Interview mit dem Autor des weltweit am häufigsten zitierten Artikels über theoretische Astrophysik
Welche Geheimnisse in der modernen Astrophysik verborgen sind, warum Humanitäre höhere Mathematik studieren sollten und wie moderne Schulkinder zum Studium der Astronomie inspiriert werden können, berichtete die wissenschaftliche Abteilung von Gazeta. Ru dem Autor des weltweit am häufigsten zitierten Artikels über theoretische Astrophysik Nikolai Shakura - sowjetischer und russischer Astrophysiker, Doktor des Physikers of Mathematical Sciences, Leiter der Abteilung für Relativistische Astrophysik der ORKB MSU.
Nikolai Ivanovich, letztes Jahr haben Sie Ihren 70. Geburtstag gefeiert. Aber erinnern wir uns, wie Sie 1973 zusammen mit dem Astrophysiker Rashid Sunyaev die Theorie der Akkretionsscheiben entwickelt haben, die der modernen Theorie der Röntgenbinärdateien zugrunde liegt, einem der am häufigsten zitierten (über 7.000 Referenzen) Artikel zur Astrophysik in der Geschichte. Sagen Sie uns in Worten, die für eine Person ohne astrophysikalische Ausbildung verständlich sind, was ist das Wesen der Theorie der Akkretionsscheiben?
- Das Wort "Akkretion" hörte ich zum ersten Mal im 4. Jahr, als ich das Thema der Hausarbeit von Zeldovich übernahm. Es stellte sich heraus, dass Akkretion nur der Fall von Materie auf einen Stern unter dem Einfluss der Schwerkraft ist. Je massereicher der Stern ist, desto stärker ist seine Anziehungskraft. Und die Anziehungskraft von Schwarzen Löchern ist so groß, dass selbst ein von einem solchen Stern emittierter Lichtstrahl durch die Anziehungskraft zurückgeworfen wird! Und deshalb können wir einen solchen Stern nicht sehen oder beobachten.
Aber genau das Phänomen der Scheibenakkretion ermöglicht es uns, etwas über diese ungewöhnlichen Sternobjekte zu lernen. Tatsache ist, dass mehr als die Hälfte der Sterne im Universum nicht einsam sind wie unsere Sonne, sondern doppelt. Und manchmal sogar dreifach! Sie drehen sich um ihren gemeinsamen Schwerpunkt. Wenn sich in einem solchen Sternpaar herausstellt, dass einer der Sterne ein Schwarzes Loch ist, zieht er mit seiner starken Anziehungskraft die Atmosphäre seines Nachbarn auf sich. Und da sich diese beiden Sterne sowohl um einen gemeinsamen Schwerpunkt als auch um ihre eigene Rotationsachse drehen, windet sich diese strömende Gasmasse um das Schwarze Loch und bildet eine Gasscheibe um dieses herum. Die Bewegung von Gas innerhalb dieser Scheibe erfolgt mit enormen Geschwindigkeiten, was zur Kollision von Gaspartikeln führt. Und folglich zu einer starken Erwärmung des Gases in der Scheibe.
Dieser Prozess geht mit der Freisetzung nicht nur von Wärme, sondern auch von Licht sowohl im optischen als auch im Röntgenbereich einher.
Wir können die glühende Gasscheibe bereits beobachten, da sie sich in einiger Entfernung vom Schwarzen Loch befindet und dieses die Strahlung der Scheibe nicht einfangen kann. Indem wir die Strahlung dieser Akkretionsscheibe beobachten, können wir viel über das Schwarze Loch selbst und die physikalischen Prozesse in seiner Umgebung lernen sowie die Masse des Schwarzen Lochs, seine Rotationsgeschwindigkeit und vieles mehr berechnen.
Zusammen mit Rashid Sunyaev (damals war er wie ich ein Doktorand von Zeldovich, jetzt ist Sunyaev Akademiker) haben wir Anfang der 70er Jahre des letzten Jahrhunderts zunächst die möglichen Emissionsspektren aus einer solchen Akkretionsscheibe berechnet. Es stellte sich heraus, dass der größte Teil der Energie im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert wird. Fast gleichzeitig wurden die Ergebnisse unserer Berechnungen durch Beobachtung der Akkretionsscheiben mit auf dem amerikanischen Satelliten Uhuru installierten Instrumenten bestätigt.
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1963 sind Sie mit einem Abschluss in Astronomie in die Physikabteilung der Moskauer Staatlichen Universität eingetreten. Ihre Eltern waren jedoch nicht mit den genauen Wissenschaften verbunden. Wie kam es dann zu der Entscheidung, Astrophysik zu studieren?
- Ja, meine Eltern waren nicht direkt mit den exakten Wissenschaften verbunden. Aber mein Vater war Frontsoldat und ehemaliger Tanker. Er war technisch versiert, und wir, seine vier Söhne, haben ein Interesse an Technologie und den exakten Wissenschaften weitergegeben.
Ich hatte auch Glück mit den Lehrern. Und obwohl ich nicht in der Hauptstadt, sondern in den Oberklassen meiner Schule (in Weißrussland, im Dorf Parichi bei Bobruisk) studierte, wurde Mathematik von einem wunderbaren Lehrer Alfred Viktorovich Baranovsky unterrichtet.
In jenen Jahren hörte niemand von Tutoren, aber das Unterrichtsniveau selbst in der Dorfschule war so, dass diejenigen, die ihre Ausbildung fortsetzen wollten, an jeder Universität konkurrieren konnten - bis zur Moskauer Staatsuniversität.
Einmal, als ich noch Schüler der 11. Klasse war, sah ich im Bobruisk-Buchladen das Buch von Jakow Borisowitsch Zeldowitsch "Höhere Mathematik für Anfänger". Ich fing an, es mit Interesse durchzusehen - ich wollte den Abschnitt finden, in dem gezeigt wird, wie man die Maxima und Minima von Funktionen berechnet. Der Lehrer Alfred Viktorovich hat uns sehr fasziniert! Als wir dieses Thema in der Schule bestanden haben, sagte er: "Aber durch die Methode der höheren Mathematik werden solche Berechnungen einfacher und schöner."
Dann konnte ich mir nicht einmal vorstellen, dass Akademiker Zeldovich nach nur vier Jahren mein wissenschaftlicher Berater werden würde.
Sie sind eine anerkannte Weltautorität auf dem Gebiet der modernen theoretischen Astrophysik, Sie sind Mitglied der Internationalen Astronomischen Union und der Europäischen Astronomischen Gesellschaft. Hatten Sie jemals den Wunsch, Russland zu verlassen und Ihr Studium der Astrophysik im Ausland fortzusetzen?
- Astronomie ist eine internationale Wissenschaft, sie ist nicht in Deutsch, Englisch und Französisch unterteilt. Es ist nicht so wichtig, wo ein Astronom arbeitet, es ist wichtig, was seine Ergebnisse sind und was sein Beitrag zur allgemeinen Schatzkammer menschlichen Wissens über das Universum ist.
Ich bin Theoretiker und brauche für die Arbeit meinen eigenen Kopf, einen Computer und Zugang zu den neuesten Veröffentlichungen (die das Internet recht gut bietet). Daher besteht keine Notwendigkeit, irgendwohin zu gehen. Übrigens hat sich die internationale Zusammenarbeit zwischen Astrophysikern in letzter Zeit gut etabliert. Wir arbeiten gemeinsam und treffen uns oft, um wissenschaftliche Probleme zu diskutieren.
Seit vielen Jahren lesen Sie spezielle Kurse für Studenten der Astronomie-Abteilung der Physik-Abteilung der Moskauer Staatlichen Universität, arbeiten mit Studenten und Doktoranden zusammen und bereiten Kandidaten für die Naturwissenschaften vor. Denken Sie, dass das Niveau der Schüler in letzter Zeit gesunken oder gestiegen ist? Und warum?
- Zuvor gab es an der Moskauer Staatsuniversität einen großen Wettbewerb für naturwissenschaftliche Fakultäten - 8-10 Personen pro Sitzplatz. Die Auswahl war die härteste, die stärkste. Aber im Zuge dieser allgemeinen Art der Physik kamen viele gut ausgebildete, aber gleichzeitig unzureichend motivierte Kinder an die Universität. Viele dieser Physiker gingen in den 90er Jahren ins Geschäft.
Jetzt ist die Konkurrenz kleiner geworden, aber echte Amateure der Astronomie betreten die Universität. Wunderbare und starke Studenten kommen zu mir, um Themen für Hausarbeiten und Abschlussarbeiten aufzunehmen!
An welchen Themen arbeiten Sie gerade?
Ich untersuche derzeit verschiedene Arten komplexer Akkretionsscheiben.
Wie ist Ihrer Meinung nach der Stand der modernen Astrophysik in unserem Land?
- Die russische Astrophysik steht nun vor einer Reihe von Schwierigkeiten. Insbesondere hat unser Land Schwierigkeiten, die Wissenschaft zu finanzieren. Diese Probleme haben sich insbesondere auf die Beobachtungsastronomie ausgewirkt: Moderne Teleskope sind sehr teuer. Dennoch hat die Moskauer Staatsuniversität kürzlich ein ausgezeichnetes Observatorium mit einem modernen Teleskop in der Nähe von Kislowodsk gebaut. Wir haben große Hoffnungen auf dieses Observatorium.
Gute Ergebnisse erzielt das automatische Netzwerk kleiner Teleskope, das in unserem Land unter der Leitung von Moskauer Universitätsprofessor Vladimir Lipunov entwickelt wurde - dem Master-System, mit dessen Hilfe man den Himmel in vielen Teilen der Welt kontinuierlich beobachten kann. Dieses System hat übrigens bereits viele bisher unbekannte Sternobjekte enthüllt.
Wie kann man einer Person, die weit von der Wissenschaft entfernt ist, erklären, wozu die Ausgaben für astrophysikalische Forschung gut sind? Was ist die praktische Bedeutung einer solchen Forschung?
- Der Versuch, über den Horizont hinauszuschauen, ist eine sehr menschliche Eigenschaft! Wie würden wir uns sonst von Tieren unterscheiden? Investitionen in die Entwicklung von Raumfahrtsystemen bringen der Volkswirtschaft bereits konkrete Vorteile. Ich spreche über die Verfolgung der Bewegung atmosphärischer Wirbel, die Behebung und Bewertung von Waldbrandgebieten aus dem Weltraum, die Verfolgung und Vorhersage der Asteroidengefahr. Die Liste geht weiter.
Darüber hinaus kann ein Land ohne entwickelte Astronomie nicht behaupten, eine große Weltmacht zu sein - es wird dazu verdammt sein, sich auf die Informationen eines anderen zu verlassen, es wird keine Anreize haben, seine wissenschaftliche Basis für die Grundlagenforschung zu entwickeln. All dies wird zu einer Verschlechterung der Gesellschaft und des Landes führen, zu einer Verzögerung gegenüber anderen Staaten.
Und Astronomie ist auch die philosophischste Wissenschaft: Wir müssen uns vorstellen, in welcher Welt und in welchem Universum wir leben.
Die meisten modernen Schulen haben keine Astronomie mehr. Was denkst du darüber? Wie kann ein modernes Schulkind Ihrer Meinung nach zum Studium der Astrophysik und Astronomie inspiriert werden?
„Sowohl der Astronomieunterricht an Schulen als auch die Qualität der Lehrbücher lassen zu wünschen übrig. Der Mangel an Astronomie in Schulen kann (und sollte!) Durch eine gute und systematische Darstellung populärwissenschaftlicher Filme und Fernsehprogramme ausgeglichen werden. Vielleicht hat es sogar eine größere Wirkung als das Studium eines langweiligen Lehrbuchs, das von langweiligen Lehrern präsentiert wird.
Es gibt eine Reihe großartiger BBC-Filme zur Astronomie, die gekauft und häufiger im Fernsehen gezeigt werden sollten.
Es wäre auch gut, interaktive Lehrprogramme zur Astronomie im Internet zu erstellen, mit der Möglichkeit, Ratschläge und Antworten auf Fragen von qualifizierten Astronomen-Spezialisten zu erhalten.
Ich möchte auch, dass das Land mehr Planetarien hat - zumindest in jeder regionalen Stadt! Und in den Planetarien - thematische Kreise für Liebhaber der Astronomie.
Ein gewisses Minimum an astronomischen Kenntnissen sollte natürlich in der Schule vermittelt werden - vielleicht als Ergänzung zu einem Physiklehrbuch mit Kapiteln über die Grundlagen der Struktur des Universums und unseres Sonnensystems.
Was sind Ihrer Meinung nach die Hauptgeheimnisse der modernen Astrophysik? Die Natur der Schwarzen Löcher, die Bildung von Exoplaneten?
- Eines der Hauptgeheimnisse ist die Dunkle Materie, die nicht sichtbar ist, sich aber in Gravitationseffekten manifestiert. Sichtbare Materie sind sichtbare Sterne, Sternhaufen, Gashaufen, und dies sind nur 4% der Substanz des Universums! Alles andere ist mysteriöse dunkle Materie und ebenso mysteriöse dunkle Energie. Wie auch immer, die Erforschung unseres Sonnensystems bringt ständig neue Überraschungen und neue unerwartete Entdeckungen. Und im Sonnensystem, glauben Sie mir, gibt es noch viele Unbekannte.
Heute gibt es eine große Kluft zwischen Wissenschaftlern und Gesellschaft. Die Astrophysik zum Beispiel ist ein Bereich, der dem durchschnittlichen Humanisten Angst einjagt. Wie kann diese Lücke geschlossen werden und ist es möglich, dass selbst Physiker, die auf verschiedenen Gebieten arbeiten, das Thema der gegenseitigen Forschung nicht immer verstehen?
Die Gesellschaft muss populärwissenschaftliche Filme über Astronomie sehen - dann wird sich die Kluft verringern und die Angst wird verschwinden.
Was die enge Spezialisierung betrifft - es ist unvermeidlich, aber dafür ist die grundlegende Universitätsausbildung gegeben - die Grundlage, die es einfach macht, zu wechseln und sich leicht in verschiedenen Forschungsbereichen zu engagieren.
Dies ist genau der Vorteil unseres Systems zur Ausbildung von wissenschaftlichem Personal, das in den 1950er und 1960er Jahren entwickelt wurde. Anders als zum Beispiel Amerikaner mit seiner zu frühen, eng fokussierten Spezialisierung.
Und für die Geisteswissenschaften wäre es gut, einen obligatorischen Mindestkurs in höherer Mathematik einzuführen, da dies ein Grundelement der allgemeinen Kultur ist - die Kultur des Denkens! Es wird weniger Probleme beim gegenseitigen Verständnis geben, es wird weniger Uneinigkeit in der Gesellschaft geben.
Denken Sie daran, dass Lev Nikolaevich Tolstoy an der geisteswissenschaftlichen Fakultät der Universität die Aufnahmeprüfung in Mathematik bestanden hat. Und er hat ein Ticket mit Newtons Binomial bekommen!
Ekaterina Shutova