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

Немеркнущий свет Победы Немеркнущий свет Победы

Этот яркий, залитый радостью день наступил 9 мая!

Знание – сила
Нехимические зависимости: что это такое, как их распознать и победить Нехимические зависимости: что это такое, как их распознать и победить

Вы просыпаетесь и сразу тянетесь к телефону?

Maxim
Кунсткамера Кунсткамера

Самый маленький автомобиль в мире, ядовитый сад и запрещенное в США дерево

Наука и жизнь
Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком Крупным планом: что происходит с отечественным кинорынком

Какое кино сейчас интересно зрителям в России?

Inc.
Антигон Одноглазый Антигон Одноглазый

Антигон Одноглазый: великий полководец и дипломат, которого погубила алчность

Дилетант
Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ Академик Петр Чумаков: вирусы позволяют увидеть раковые клетки и сформировать иммунный ответ

Вирусы дают надежду в лечении самых злокачественных видов рака

Наука
От «коробочек» — к нелинейной архитектуре От «коробочек» — к нелинейной архитектуре

Как может выглядеть архитектура XXI века?

Монокль
Музыка — не в нотах Музыка — не в нотах

Что мы потеряли в музыке за последние сто лет, педантично следуя нотам?

СНОБ
Взять кредит и подумать Взять кредит и подумать

Банки будут выдавать кредиты от 50 000 рублей с «периодом охлаждения»

Ведомости
«Ревность о Севере: Прожектерское предпринимательство и изобретение Северного морского пути в Российской империи» «Ревность о Севере: Прожектерское предпринимательство и изобретение Северного морского пути в Российской империи»

Почему предпринимателей интересовала печорская древесина

N+1
Биология эльфов Биология эльфов

Чем эльфам пришлось бы «пожертвовать» в обмен на вечную жизнь?

Вокруг света
Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер Цветовые ошибки: как один оттенок способен испортить весь интерьер

Какие ошибки в выборе цвета стен способны испортить весь интерьер?

VOICE
Гений, садовник и киноман: 10 эпизодов из биографии Кодзимы Гений, садовник и киноман: 10 эпизодов из биографии Кодзимы

Что вы знаете о Хидео Кодзиме?

Правила жизни
Ксения Хаирова Ксения Хаирова

О Валентине Талызиной, актрисе поистине уникальной

Караван историй
Пушки или масло Пушки или масло

Как технологии двойного назначения помогли послевоенной конверсии

Эксперт
Культ кумари: почему в Непале поклоняются девочкам и за что критикуют эту традицию Культ кумари: почему в Непале поклоняются девочкам и за что критикуют эту традицию

Почему правозащитники выступают за отказ от традиций культа кумари

Forbes
Варианты будущего Варианты будущего

Что исследователи говорят о том, что ждет нас в будущем

Ведомости
Альбина Мухаметзянова: «Ярко» — это драйв, гибкость и семимильные шаги!» Альбина Мухаметзянова: «Ярко» — это драйв, гибкость и семимильные шаги!»

О том, как создаются современные мультфильмы и почему Волк в них больше не курит

Караван историй
Самцы тарантулов, чтобы спастись от самок при спаривании, отрастили очень длинные пальпы Самцы тарантулов, чтобы спастись от самок при спаривании, отрастили очень длинные пальпы

Как эволюция помогла тарантулам спасаться от самок при спаривании

ТехИнсайдер
Гейдельбергский человек из Петралонской пещеры умер не меньше 277 тысяч лет назад Гейдельбергский человек из Петралонской пещеры умер не меньше 277 тысяч лет назад

Как ученые установили датировку древнего черепа из пещеры Петралона

N+1
Что такое DDoS-атака и как она работает Что такое DDoS-атака и как она работает

Объясняем, что такое DDoS и как оно работает

ТехИнсайдер
«Близнецовое пламя»: что это такое, чем оно отличается от родственных душ и кармических партнеров «Близнецовое пламя»: что это такое, чем оно отличается от родственных душ и кармических партнеров

С чем путают «близнецовое пламя» и что в этих подходах противоречит

VOICE
Почему поколение Z уходит из корпораций и выбирает франшизы Почему поколение Z уходит из корпораций и выбирает франшизы

Почему зумеры выбирают вместо корпоративной стабильности предпринимательство?

Forbes
Найден способ омолодить стареющие клетки мозга Найден способ омолодить стареющие клетки мозга

Обратить старость вспять реально, причем на это понадобится всего один день

ТехИнсайдер
Иммерсивность и телесность: тренды современной театральной сцены Иммерсивность и телесность: тренды современной театральной сцены

Сегодняшний театр представляет собой пространство постоянного поиска

Правила жизни
Как бюджетно вывести пятна от солнцезащитного крема с одежды: простые способы Как бюджетно вывести пятна от солнцезащитного крема с одежды: простые способы

Несколько рабочих способов вернуть вещам чистый вид после пятен санскрина

ТехИнсайдер
Разморозка на слух Разморозка на слух

Как усложнится процесс разблокировки зарубежных активов российских инвесторов

Ведомости
Дарья Донина: «Парфюмерию считали мещанской блажью» Дарья Донина: «Парфюмерию считали мещанской блажью»

Как исследовали ароматы прошлого и что смотреть на выставке, посвященной запахам

Ведомости
Как долго человек может задерживать дыхание? Хорватский фридайвер побил все рекорды Как долго человек может задерживать дыхание? Хорватский фридайвер побил все рекорды

Те две минуты, на которые можно задержать дыхание под водой, — это предел?

ТехИнсайдер
Кетчуп и зубная щетка: неожиданные вещи, которые изобрели китайцы Кетчуп и зубная щетка: неожиданные вещи, которые изобрели китайцы

На самом деле китайцы изобрели множество привычных нам вещей

ТехИнсайдер
Открыть в приложении