn ouders waren niet direct verbonden met de exacte wetenschappen. Maar mijn vader was een frontsoldaat en een voormalig tanker. Hij was goed thuis in technologie en wij, zijn vier zonen, gaven interesse in technologie en exacte wetenschappen over.
Ook had ik geluk met de docenten. En hoewel ik niet in de hoofdstad studeerde, maar in de hogere klassen op mijn school (het was in Wit-Rusland, in het dorp Parichi, nabij Bobruisk), werd wiskunde gegeven door een geweldige leraar Alfred Viktorovich Baranovsky.
Niemand hoorde in die jaren van docenten, maar het niveau van lesgeven, zelfs op de dorpsschool, was zodanig dat degenen die hun opleiding wilden voortzetten, konden meedoen aan alle universiteiten - tot aan de Moscow State University.
Eens, toen ik nog een leerling was van de 11e klas, zag ik in de Bobruisk-boekhandel het boek van Yakov Borisovich Zeldovich "Hogere wiskunde voor beginners". Ik begon het met belangstelling te doorzoeken - ik wilde het gedeelte vinden waar wordt getoond hoe de maxima en minima van functies kunnen worden berekend. De leraar Alfred Viktorovich intrigeerde ons erg! Toen we op school geslaagd waren voor dit onderwerp, zei hij: "Maar door de methode van hogere wiskunde worden dergelijke berekeningen gemakkelijker en mooier gemaakt."
Toen kon ik me niet eens voorstellen dat academicus Zeldovich na slechts vier jaar mijn wetenschappelijk adviseur zou worden.
Je bent een erkende wereldautoriteit op het gebied van moderne theoretische astrofysica, je bent lid van de International Astronomical Union en de European Astronomical Society. Heb je ooit de wens gehad om Rusland te verlaten en je studie in astrofysica in het buitenland voort te zetten?
- Astronomie is een internationale wetenschap, ze is niet onderverdeeld in Duits, Engels en Frans. Het is niet zo belangrijk waar een astronoom werkt, het is belangrijk wat zijn resultaten zijn en wat zijn bijdrage is aan de algemene schat aan menselijke kennis over het heelal.
Ik ben theoreticus en voor werk heb ik mijn eigen hoofd nodig, een computer en toegang tot de nieuwste publicaties (die het internet vrij goed biedt). Daarom is het niet nodig om ergens heen te gaan. En trouwens, de laatste tijd is de internationale samenwerking tussen astrofysici goed ingeburgerd, we doen gezamenlijk werk, we komen vaak samen om wetenschappelijke problemen te bespreken.
Jarenlang heb je speciale cursussen gevolgd voor studenten van de afdeling Sterrenkunde van de afdeling Natuurkunde van de Staatsuniversiteit van Moskou, waarbij je samenwerkt met studenten en afgestudeerde studenten en kandidaten voor de wetenschap voorbereidt. Denk je dat het niveau van studenten recentelijk is afgenomen of gestegen? En waarom?
- Eerder was er een enorme wedstrijd voor natuurwetenschappelijke faculteiten aan de Staatsuniversiteit van Moskou - 8-10 personen per zetel. De selectie was de zwaarste, de sterkste binnengekomen. Maar in het kielzog van deze algemene mode voor natuurkunde kwamen veel goed opgeleide, maar tegelijkertijd onvoldoende gemotiveerde kinderen naar de universiteit. Veel van deze natuurkundigen gingen in de jaren negentig zaken doen.
Nu is de competitie kleiner geworden, maar echte amateurs van astronomie komen naar de universiteit. Geweldige en sterke studenten komen naar me toe om onderwerpen te volgen voor scripties en scripties!
Aan welke onderwerpen werk je momenteel?
Ik ben momenteel bezig met het onderzoeken van verschillende soorten complexe accretieschijven.
Wat is volgens u de toestand van de moderne astrofysica in ons land?
- De Russische astrofysica kampt nu met een aantal moeilijkheden. Vooral ons land heeft moeite om de wetenschap te financieren. Deze problemen hebben vooral invloed gehad op de observatie-astronomie: moderne telescopen zijn erg duur. Desalniettemin heeft de Staatsuniversiteit van Moskou onlangs een uitstekend observatorium met een moderne telescoop gebouwd nabij Kislovodsk. We hebben hoge verwachtingen van dit observatorium.
Goede resultaten worden verkregen door het automatische netwerk van kleine telescopen dat in ons land is ontwikkeld onder leiding van professor Vladimir Lipunov van de Universiteit van Moskou - het meestersysteem, met behulp waarvan men in vele delen van de wereld continu de lucht kan observeren. Dit systeem heeft trouwens al veel voorheen onbekende stellaire objecten onthuld.
Hoe uit te leggen aan een persoon ver van de wetenschap, wat is het nut van uitgeven aan astrofysisch onderzoek? Wat is de praktische betekenis van dergelijk onderzoek?
- Proberen verder te kijken dan de horizon is een zeer menselijke kwaliteit! Hoe zouden we anders verschillen van dieren? Investeringen in de ontwikkeling van ruimtesystemen leveren al zeer tastbare voordelen op voor de nationale economie. Ik heb het over het volgen van de beweging van atmosferische wervelingen, het vaststellen en beoordelen van gebieden met bosbranden vanuit de ruimte, het volgen en voorspellen van asteroïdengevaar. De lijst gaat verder.
Bovendien kan een land zonder ontwikkelde astronomie geen aanspraak maken op de rol van een grote wereldmacht - het zal gedoemd zijn te vertrouwen op de informatie van iemand anders, het zal geen prikkels hebben om zijn wetenschappelijke basis voor fundamentele wetenschap te ontwikkelen. Dit alles zal leiden tot een achteruitgang van de samenleving en het land, tot een achterstand op andere staten.
En astronomie is ook de meest filosofische wetenschap: we moeten ons voorstellen in welke wereld en in welk universum we leven.
De meeste moderne scholen hebben geen astronomie meer. Wat vind je hiervan? Hoe kan volgens jou een modern scholier worden geïnspireerd om astrofysica en astronomie te studeren?
“Zowel het onderwijs in astronomie op scholen als de kwaliteit van schoolboeken laten veel te wensen over. Het gebrek aan astronomie op scholen kan (en moet!) Worden gecompenseerd door een goede en systematische vertoning van populair-wetenschappelijke films en televisieprogramma's. Misschien heeft het zelfs een groter effect dan het bestuderen van een saai leerboek van saaie leraren.
Er is een reeks geweldige BBC-films over astronomie die je zou moeten kopen en vaker op televisie vertoond.
Het zou ook goed zijn om interactieve lesprogramma's over astronomie op internet te maken met de mogelijkheid om advies en antwoorden op vragen van gekwalificeerde astronomen-specialisten te krijgen.
Ik zou ook graag zien dat het land meer planetaria heeft - in ieder geval in elke regionale stad! En in de planetaria - thematische cirkels voor liefhebbers van astronomie.
Uiteraard moet ook op school een bepaald minimum aan astronomische kennis worden gegeven - misschien door een natuurkundig leerboek aan te vullen met hoofdstukken over de basisprincipes van de structuur van het heelal en ons zonnestelsel.
Wat zijn volgens u de belangrijkste mysteries van de moderne astrofysica? De aard van zwarte gaten, de vorming van exoplaneten?
- Een van de belangrijkste mysteries is donkere materie, die niet zichtbaar is, maar zich manifesteert in gravitatie-effecten. Zichtbare materie zijn zichtbare sterren, sterclusters, gasclusters, en dit is slechts 4% van de substantie van het heelal! Al het andere is mysterieuze donkere materie en even mysterieuze donkere energie. Hoe dan ook, de verkenning van ons zonnestelsel brengt voortdurend nieuwe verrassingen en nieuwe onverwachte ontdekkingen met zich mee. En geloof me, in het zonnestelsel zijn er nog veel onbekenden.
Tegenwoordig is er een enorme kloof tussen wetenschappers en de samenleving. Astrofysica is bijvoorbeeld een gebied waar de gemiddelde humanist bang voor is. Hoe kan deze kloof worden overbrugd en is het mogelijk in omstandigheden waarin zelfs natuurkundigen die op verschillende gebieden werken, het onderwerp van elkaars onderzoek niet altijd begrijpen?
De samenleving moet populaire wetenschappelijke films over astronomie kijken - dan wordt de kloof kleiner en verdwijnt de angst.
Wat betreft de enge specialisatie - het is onvermijdelijk, maar daarvoor wordt de universitaire basisopleiding gegeven - de basis die het gemakkelijk maakt om over te schakelen en gemakkelijk deel te nemen aan verschillende onderzoeksgebieden.
Dit is precies het voordeel van ons systeem om wetenschappelijk personeel op te leiden, dat in de jaren vijftig en zestig is ontstaan. In tegenstelling tot bijvoorbeeld het Amerikaanse, met zijn te vroege, eng gerichte specialisatie.
En voor de geesteswetenschappen zou het goed zijn om een verplichte minimumcursus hogere wiskunde in te voeren, want dit is een basiselement van de algemene cultuur - de cultuur van het denken! Er zullen minder problemen zijn met wederzijds begrip, er zal minder verdeeldheid zijn in de samenleving.
Onthoud dat Lev Nikolajevitsj Tolstoj, toen hij naar de faculteit geesteswetenschappen van de universiteit ging, het toelatingsexamen wiskunde behaalde. En hij kreeg een kaartje met Newton's binominale!
Ekaterina Shutova
