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

Тимур и его столица Тимур и его столица

Как Тимур стал эффективным сити-менеджером

Вокруг света
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Миры робинзонады Миры робинзонады

Авторы романов-робинзонад отправляли своих героев на уже известные острова

Вокруг света
Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое» Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое»

Актриса Мария Мацель — о том, как снимаются фильмы-сны

Ведомости
Предатели Предатели

В истории каждого народа есть не только свои герои, но и антигерои

Дилетант
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
Мертвые дети, неравенство и травмы Мертвые дети, неравенство и травмы

Настоящий мир вымышленного Питера Пэна

Weekend
Патриотизм «подлинный» и «показной» Патриотизм «подлинный» и «показной»

Некогда мы гордились тем, что считали себя самой читающей страной

Дилетант
Зарплатно-гендерный вопрос Зарплатно-гендерный вопрос

Удовлетворенность размером зарплаты среди мужчин и женщин практически сравнялась

Ведомости
Дворянская честь и закон. Отрывок из книги «Когда велит совесть» Дворянская честь и закон. Отрывок из книги «Когда велит совесть»

Что предшествовало судебной реформе 1864 года

СНОБ
Обманный маневр Обманный маневр

«Ведомости. Спорт» вспоминает громкие случаи мошенничества в мировом спорте

Ведомости
Мечты вредят вашему здоровью Мечты вредят вашему здоровью

Говорят, мечтать не вредно. А что, если наоборот?

СНОБ
2 простых стратегии, чтобы улучшить отношения с коллегами 2 простых стратегии, чтобы улучшить отношения с коллегами

Как начать развивать свою социальную адаптивность в разговорах с коллегами?

Inc.
Как психологическое состояние влияет на сексуальную жизнь Как психологическое состояние влияет на сексуальную жизнь

Половая жизнь — это не только физиология, но и сложный эмоциональный процесс

Правила жизни
Как понять, если ли паразиты в организме: основные симптомы и признаки заражения Как понять, если ли паразиты в организме: основные симптомы и признаки заражения

Как обнаружить гельминтов и избавиться от них

Inc.
Полярный бизнес-круг Полярный бизнес-круг

Российские компании против таяния мерзлоты: как бизнес адаптируется к угрозам

Ведомости
В барокко с головой В барокко с головой

Поиски главного героя в прошлом и настоящем

Weekend
Россияне распробовали фитнес-нагрузку Россияне распробовали фитнес-нагрузку

Как трансформировалась фитнес-индустрия в России?

Монокль
Из чего выгоднее всего делать самогон? Из чего выгоднее всего делать самогон?

Разбираем экономику домашней дистилляции

Maxim
8 ошибок, которые все совершают, когда готовят салат с тунцом 8 ошибок, которые все совершают, когда готовят салат с тунцом

Не любишь салат с тунцом? А ты точно правильно его готовишь?

VOICE
Умереть по-христиански Умереть по-христиански

«Мы насилу довели его до смерти христианской»

Дилетант
ИИ в законе ИИ в законе

В каком правовом регулировании нуждается применение ИИ?

Ведомости
Осторожно, опасные продукты: что можно, а что нельзя класть в кошачью миску Осторожно, опасные продукты: что можно, а что нельзя класть в кошачью миску

Какие продукты нужны кошкам и почему лакомства стоит строго дозировать

СНОБ
Юани и авось Юани и авось

Почему китайская валюта не заменила американскую на российском рынке

Деньги
Денис Власенко. Наш киношный Сигма-Бой Денис Власенко. Наш киношный Сигма-Бой

Денис Власенко уверен — творчество должно рождаться из счастья, а не из горя

Караван историй
Хаотичный человек, стремящийся к системе Хаотичный человек, стремящийся к системе

Роман Евдокимов не из тех, кто бросает слова на ветер

OK!
Не за что судить Не за что судить

Тайны советского туризма 70-х: почему некоторые не возвращались из походов?

Дилетант
Передел Европы Передел Европы

Демонстрации неколебимого единства и согласия в Потсдаме явно не получилось

Дилетант
Вяление Вяление

Вяление и его производные дают интересные и порой неожиданные результаты

Bones
Связь поколений Связь поколений

Даже если дети не сразу готовы стать вашими преемниками, они всегда рядом

Bones
Открыть в приложении