Intervista all'autore dell'articolo più citato al mondo sull'astrofisica teorica
Quali misteri sono nascosti nell'astrofisica moderna, perché gli umanitari dovrebbero studiare matematica superiore e come ispirare gli scolari moderni a studiare astronomia, il dipartimento scientifico di Gazeta. Ru è stato detto dall'autore dell'articolo più citato al mondo sull'astrofisica teorica Nikolai Shakura - astrofisico sovietico e russo, dottore in fisico di Scienze Matematiche, Direttore del Dipartimento di Astrofisica Relativistica della SAI MSU.
Nikolai Ivanovich, l'anno scorso hai celebrato il tuo 70 ° anniversario. Ma ricordiamo come nel 1973 tu, insieme all'astrofisico Rashid Sunyaev, sviluppasti la teoria dei dischi di accrescimento, che è alla base della moderna teoria dei binari a raggi X, uno degli articoli di astrofisica più citati (oltre 7.000 riferimenti) della storia. Dicci con parole comprensibili per una persona senza educazione astrofisica, qual è l'essenza della teoria dei dischi di accrescimento?
- La parola "accrescimento" l'ho sentita per la prima volta nel 4 ° anno, quando ho preso l'argomento della tesina da Zeldovich. Si è scoperto che l'accrescimento è solo la caduta di materia su una stella sotto l'influenza della gravità. Più la stella è massiccia, più forte è la sua attrazione. E la forza di attrazione dei buchi neri è così grande che anche un raggio di luce emesso da una simile stella viene respinto dalla forza della sua attrazione! E quindi non possiamo vedere o osservare una stella del genere.
Ma è proprio il fenomeno dell'accrescimento del disco che ci permette di imparare qualcosa su questi insoliti oggetti stellari. Il fatto è che più della metà delle stelle nell'Universo non sono sole, come il nostro Sole, ma doppie. E a volte anche triplo! Ruotano attorno al loro comune centro di gravità. Se in una coppia così stellare una delle stelle risulta essere un buco nero, con la sua potente attrazione attirerà su di sé l'atmosfera del suo vicino. E poiché entrambe queste stelle ruotano attorno a un centro di gravità comune e anche attorno al proprio asse di rotazione, questa massa fluente di gas si avvolge attorno al buco nero, formando un disco di gas attorno ad esso. Il movimento del gas all'interno di questo disco avviene a velocità enormi, il che porta alla collisione delle particelle di gas. E, di conseguenza, al forte riscaldamento del gas nel disco.
Questo processo è accompagnato dal rilascio non solo di calore, ma anche di luce sia nella gamma ottica che in quella dei raggi X.
Possiamo già osservare il disco gassoso incandescente, perché si trova a una certa distanza dal buco nero e quest'ultimo non può catturare la radiazione dal disco. Osservando la radiazione da questo disco di accrescimento, possiamo imparare molto sul buco nero stesso e sui processi fisici nelle sue vicinanze, oltre a calcolare la massa del buco nero, la sua velocità di rotazione e molto altro ancora.
Insieme a Rashid Sunyaev (allora era, come me, uno studente laureato di Zeldovich, ora Sunyaev è un accademico) all'inizio degli anni '70 del secolo scorso, abbiamo prima calcolato i possibili spettri di emissione da un tale disco di accrescimento. Si è scoperto che la maggior parte dell'energia viene emessa nella gamma dei raggi X dello spettro elettromagnetico. Quasi contemporaneamente, i risultati dei nostri calcoli sono stati confermati osservando i dischi di accrescimento con strumenti installati sul satellite americano Uhuru.
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Nel 1963 sei entrato nel dipartimento di fisica dell'Università statale di Mosca con una laurea in astronomia. Tuttavia, i tuoi genitori non erano associati alle scienze esatte. Come è nata allora la decisione di studiare astrofisica?
- Sì, i miei genitori non erano direttamente collegati alle scienze esatte. Ma mio padre era un soldato in prima linea ed un ex petroliere. Era esperto di tecnologia e noi, i suoi quattro figli, abbiamo trasmesso un interesse per la tecnologia e le scienze esatte.
Inoltre, sono stato fortunato con gli insegnanti. E anche se non ho studiato nella capitale, ma nelle classi superiori della mia scuola (era in Bielorussia, nel villaggio di Parichi, vicino a Bobruisk), la matematica è stata insegnata da un meraviglioso insegnante Alfred Viktorovich Baranovsky.
Nessuno sentiva parlare di tutor in quegli anni, ma il livello di insegnamento anche nella scuola del villaggio era tale che chi voleva continuare la propria istruzione poteva competere in qualsiasi università, fino all'Università statale di Mosca.
Una volta, mentre ero ancora uno studente dell'undicesimo grado, nella libreria Bobruisk vidi il libro di Yakov Borisovich Zeldovich "Matematica superiore per principianti". Ho iniziato a esaminarlo con interesse: volevo trovare la sezione in cui viene mostrato come calcolare i massimi e i minimi delle funzioni. L'insegnante Alfred Viktorovich ci ha incuriosito molto! Quando abbiamo passato questo argomento a scuola, ha detto: "Ma con il metodo della matematica superiore, tali calcoli sono resi più facili e più belli".
Allora non potevo nemmeno immaginare che dopo soli quattro anni l'accademico Zeldovich sarebbe diventato il mio consulente scientifico.
Sei un'autorità mondiale riconosciuta nel campo della moderna astrofisica teorica, sei un membro della International Astronomical Union e della European Astronomical Society. Hai mai avuto il desiderio di lasciare la Russia e continuare i tuoi studi di astrofisica all'estero?
- L'astronomia è una scienza internazionale, non è divisa in tedesco, inglese e francese. Non è così importante dove lavora un astronomo, è importante quali sono i suoi risultati e qual è il suo contributo al tesoro generale della conoscenza umana sull'Universo.
Sono un teorico e per lavoro ho bisogno della mia testa, di un computer e dell'accesso alle ultime pubblicazioni (che Internet fornisce abbastanza bene). Pertanto, non è necessario andare da qualche parte. E, a proposito, recentemente la cooperazione internazionale tra astrofisici si è consolidata, stiamo facendo un lavoro comune, ci incontriamo spesso per discutere di problemi scientifici.
Da molti anni leggi corsi speciali per studenti del Dipartimento di Astronomia del Dipartimento di Fisica dell'Università statale di Mosca, lavori con studenti e dottorandi, prepara candidati di scienze. Pensi che il livello degli studenti sia diminuito o aumentato di recente? E perché?
- In precedenza, c'era un'enorme competizione per le facoltà di scienze naturali presso l'Università statale di Mosca - 8-10 persone per posto. La selezione è stata la più dura, la più forte iscritta. Ma sulla scia di questa moda generale per la fisica, molti bambini ben addestrati, ma allo stesso tempo non sufficientemente motivati, sono entrati all'università. Molti di questi fisici sono entrati in affari negli anni '90.
Adesso la competizione si è ridotta, ma i veri dilettanti di astronomia entrano nell'università. Studenti meravigliosi e forti vengono da me per prendere argomenti per tesine e tesi!
Su quali argomenti stai lavorando in questo momento?
Attualmente sto continuando a studiare vari tipi di dischi di accrescimento complessi.
Quale pensi sia lo stato dell'astrofisica moderna nel nostro paese?
- L'astrofisica russa deve ora affrontare una serie di difficoltà. In particolare, il nostro Paese ha difficoltà a finanziare la scienza. Questi problemi hanno particolarmente colpito l'astronomia osservativa: i telescopi moderni sono molto costosi. Tuttavia, l'Università statale di Mosca ha recentemente costruito un eccellente osservatorio con un moderno telescopio vicino a Kislovodsk. Abbiamo grandi speranze per questo osservatorio.
Buoni risultati sono ottenuti dalla rete automatica di piccoli telescopi sviluppata nel nostro paese sotto la guida del professore dell'Università di Mosca Vladimir Lipunov - il sistema Master, con l'aiuto del quale si può osservare continuamente il cielo in molte parti del mondo. Questo sistema, tra l'altro, ha già rivelato molti oggetti stellari precedentemente sconosciuti.
Come spiegare a una persona lontana dalla scienza, qual è il punto di spendere per la ricerca astrofisica? Qual è il significato pratico di tale ricerca?
- Cercare di guardare oltre l'orizzonte è una qualità molto umana! Altrimenti, come saremmo diversi dagli animali? Gli investimenti nello sviluppo di sistemi spaziali stanno già fornendo vantaggi molto tangibili per l'economia nazionale. Sto parlando del monitoraggio del movimento dei vortici atmosferici, del fissaggio e della valutazione di aree di incendi boschivi dallo spazio, del monitoraggio e della previsione del pericolo di asteroidi. L'elenco potrebbe continuare.
Inoltre, un paese senza astronomia sviluppata non può pretendere di essere una grande potenza mondiale: sarà condannato a fare affidamento sulle informazioni di qualcun altro, non avrà incentivi per sviluppare la sua base scientifica per la scienza fondamentale. Tutto ciò porterà al degrado della società e del paese, al suo ritardo rispetto agli altri stati.
E l'astronomia è anche la scienza più filosofica: dobbiamo immaginare in quale mondo e in quale universo viviamo.
La maggior parte delle scuole moderne non ha più l'astronomia. Cosa ne pensi di questo? In che modo, secondo te, uno scolaretto moderno può essere ispirato a studiare astrofisica e astronomia?
“Sia l'insegnamento dell'astronomia nelle scuole che la qualità dei libri di testo lasciano molto a desiderare. La mancanza di astronomia nelle scuole può (e deve!) Essere compensata da una buona e sistematica proiezione di film divulgativi scientifici e programmi televisivi. Forse avrà anche un effetto maggiore rispetto allo studio di un libro di testo noioso presentato da insegnanti noiosi.
C'è una serie di grandi film della BBC sull'astronomia che dovrebbero essere acquistati e mostrati più spesso in televisione.
Sarebbe anche utile creare programmi didattici interattivi sull'astronomia su Internet con l'opportunità di ricevere consigli e risposte a domande di interesse da astronomi-specialisti qualificati.
Vorrei anche che il paese avesse più planetari, almeno in ogni città della regione! E ai planetari - cerchi tematici per gli amanti dell'astronomia.
Un certo minimo di conoscenza astronomica dovrebbe essere fornito, ovviamente, anche a scuola, magari integrando un libro di testo di fisica con capitoli sulle basi della struttura dell'Universo e del nostro sistema solare.
Quali sono, secondo te, i principali misteri dell'astrofisica moderna? La natura dei buchi neri, la formazione di esopianeti?
- Uno dei principali misteri è la materia oscura, che non è visibile, ma si manifesta in effetti gravitazionali. La materia visibile è costituita da stelle visibili, ammassi stellari, ammassi di gas e questo è solo il 4% della sostanza dell'Universo! Tutto il resto è misteriosa materia oscura e altrettanto misteriosa energia oscura. Ad ogni modo, l'esplorazione del nostro sistema solare porta costantemente nuove sorprese e nuove scoperte inaspettate. E nel sistema solare, credetemi, ci sono ancora molte incognite.
Oggi c'è un enorme divario tra scienziati e società. L'astrofisica, ad esempio, è un'area che colpisce l'umanista medio. Come si può superare questo divario ed è possibile in condizioni in cui anche i fisici che lavorano in campi diversi non sempre capiscono l'argomento della ricerca dell'altro?
La società ha bisogno di guardare i film scientifici popolari sull'astronomia, quindi il divario si ridurrà e la paura scomparirà.
Quanto alla specializzazione ristretta - è inevitabile, ma per questo viene data la formazione universitaria di base - il fondamento che rende facile passare e impegnarsi facilmente in vari ambiti di ricerca.
Questo è precisamente il vantaggio del nostro sistema di formazione del personale scientifico, sviluppatosi negli anni Cinquanta e Sessanta. A differenza, ad esempio, dell'americano, con la sua specializzazione troppo precoce e strettamente focalizzata.
E per le discipline umanistiche sarebbe bene introdurre un corso minimo obbligatorio di matematica superiore, perché questo è un elemento fondamentale della cultura generale - la cultura del pensiero! Ci saranno meno problemi nella comprensione reciproca, ci sarà meno disunione nella società.
Ricorda che, entrando nella facoltà di scienze umane dell'università, Lev Nikolaevich Tolstoy ha superato l'esame di ammissione in matematica. E ha ottenuto un biglietto con il binomio di Newton!
Ekaterina Shutova
