О вкладе отечественных ученых в фундамент и развитие современной космологии

Знание – силаНаука

Современная космология − точная наука

Беседовал Игорь Харичев

Окончание, начало в «З-С», № 2/2024.

Мы продолжаем разговор о вкладе отечественных ученых в фундамент и развитие современной космологии. Наш собеседник – Игорь Иванович Ткачев, астрофизик, космолог и специалист в области физики элементарных частиц, академик РАН, доктор физико-математических наук, заведующий отделом экспериментальной физики Института ядерных исследований РАН.

«Знание – сила»: Игорь Иванович, вы рассказали о существенном вкладе советских и российских ученых в фундамент современной космологии. Каков был вклад отечественной науки в космологию в экспериментальной части?

Игорь Ткачев: Были успехи и в экспериментальной части. Ключевой момент – нужно было открыть флуктуации микроволнового излучения. Это понимал Зельдович. Мы первые полетели в космос и, естественно, хотелось добиться первенства в изучении научных проблем, связанных с космосом. Сразу после открытия реликтового излучения началось его изучение. Спектр ожидался как у абсолютно черного тела, но необходимо было доказательство. Здесь также возможны очень важные поправки, в первую очередь эффект Сюняева-Зельдовича, предсказанный в 1969 году Р. А. Сюняевым и Я. Б. Зельдовичем (о нем позже). Но, главная задача – поиск анизотропии1. Такие исследования с поверхности Земли были бесперспективны, и первые исследования велись с высотных аэростатов и самолетов. Затем стало понятно, что для решения этих задач совершенно необходим выход в космос. И здесь мы стали первыми. В 1983 году по инициативе Н. С. Кардашева и при поддержке Я. Б. Зельдовича на борту спутника «Прогноз-9» был запущен эксперимент «Реликт-1», его руководителем стал И. А. Струков.

1. Анизотропия в реликтовом излучении – небольшие неоднородности в его температуре в разных направлениях, называемые также  флуктуациями микроволнового излучения.

Рашид Алиевич Сюняев

Соответственно, первые серьезные и важные ограничения на анизотропию были получены нами. Американцы запустили свой аппарат, COBE (COsmic Background Explorer), лишь шесть лет спустя. У него уже была лучше чувствительность и измерения проводились на нескольких частотах, но у «Реликта-1» было лучше угловое разрешение и орбита с апогеем далеко за орбитой Луны. К сожалению, нам не хватало вычислительных мощностей для последующей обработки данных, и работы проводились небольшим коллективом (в отличие от американцев), в который еще входили А. А. Брюханов, М. В. Сажин и Д. П. Скулачев. В результате окончательные результаты «Реликта-1» были объявлены в январе 1992-го. Главное, было объявлено об открытии анизотропии, правда, измерен был только квадруполь. Его значение было правильным в пределах ошибок. Американцы о своем открытии анизотропии объявили позже, в апреле 1992 года. Помимо квадруполя, они зарегистрировали анизотропию и на более мелких угловых масштабах, вплоть до двадцатой гармоники (сегодня спектр известен вплоть до мультипольных моментов в несколько тысяч, где и содержится вся космологическая информация, начиная от мультиполей в несколько десятков). Для достоверности важно, что COBE подтвердил чернотельный характер излучения и измерил анизотропию на нескольких радиочастотах. Нобелевскую премию в 2006-м получили Дж. Мазер и Дж. Смут. В интервью сразу после получения премии Мазер так сказал про Реликт-1: «Они получили много ценных результатов, но наши все же оказались лучше». А уже готовый «Реликт-2» и планировавшийся «Реликт-3» не полетели. Время для нашей науки такое было. Бывший директор ИКИ, академик Роальд Зиннурович Сагдеев сказал: «Я уверен, что если бы «Реликт-2» состоялся, то сегодня мы бы имели в новой нобелевской команде еще и третьего лауреата, Игоря Струкова».

Михаил Васильевич Сажин

«ЗС»: На данный момент уже составлена карта всего неба, отражаю щая флуктуации в конкретных местах?

И. Т.: Ну карта всего неба сразу была, но с плохим разрешением, совершенно недостаточным для космологических задач. Это кардинально улучшилось в последующих экспериментах, американском эксперименте WMAP, европейском Planck. Эксперименты и на поверхности Земли появились, на Южном полюсе и высоко в горах, для изучения самых маленьких угловых масштабов и поляризации реликтового излучения. Все это стало главным и самым точным инструментом космологии. А теоретические основы были заложены в пионерских работах Я. Б. Зельдовича, Р. А. Сюняева и А. Г. Дорошкевича.

Теперь об эффекте Сюняева-Зельдовича. Он состоит в следующем. Когда фотон микроволнового излучения пролетает через горячий газ в скоплении галактик, он приобретает энергию. В результате микроволновое излучение в направлениях на скопления становится ярче на высоких частотах и более тусклым на низких частотах. Горячие и холодные пятнышки появляются в микроволновом излучении и как следствие обычной первичной анизотропии, о которой мы говорили выше. Но там это происходит синхронно на всех частотах, спектр остается планковским, чернотельным. А в эффекте Сюняева-Зельдовича не так, что является однозначной его сигнатурой. По характеру искажения спектра можно найти даже очень далекие скопления и определить их параметры. И не только – с помощью это го эффекта возможно изучение крупномасштабной структуры Вселенной, природы реликтового излучения, космологических параметров, таких как константа Хаббла. Сегодня все, и наземные и орбитальные обсерватории, обрабатывают данные и составляют каталоги, используя этот эффект.

«ЗС»: Похоже, еще один случай, когда заслуженная Нобелевская премия по ка не досталась. У Зельдовича были еще сподвижники?

И. Т.: Конечно, целая научная школа. Обо всех и не расскажешь, но сейчас хочу вернуться к Михаилу Сажину 2, который умер в прошлом году. Кстати, он также внес очень важный теоретический вклад в космологию. Одно из важных космологических открытий – это экспериментальная регистрация гравитационных волн, за что дали Нобелевскую премию в 2017 году. Активный их поиск начался более пятидесяти лет назад и у нас в стране В. Б. Брагинским в Московском университете. Сначала это были твердотельные резонаторы, болванки, детекторы, предложенные пионером в этой области Джозефом Вебером.

«ЗС»: Те эксперименты показали, что нужная чувствительность не обеспечивается?

И. Т.: Да, и когда их потенциал исчерпался, стало ясно, что нужно переходить к лазерным интерферометрам, и именно на такой установке гравитационные волны и были открыты. А идея использовать лазерные интерферометры для их поиска впервые была предложена советскими физиками М. Е. Герценштейном и В. А. Пустовойтом в 1962 году, еще до опытов Вебера.

Открытие было сделано международной коллаборацией LIGO в 2015 году, которая использовала два удаленных интерферометра с плечами по 4 км. А регистрируется смещение зеркал порядка тысячных долей от размера атомного ядра! Такое кажется совершенно невероятным, но это научный факт. Как минимум два интерферометра необходимы, чтобы удалить шумы методом совпадений. В составе коллаборации работают и две научные группы из России: сотрудники физфака МГУ и нижегородского Института прикладной физики РАН. В частности, нижегородская группа создала уникальные ключевые элементы системы – изоляторы Фарадея, которые пропускают мощное излучение от лазера к интерферометру и не пропускают его обратно.

Проект LIGO. Ведется наблюдение за гравитационными волнами

Недавнее открытие LIGO сегодня уже рутина, возникло новое направление в науке, гравитационно-волновая астрономия. К LIGO подключились VIRGO в Европе и KAGRA в Японии. Регистрируется практически событие в день. В основном это волны, всплески, от слияния черных дыр звездной массы. Частота таких волн сотни герц, и наземные интерферометры работают как раз в этом диапазоне, что определяется их размерами. У сигнала специфический спектр. Изучая его, мы находим, какие массы были как у исходных черных дыр, так и у той, которая возникла, и с какой скоростью они вращались. Это все вытекает из полученных данных и подтверждает общую теорию относительности Эйнштейна, которая их предсказала, отклонений не видно. Гравитационные волны – то открытие, к которому ученые шли 100 лет. Про бозон Хиггса тоже знали, что он должен быть, и чтобы его найти, потребовалось 50 лет.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

По следам Америго Веспуччи По следам Америго Веспуччи

Своим капризом судьба обессмертила путешественника Америго Веспуччи

Знание – сила
В Белизе обнаружили гробницу майяского правителя В Белизе обнаружили гробницу майяского правителя

Что археологи обнаружили в царском захоронении древних майя

N+1
Польша между двух рек и трёх спичек Польша между двух рек и трёх спичек

Как Большая тройка определяла границы, статус и политическое устройство Польши

Дилетант
Что такое калланетика и помогает ли она похудеть: 9 упражнений Что такое калланетика и помогает ли она похудеть: 9 упражнений

Эффективный комплекс упражнений для укрепления мышц, которые можно делать дома

РБК
Расовая теория: цвет кожи и свет разума Расовая теория: цвет кожи и свет разума

О теории вырождения (дегенерации), расовой теории («научном расизме») и евгенике

Знание – сила
Камерно и точечно Камерно и точечно

Софья Синицына и ее год положительной трансформации

OK!
В России художник — пророк В России художник — пророк

Что и как видит художник и зачем вообще нужны искусствоведы

Монокль
Тело, страхи и перверсии: Дэвид Кроненберг в пяти фильмах Тело, страхи и перверсии: Дэвид Кроненберг в пяти фильмах

Работы, которые помогут лучше понять Дэвида Кроненберга

Правила жизни
Андрей Борисов: Театр – это эссенция жизни, субстрат смыслов Андрей Борисов: Театр – это эссенция жизни, субстрат смыслов

Гендиректор МАМТа — о миссии театра, лидерстве и ценностях для нового поколения

Ведомости
Погружной или стационарный блендер: какой выбрать Погружной или стационарный блендер: какой выбрать

Сравниваем плюсы и минусы погружного и стационарного блендера

CHIP
Добро пожаловать на борт! Добро пожаловать на борт!

О чем нужно помнить, собираясь в аэропорт

Лиза
Все не просто так: почему теннисный мяч ярко-желтого цвета? Все не просто так: почему теннисный мяч ярко-желтого цвета?

Почему в итоге ярко-желтый окрас стал «официальным» для теннисного мяча?

ТехИнсайдер
Круизы: новая глава Круизы: новая глава

Rei — проект 196‑метровой круизной яхты от конгломерата Viken Group

Y Magazine
Команда спасателей Команда спасателей

Справляемся с отпускными кризисными бьюти-ситуациями

Moodboard
Глаз-синхротрон Глаз-синхротрон

О том, как научить искусственный интеллект понимать, а не угадывать химию

Наука и жизнь
У Татьяны Замировской вышла книга «Свечи апокалипсиса». MAXIM публикует эксклюзивный отрывок У Татьяны Замировской вышла книга «Свечи апокалипсиса». MAXIM публикует эксклюзивный отрывок

Книга про самый дорогогой свечной бутик в Нью-Йорке основана на реальном опыте

Maxim
Газ, вода и стальные трубы Газ, вода и стальные трубы

Как российский рынок выпуска ТБД исчерпал текущий потенциал

Монокль
Поверив Гомеру… Поверив Гомеру…

Действительно ли Троя — это тот город, о котором идёт речь в «Илиаде»?

Дилетант
В такси на Дубровку В такси на Дубровку

Ищешь живописное место для фотосессии? Советские фильмы знают ответ!

Лиза
Про пропан Про пропан

Если газ сжиженный, то он всё-таки ещё газ или уже жидкость?

Наука и жизнь
В центре нашей Галактики обнаружены загадочные обьекты. Они могут раскрыть главную тайну Вселенной В центре нашей Галактики обнаружены загадочные обьекты. Они могут раскрыть главную тайну Вселенной

Новый способ пролить свет на загадку темной материи

Inc.
В палеолитическом пещерном святилище впервые нашли голубые краски В палеолитическом пещерном святилище впервые нашли голубые краски

Люди эпохи верхнего палеолита пользовались красками голубых оттенков

N+1
Холсты за миллионы долларов: самые дорогие картины отечественных художников Холсты за миллионы долларов: самые дорогие картины отечественных художников

О самых дорогих картинах, вышедших из под кистей российских мэтров живописи

ТехИнсайдер
Олег Нестеров — об Александре Кнайфеле и пределах невозможного Олег Нестеров — об Александре Кнайфеле и пределах невозможного

Музыкант Олег Нестеров — о музыке, которую сегодня стоит услышать каждому

РБК
Алексей Сазанов: Ожидания от налоговых новаций в целом оправдались Алексей Сазанов: Ожидания от налоговых новаций в целом оправдались

Замминистра финансов Алексей Сазанов — о налоговых реформах и их результатах

Ведомости
Астероидные кольца, сила гравитации и сжатие звездного облака: откуда взялась Луна Астероидные кольца, сила гравитации и сжатие звездного облака: откуда взялась Луна

Почему ни одна из гипотез не может объяснить, как на самом деле «родилась» Луна

Maxim
Оригами-робота научили прижимать ноги и ходить по-крабьи Оригами-робота научили прижимать ноги и ходить по-крабьи

Инженер из Германии разработал четвероногого оригами-робота Fold Walker

N+1
Откуда к нам прилетела межзвездная комета? Астрономы впервые отследили ее путь Откуда к нам прилетела межзвездная комета? Астрономы впервые отследили ее путь

Астрономам впервые удалось точно установить, откуда прибыл межзвездный гость

Inc.
Исследование: мозг пользователей TikTok работает иначе в рискованных ситуациях Исследование: мозг пользователей TikTok работает иначе в рискованных ситуациях

У пользователей TikTok и Reels возрастает склонность к импульсивным решениям

Inc.
Как вывести запах пота с одежды: 5 действенных методов Как вывести запах пота с одежды: 5 действенных методов

Чем можно убрать стойкий запах пота с одежды

ТехИнсайдер
Открыть в приложении