Intervju z avtorjem najbolj citiranega članka o teoretični astrofiziki na svetu
Katere skrivnosti se skrivajo v sodobni astrofiziki, zakaj bi študentje humanistike morali študirati višjo matematiko in kako spodbuditi sodobne šolarje k študiju astronomije, je povedal znanstveni oddelek Gazeta. Ru avtor najbolj citiranega članka o teoretični astrofiziki na svetu Nikolaj Shakura, sovjetski in ruski astrofizik, zdravnik magistrskih znanosti, vodja oddelka za relativistično astrofiziko SAI MSU.
Nikolaj Ivanovič, lani ste praznovali 70-letnico. Toda spomnimo se, kako ste leta 1973 skupaj z astrofizikom Rashidom Sunyaevom razvili teorijo akumulacijskih diskov, ki je osnova sodobne teorije rentgenskih binarnih datotek, enega najbolj citiranih (preko 7000 referenc) člankov o astrofiziki v zgodovini. Povejte nam z besedami, ki so razumljive za človeka brez astrofizične izobrazbe, kaj je bistvo teorije akumulacijskih diskov?
- Besedo "prirastek" sem prvič slišal v 4. letniku, ko sem od Zeldoviča vzel temo referata. Izkazalo se je, da je povečanje samo padec snovi na zvezdo pod vplivom gravitacije. Bolj ko je zvezda bolj masivna, močnejša je privlačnost. In sila privlačnosti črnih lukenj je tako velika, da se celo žarek svetlobe, ki ga oddaja takšna zvezda, obrne nazaj s silo svoje privlačnosti! In takšne zvezde ne moremo videti ali opazovati.
A ravno pojav diskrecije diskov nam omogoča, da se naučimo nekaj o teh nenavadnih zvezdnih predmetih. Dejstvo je, da več kot polovica zvezd v Vesolju ni osamljena, kot je naše Sonce, ampak je dvojna. In včasih celo trojni! Vrtijo se okoli skupnega težišča. Če se v takšnem zvezdnem paru ena od zvezd izkaže za črno luknjo, bo s svojo močno privlačnostjo potegnila nase atmosfero bližnjega. In ker se obe zvezdi vrtita tako okoli skupnega težišča kot tudi okoli lastne osi vrtenja, se ta tekoča masa plina vrti okoli črne luknje in okoli nje tvori plinski disk. Gibanje plina znotraj tega diska se dogaja z ogromno hitrostjo, kar vodi v trčenje delcev plina. In posledično do močnega segrevanja plina v disku.
Ta postopek spremlja sproščanje ne samo toplote, temveč tudi svetlobe v optičnem in rentgenskem obsegu.
Že lahko opazujemo žareči plinasti disk, saj se nahaja na neki razdalji od črne luknje in slednji ne more zajeti sevanja iz diska. Z opazovanjem sevanja iz tega akumulacijskega diska se lahko veliko naučimo o sami črni luknji in fizičnih procesih v njeni bližini, pa tudi izračunamo maso črne luknje, njeno hitrost vrtenja in še veliko več.
Skupaj z Rashidom Sunyaevom (takrat je bil, tako kot jaz, diplomant Zeldovicha, zdaj je Sunyaev akademik) v začetku 70-ih let prejšnjega stoletja, smo najprej izračunali možne emisijske spektre iz takega akumulacijskega diska. Izkazalo se je, da se večina energije oddaja v rentgenskem območju elektromagnetnega spektra. Skoraj istočasno so rezultate naših izračunov potrdili z opazovanjem akumulacijskih diskov z instrumenti, nameščenimi na ameriškem satelitu Uhuru.
Promocijski video:
Leta 1963 ste stopili na oddelek za fiziko Moskovske državne univerze z diplomo iz astronomije. Vendar pa vaši starši niso bili povezani z natančnimi znanostmi. Kako je potem prišla odločitev za študij astrofizike?
- Da, moji starši niso bili neposredno povezani s točnimi vedami. Toda moj oče je bil vojskovodja in bivši tanker. Dobro je vedel tehnologijo, mi, njegovi štirje sinovi, pa smo se navdušili za tehnologijo in natančne znanosti.
Tudi jaz sem imel srečo z učitelji. In čeprav nisem študiral v prestolnici, ampak v višjih razredih na moji šoli (bilo je v Belorusiji, v vasi Parichi pri Bobruisku), je matematiko učil čudoviti učitelj Alfred Viktorovič Baranovski.
V tistih letih nihče ni slišal za mentorje, toda stopnja poučevanja celo v vaški šoli je bila taka, da so lahko tisti, ki so želeli nadaljevati šolanje, tekmovali na kateri koli univerzi - do Moskovske državne univerze.
Nekoč sem, še kot učenec 11. razreda, v knjigi v Bobruisku videl knjigo Jakova Borisoviča Zeldoviča "Višja matematika za začetnike." Z zanimanjem sem ga začel gledati - želel sem najti odsek, kjer je prikazano, kako izračunati maksimume in minimume funkcij. Učitelj Alfred Viktorovič nas je zelo intrigiral! Ko smo v šoli opravili to temo, je rekel: "Toda z metodo višje matematike se takšni izračuni olajšajo in lepšijo."
Potem si sploh nisem mogel predstavljati, da bo po samo štirih letih akademik Zeldovič postal moj znanstveni svetovalec.
Ste priznana svetovna avtoriteta na področju moderne teoretske astrofizike, ste član Mednarodne astronomske zveze in Evropskega astronomskega društva. Ste kdaj imeli željo zapustiti Rusijo in nadaljevati študij astrofizike v tujini?
- Astronomija je mednarodna znanost, ni je razdeljena na nemščino, angleščino in francoščino. Ni tako pomembno, kje astronom deluje, pomembno je, kakšni so njegovi rezultati in kakšen je njegov prispevek k splošni zakladnici človekovega znanja o vesolju.
Sem teoretik in za delo potrebujem lastno glavo, računalnik in dostop do najnovejših publikacij (ki jih internet precej dobro zagotavlja). Zato ni treba nekam iti. Mimogrede, pred kratkim se je mednarodno sodelovanje med astrofiziki dobro uveljavilo, delamo skupno delo, pogosto se srečujemo, da bi razpravljali o znanstvenih težavah.
Že vrsto let berete posebne tečaje za študente oddelka za astronomijo oddelka za fiziko Moskovske državne univerze, sodelujete s študenti in podiplomi, pripravljate kandidate za znanost. Ali menite, da se je stopnja študentov v zadnjem času znižala ali zvišala? In zakaj?
- Prej je bila na Moskovski državni univerzi velika konkurenca naravoslovnih fakultet - 8-10 ljudi na sedež. Izbor je bil najtežji, vpisan najmočnejši. Toda ob tej splošni fizični modi so na univerzo vstopili številni dobro usposobljeni, a hkrati premalo motivirani otroci. Mnogi od teh fizikov so v 90-ih letih začeli poslovati.
Zdaj je konkurenca postala manjša, a na univerzo vstopijo pravi amaterji astronomije. K meni pridejo čudoviti in močni študentje, ki bodo vzeli teme za naloge in teze!
Na katerih temah se trenutno ukvarjate?
Trenutno nadaljujem z raziskovanjem različnih vrst zapletenih diskov.
Kakšno se vam zdi stanje sodobne astrofizike pri nas?
- Ruska astrofizika se zdaj sooča s številnimi težavami. Zlasti naša država ima težave pri financiranju znanosti. Te težave so še posebej vplivale na opazovalno astronomijo: sodobni teleskopi so zelo dragi. Kljub temu je Moskovska državna univerza pred kratkim zgradila odličen observatorij s sodobnim teleskopom v bližini Kislovodska. Na ta observatorij imamo veliko upanja.
Dobre rezultate prinaša avtomatska mreža majhnih teleskopov, ki so jo razvili pri nas pod vodstvom profesorja moskovske univerze Vladimirja Lipunova - sistem Master, s katerim lahko nenehno opazujemo nebo v mnogih delih sveta. Mimogrede, ta sistem je razkril že veliko doslej neznanih zvezdnih predmetov.
Kako razložiti človeku, ki je daleč od znanosti, kakšen smisel je porabiti za astrofizične raziskave? Kakšen je praktični pomen takšnih raziskav?
- Poskusiti pogled čez obzorje je zelo človeška kakovost! V nasprotnem primeru, kako bi se razlikovali od živali? Naložbe v razvoj vesoljskih sistemov že prinašajo zelo oprijemljive koristi za nacionalno gospodarstvo. Govorim o spremljanju gibanja atmosferskih vrtincev, določitvi in oceni območij gozdnih požarov iz vesolja, sledenju in napovedovanju nevarnosti asteroidov. Seznam se nadaljuje.
Poleg tega država brez razvite astronomije ne more prevzeti vloge velike svetovne sile - obsojena bo zanašati se na informacije drugih ljudi, ne bo imela spodbud za razvoj svoje znanstvene baze za temeljno znanost. Vse to bo vodilo do degradacije družbe in države, do njenega zaostanka za drugimi državami.
In astronomija je tudi najbolj filozofska znanost: predstavljati si moramo, v kakšnem svetu in v katerem vesolju živimo.
Večina sodobnih šol nima več astronomije. Kaj mislis o tem? Kako lahko po vašem mnenju sodobnega šolarja navdihnete za študij astrofizike in astronomije?
»Tako poučevanje astronomije v šolah kot tudi kakovost učbenikov puščata želeno. Pomanjkanje astronomije v šolah lahko nadomestimo z dobrim in sistematičnim prikazovanjem poljudnoznanstvenih filmov in televizijskih programov. Morda bo imel celo večji učinek kot študij dolgočasnega učbenika, ki so ga predstavili dolgočasni učitelji.
Obstaja vrsta odličnih BBC-jevih filmov o astronomiji, ki bi jih bilo treba kupiti in prikazati pogosteje na televiziji.
Prav tako bi bilo dobro ustvariti interaktivne programe poučevanja astronomije na internetu z možnostjo prejemanja nasvetov in odgovorov na vprašanja, ki vas zanimajo usposobljeni astronomi-specialisti.
Prav tako bi si želel, da bi država imela več planetarij - vsaj v vsakem regionalnem mestu! In na planetarijih - tematskih krožkih za ljubitelje astronomije.
Določen minimum astronomskega znanja je treba dati seveda tudi v šoli - morda z dopolnjevanjem učbenika fizike s poglavji o osnovah vesolja in našega osončja.
Kaj so po vašem mnenju glavne skrivnosti sodobne astrofizike? Narava črnih lukenj, nastanek eksoplanetov?
- Ena glavnih skrivnosti je temna snov, ki ni vidna, vendar se kaže v gravitacijskih učinkih. Vidna snov je vidna zvezda, zvezdni grozdi, grozdi in to je le 4% snovi Vesolja! Vse drugo je skrivnostna temna snov in enako skrivnostna temna energija. Kakorkoli že, raziskovanje našega osončja nenehno prinaša nova presenečenja in nova nepričakovana odkritja. In v sončnem sistemu, verjemite mi, je še vedno veliko neznank.
Danes obstaja velik razkorak med znanstveniki in družbo. Na primer astrofizika je področje, ki v povprečnem humanistu zbuja strah. Kako je to vrzel mogoče premagati in ali je to mogoče v razmerah, ko tudi fiziki, ki delajo na različnih področjih, ne razumejo vedno predmetov raziskovanja drug drugega?
Družba mora gledati poljudnoznanstvene filme o astronomiji - takrat se bo vrzel zmanjšala in strah bo izginil.
Kar zadeva ozko specializacijo - je neizogibno, a za to je dana osnovna univerzitetna izobrazba - temelj, ki omogoča enostavno preklapljanje in enostavno vključevanje na različna področja raziskav.
Prav to je prednost našega sistema usposabljanja znanstvenega osebja, ki se je razvil v petdesetih in šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Za razliko od recimo ameriške s svojo prehitro ozko usmerjeno specializacijo.
In za humanistične vede bi bilo dobro uvesti obvezen minimalni tečaj iz višje matematike, saj je to osnovni element splošne kulture - kulture razmišljanja! Manj bo težav v medsebojnem razumevanju, manj bo razdruževanja v družbi.
Ne pozabite, da je Lev Nikolajevič Tolstoj s sprejemom na humanistično fakulteto univerze opravil sprejemni izpit iz matematike. In dobil je vozovnico z Newtonovim binomom!
Ekaterina Šutova