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
Шоураннеры «Фишера»: Человек любит смотреть в кино на что-то ужасное Шоураннеры «Фишера»: Человек любит смотреть в кино на что-то ужасное

Создатели «Фишера» — о том, как луна-парк стал главным референсом мира сериала

Ведомости
Африка и африканцы во времена колоний Африка и африканцы во времена колоний

Как происходила колонизация Африки и к чему она привела

Знание – сила
Почему машина заводится и глохнет и что с этим делать Почему машина заводится и глохнет и что с этим делать

Что делать, если машина глохнет: причины, диагностика, куда смотреть

РБК
Чайная дорога России Чайная дорога России

Где проходил когда-то Великий чайный путь и шли караваны лошадей и верблюдов

Знание – сила
Как мужчины разрушают нашу самооценку: что делать и как дать отпор Как мужчины разрушают нашу самооценку: что делать и как дать отпор

Как неосторожные слова и поступки мужчин могут подрывать нашу самооценку

VOICE
TESS отыскал экзогиганта у очень маломассивной звезды TESS отыскал экзогиганта у очень маломассивной звезды

TESS вновь обнаружил экзогиганта у маломассивной звезды

N+1
Активный сезон Активный сезон

Самые классные и полезные летние развлечения

Лиза
Белеет парус на болоте Белеет парус на болоте

Чем так уникален нерукотворный природный парус — белокрыльник болотный?

Наука и жизнь
Жаркое лето в Сибири Жаркое лето в Сибири

Природный отдых у города: почему стоит поехать в Новосибирск летом

Отдых в России
Самоубийство семьи бургомистра Самоубийство семьи бургомистра

«Кризис закончен. Орудия затихли. Кто знал, как нам стоит поступить?»

Дилетант
Компьютерное зрение: когда роботы перестали тыкать пальцем в небо? Компьютерное зрение: когда роботы перестали тыкать пальцем в небо?

Зачем нужно компьютерное зрение и какие задачи оно решает в разных сферах

Наука и техника
На аллеях Аполлона На аллеях Аполлона

Остафьево: образ места, где всё буквально дышит поэзией

Знание – сила
Любовь к животным и санкции Любовь к животным и санкции

Почему рынок кормов — перспективное направление для инвестиций

Агроинвестор
Утерянный 5000 лет назад: ученые воскресили древнейший в мире синтетический краситель. Зачем он нужен? Утерянный 5000 лет назад: ученые воскресили древнейший в мире синтетический краситель. Зачем он нужен?

Откуда взялся яркий, насыщенный синий цвет в Древнем Египте

Inc.
Есть на что строить Есть на что строить

Зачем создавать отдельный механизм финансирования — инфраструктурные облигации?

Монокль
HDD и SSD накопители — в чем разница и стоит ли переплачивать? HDD и SSD накопители — в чем разница и стоит ли переплачивать?

HDD и SSD: надежный винтаж против скорости света и цены космоса

ТехИнсайдер
Потепление не смогло заменить диатомовые водоросли динофлагеллятами Потепление не смогло заменить диатомовые водоросли динофлагеллятами

Почему динофлагелляты они не стали преобладать над диатомовыми водорослями

N+1
Ядерный зонтик Франции никого не спасет Ядерный зонтик Франции никого не спасет

Из каких компонентов складывается французский ядерный потенциал

Монокль
Анекдотные коменданты Анекдотные коменданты

Генералы Башуцкий и Мартынов прославились как коллективный персонаж анекдотов

Дилетант
Три бизнес-ошибки основателя сервиса доставки «Ниндзя Гудс» Три бизнес-ошибки основателя сервиса доставки «Ниндзя Гудс»

Основатель «Ниндзя Гудс» — про ошибки, которые могли погубить его стартап

Inc.
6 бытовых привычек, из-за которых в доме плохо пахнет 6 бытовых привычек, из-за которых в доме плохо пахнет

Некоторые из этих вещей вы совершаете ежедневно, а они влияют на запах в доме

ТехИнсайдер
Композиты в судостроении Композиты в судостроении

Что же такое композиционные материалы (композиты)?

Наука и техника
Экологическая модернизация Экологическая модернизация

Как разные страны переосмысливают управление органическими отходами

Агроинвестор
Тихая гавань русских литераторов Тихая гавань русских литераторов

Усадьбе Остафьево повезло, в ее облике с давних времен мало что менялось

Знание – сила
Удивительный трубкозуб Удивительный трубкозуб

Ожившей химерой с прошедших веков трубкозуба, шутя, обзывают

Знание – сила
Хитовая история Хитовая история

Факты о песнях, которые в свое время возглавляли всевозможные чарты

ЖАРА Magazine
Убери камеру! Убери камеру!

Как провести фото- и видеосъемку в общественном месте и избежать неприятностей

Лиза
Ну и дела… Ну и дела…

Считается, что нашумевшее в свое время «рыбное дело» началось с казуса...

Дилетант
Самое древнее чувство Самое древнее чувство

Как у животных представлено чувства обоняния и вкуса

Наука и жизнь
Открыть в приложении