Астрономические беседы с юными учениками в письмах

Шахбазян Ю. Л
Астрономические беседы
с юными учениками
в письмах
Шахбазян Ю. Л
.
Астрономические беседы с юными
учениками в письмах
Балуево, в новгородской области. Юные
ученики и их родители.
В доступном для школьников изложении, в виде письменных бесед, сделана
попытка разъяснить основную космогоническую концепцию (происхождение
звезд и галактик) Виктора Амазасповича Амбарцумяна. Для удобства усвоения
материала приводятся интересные случаи из истории Астрономии.
Под редакцией Е.В. Соловьевой
Астрономические беседы с юными учениками
Моим юным
балуевским ученикам
Витюшке Перминову,
Карену Амбарцумяну
и Мише Панину.
Первое письмо
О наших занятиях. O намерении рассказать вам, как Виктор Амазаспович раскрыл секрет рождения звезд и галактик во Вселенной. Почему необходимо изучать ошибки великих мыслителей.
В
2003 и в 2005 годах, летом, в Балуеве проходили наши каждодневные
занятия по оптике, электричеству, магнетизму и астрономии. Желание летних занятий исходило от Миши, с которым мы переписывались зимой и договаривались о содержании этих занятий.
Несмотря на то, что для таких сложных занятий вы были слишком малы, однако трудились с большим увлечением, проявляли смекалку и любознательность
при проведении сложных расчетов и умело работали во время экспериментов.
Приборами, деталями и разными приспособлениями для проведения экспериментов мне существенно помогли мой брат Эдуард Шахбазян и моя приятельница, прекрасная учительница физики из Еревана, Мариетта Хачикян. Им я очень
благодарен.
Я надеюсь, что вы тогда приобрели некоторые знания и многое помните до сих
пор. А самое главное – надеюсь, вы еще не забыли, как оперировать очень большими и очень малыми числами, чему мы уделили так много времени.
Когда мы изучали астрономию, я пытался как можно понятней рассказать вам
и о некоторых интереснейших астрофизических работах вашего прадеда – Виктора Амазасповича Амбарцумяна.
Конечно, вам трудно было усвоить многое из того, о чем я вам рассказывал,
например, о труде Амбарцумяна – «Распространение света в мутной среде» и
других интересных его работах. Поэтому меня не покидает чувство долга перед
вами - написать для вас хотя бы об одной из наиболее важных и интересных работ Виктора Амазасповича - о том, как ему удалось раскрыть секрет рождения
звезд и галактик во Вселенной.
Для первоначального ознакомления с научными трудами Виктора Амазасповича советую всем, в первую очередь, обратиться к его докладу, прочитанному
на общем собрании АН СССР в 1972 году при вручении ему золотой медали им.
Ломоносова. В докладе он наилучшим образом, сжато, строго и в тоже время доступно и живо изложил свои основные работы и идеи. Этот доклад содержится
в его книге1 , которая имеется у вас дома. Чтобы лучше представить значение и
4
письмо первое
место концепции Амбарцумяна в научно-историческом развитии идей теории
Мироздания, мне придется в моих письмах выйти из рамок описания только космогонической концепции Виктора Амазасповича. Поэтому, очень сжато, я вам
буду рассказывать о деяниях великих астрономов, о сложных взаимоотношениях физиков, астрономов и математиков, о месте теории относительности в астрофизических исследованиях и даже остановлюсь на примерах теоретических исследований в астрономической технике, и, в особенности, в астрономическом
телескопостроении, припоминая, в частности, и собственный опыт работы в этой
области.
Для полного представления истории развития космогонических идей, рассмотрим сначала ошибочные гипотезы и теории выдающихся мыслителей, касающиеся этой области.
Как остроумно и поучительно высказался французский физик, Нобелевский
лауреат, Луи де Бройль, – «Всегда полезно поразмыслить над ошибками, сделанными великими умами, поскольку они имели серьезные основания для того, чтобы их совершить, и поскольку эти великие умы всегда обладают проникновенной
интуицией. Возможно, что их утверждения, сегодня рассматриваемые, как ошибочные, завтра окажутся истинными».
Отнеситесь к моим письмам, как к беседе с вами, и терпеливо переносите многословные отступления от основной темы – труда Виктора Амазасповича.
При первом чтении малопонятные места можете и пропустить. В тексте вы
встретите много непонятных вам слов и научных терминов, объяснение которых
я не всегда даю.
Советую вам научиться пользоваться словарями и энциклопедиями, а то и просто обращаться к старшим за разъяснением. Слава Богу, старшие у вас в доме или
физики, или математики.
Над секретом рождения звезд и галактик и вообще над происхождением Мира
думало не одно поколение великих мыслителей, было высказано много предположений и создано большое количество серьезных теорий, пытающихся объяснить процесс образования небесных тел – планет, звезд и галактик.
К сожалению, невозможно предложить вам готовую литературу, где все это
было бы изложено правдиво и объективно. В научную литературу вкралось много искажений, предвзятых мнений и несправедливых оценок, в которых легко
запутаться.
Конечно, вы еще прочтете много хороших книг и сможете самостоятельно в
них ориентироваться. Моими письмами я хочу вам в этом чуточку помочь.
В необходимости этого изложения для вас настаивали Елена Викторовна и Николай Николаевич Соловьевы – бабушка и дедушка Вити Перминова, и я с удовольствием выполняю свое обещание, данное им.
Независимо от того, кем вы станете в жизни и чем будете заниматься, вопрос
сотворения мира, в котором вы оказались по воле Бога, не может оставить вас
безразличными к этой проблеме и не вызвать у вас интерес и удивление. Ведь
любознательность мыслящего человека дает ему возможность жить интересно
и счастливо.
А теперь к делу.
1. В.А. Амбарцумян. «Эпизоды жизни», Ереван, 2001г.,
5
Астрономические беседы с юными учениками
Второе письмо
Введение в историю развития космологии (теории происхождения и развития
небесных тел). Как в ученом мире относятся к возникновению новой научной
идеи? Примеры глубоких и длительных заблуждений в науке и об удивительных
предвидениях великих мыслителей. Не изрекать истины, а доказывать их. Поступок великого Фарадея. Религиозный и астрономический аспекты космологической проблемы. В чем главная космологическая дилемма?
В
середине XX века произошло большое научное событие – переворот
наших представлений о происхождении и развитии небесных тел.
С давних пор господствовало непоколебимое представление о
том, что галактики и звезды произошли и происходят из газопылевой материи
в процессе ее сгущения (конденсации). Почти все астрономы мира незыблемо
придерживались этой концепции сотни лет, расширяли и совершенствовали эту
теорию.
Однако в пятидесятых годах прошлого столетия В.А.Амбарцумяном было установлено и неопровержимо доказано наличие совершенно противоположного
процесса, имеющего место во Вселенной – повсеместного происхождения звезд
и галактик из сверхплотной материи, которая катастрофически взрывается и
распадается. При этом вещество переходит из сверхплотного состояния в менее
плотное состояние.
Сделать такой вывод ему удалось, благодаря доскональному изучению нестационарных процессов во Вселенной.
Однако эта концепция длительное время упорно не принималась многими
астрономами, пока бесчисленные наблюдательные данные, в том числе и их собственные наблюдения, не убедили их в этом.
Здесь стоит вспомнить остроумное замечание величайшего философа - Иммануила Канта:
«Любое новое учение переживает три этапа – сначала его не замечают, затем
опровергают и, наконец «улучшают», приспосабливая к своим интересам».
Именно так отнеслись многие астрономы и к новой концепции Амбарцумяна.
Правда, до сих пор некоторые сторонники первого, так называемого «классического», направления все еще упорно пытаются обнаружить во Вселенной области конденсации, процесс сгущения материи и, тем самым, опровергнуть концепцию Амбарцумяна. Им пока это не удается.
Продолжается драматическая битва идей и сегодня. Об этом мы и поговорим
с вами более или менее подробно, хотя основательное изучение этой проблемы
требует серьезных знаний в области физики, математики и астрономии, а также
и широты философского осмысления. Я надеюсь, что мои письма вы будете перечитывать и в более зрелом возрасте.
История науки изобилует бесчисленными примерами роковых ошибок, которые, удивительно цепко укоренившись в научном мире на сотни и даже тысячи
лет, продолжали жить в научных исследованиях весьма выдающихся ученых,
6
письмо второе
пока их не опровергали более проницательные умы. Но, с другой стороны, конечно, существует и множество примеров удивительных предвидений.
Приведем вкратце ряд хорошо известных, ошибочных примеров, а затем перейдем к основному предмету нашего повествования.
Величайший основоположник научного естествознания - Аристотель (384-322
до н.э.), учитель самого Александра Македонского, совершил много поразительных открытий. Однако он удивительным образом допустил страшную ошибку в
задаче о свободном падении тел, утверждая, что из одновременно брошенных тел
различного веса, первым достигнет земли самое тяжелое.
Эта точка зрения, никого не смущая, просуществовала 2000 лет, пока ошибка
не была исправлена Галилео Галилеем (1564-1642), доказавшим независимость
времени свободного падения тел в безвоздушном пространстве от их массы.
Со стороны Галилея была проявлена не только мудрость исследователя, но и мужество, дерзнувшее на исправление общепринятого учения самого Аристотеля.
Любопытно, что величайший французский математик и физик Рене Декарт
(1596-1650) проявлял полное непонимание открытого Галилеем закона свободного падения тел. Науке известно много и таких случаев.
Вторым примером может послужить хорошо известная геоцентрическая система мироздания Птолемея, гениальнейшего астронома и величайшего математика второго века до н.э.
Должно было пройти свыше 1700 лет, пока другой гений – Коперник
(1473-1543) не «заставил» землю и другие планеты двигаться вокруг Солнца.
Здесь было бы несправедливо не вспомнить приверженца пифагорейской
школы - Аристарха Самосского, который жил примерно в одно время с Птолемеем. Он выступил против Птолемея и настаивал на гелиоцентрической системе.
Конечно, в то время подумать, что центром мира является какое-то Солнце, а не
Земля, на которой живет сам Человек – «венец творения», было большой дерзостью и, естественно, за это Аристарха Самосского жестоко преследовали.
Вообще, в науке гораздо важнее не столько провозглашать истину, сколько
предъявлять убедительные и неоспоримые доказательства правоты утверждений.
Известно, что Роберт Гук раньше Ньютона предложил знаменитую формулу
всемирного тяготения. Но доказательство ее справедливости, хотя бы в пределах
солнечной системы, принадлежит Ньютону, и, следовательно, и авторство.
При желании, конечно, можно найти многочисленные примеры плодотворности вовремя высказанной добротной, опережающей свое время мысли…
В истории науки есть и такой ошеломляющий и поучительный для ученых
пример.
Величайший английский физик Майкл Фарадей (1791–1867), создал учение
об электромагнитном поле, установил связь между электричеством и магнетизмом, электромагнетизмом и светом. Ему же принадлежит и открытие электромагнитной индукции (вспомните наши балуевские опыты с различными типами
электродвигателей и эффекты выталкивания или притяжения проводника с током в магнитном поле).
В 1832 году Фарадей уже предвидел существование электромагнитных волн.
Он писал: «...магнитное воздействие и электрическая индукция должны распространяться в пространстве с конечной скоростью в виде волн».
Он прекрасно сознавал, насколько его взгляды опережали существующие
7
Астрономические беседы с юными учениками
тогда научные представления, и решил не публиковать свою идею (в отличие
от скоропалительных, незрелых публикаций многих честолюбивых ученых).
Он направил запечатанный конверт в Лондонское Королевское Общество (Академия Наук Великобритании) с надписью «Новые воззрения, подлежащие хранению
в архивах Королевского общества».
Конверт был обнаружен и вскрыт лишь через 106 лет, когда его идея уже сияла
в уравнениях Лоренца – Максвелла и стала основой электротехнической и радиотехнической индустрии.
Извечная фантастическая любознательность человека всегда помогала ему выживать в жестокой борьбе за существование, интенсивно развиваться и становиться умнее других существ. И сейчас можно заметить, насколько любознательные и
ищущие люди интереснее своих сверстников, не обладающих этим качеством. Потеря любознательности равносильна смерти.
Рассматривая начало истории такой грандиозной проблемы, как происхождение и развитие Вселенной, проблемы, которая прежде называлась проблемой Мироздания, а теперь нашла свое место в астрономии и присутствует в двух ее разделах – космологии и космогонии, мы опять окажемся среди мыслителей древности,
которые не могли лишить себя удовольствия задать вопрос - когда и как возник
наш мир и какие изменения происходят в нем сейчас.
Одни из наших предков считали, что Мир существовал всегда, и будет существовать вечно, другие - что он сотворен в какой-то определенный момент времени, и
пытались даже определить, сколько времени прошло с момента его сотворения и
сколько еще просуществует Вселенная. Об этом спор не прекращается и поныне.
Происхождение Вселенной стало объектом исследования, как естествоиспытателей, так и богословов и религиозных философов.
Знание религиозного аспекта проблемы должно быть обязательно для нас, независимо от того, кто мы – верующие или не верующие, но, я надеюсь, что во всех
случаях мы ищущие, а христианская, ищущая Вера наших предков является, по
крайней мере, неотъемлемой частью нашей современной культуры.
Основные положения нашей христианской Веры изложены в Библии, где говорится, что Мир (пространство, материя, время) был создан Богом из ничего, а сам
Бог вечен (не имеет ни начала, ни конца).
Очень трудно, конечно, современному человеку понять это и согласиться с такой мыслью, тем более, если он не верующий и уже в детстве усвоил высказывание
Демокрита (470-380 до н.э.): «Из ничего ничто произойти не может…». Мы безоговорочно поверили и в закон сохранения массы Ломоносова-Лавуазьe, распространенный на все Мироздание.
Эту проблему глубоко и серьезно обдумывали многочисленные и величайшие
религиозные философы и отцы церкви, которые нам оставили свои многотомные
труды в надежде, что кто-нибудь из нас обратится к этим сокровищницам мысли.
Будем на это надеяться.
Астрономический аспект проблемы происхождения и развития небесных тел, к
которому мы сейчас перейдем, характерен тем, что тут изучается переход материи
из одного состояния в другое.
Здесь появляется главнейшая космогоническая дилемма - образуются ли звезды
путем сгущения туманности или туманность образуется в результате проявлений
активности самой звезды?
8
письмо третье
Третье письмо
Теория гравитационного сжатия, коллапса, аккреции и образования «черных
дыр». Кант: «Физико-астрономическая теория Мироздания». В чем величие космогонической теории Канта? Гипотеза Канта - Лапласа. Гравитационный «радиус Шварцшильда». Фред Хойл. Переход от умозрения к творчеству. Отношение Виктора Амазасповича к концепции коллапса (черных дыр).
С
древних времен почти все выдающиеся философы, астрономы, физики и математики были сторонниками «сгущения», коллапса (катастрофического сжатия под действием Ньютоновских сил притяжения,
гравитации), аккреции материи (гравитационный захват вещества и последующее его падение на космическое тело). Процессы коллапса и аккреции владели
умами многих поколений блестящих исследователей, которые в течение долгих
сотен лет предлагали умозрительные, внутренне непротиворечивые, строгие
физико-математические решения задачи конденсации, сгущения разреженной
туманности в плотные небесные тела – планеты, звезды и галактики.
Однако «безупречные» и разумные их исследования вошли в противоречие
с неоспоримой эмпирикой (практикой) астрономических наблюдений, со строгими законами астрофизики, и как следствие, восторжествовала противоположная
концепция В.А.Амбарцумяна - концепция образования звезд из сверхплотных
протозвездных тел и образования галактик из их сверхплотных активных ядер.
История этого длительного научного поиска изобилует примерами драматических событий, бескомпромиссных дискуссий и упорного, кропотливого труда.
Обратимся сначала к истории возникновения и совершенствования концепции конденсации.
Лукреций, Эпикур, Демокрит и другие величайшие мыслители древней Греции
высказали большое количество поразительных идей и гипотез о происхождении
Мира, однако более обоснованные теории появляются гораздо позже - в период
творчества величайшего мыслителя - Иммануила Канта (1724-1804).
Знаменитое изречение Канта, что его не перестают удивлять в мире две вещи:
- «нравственный закон во мне и звездное небо над головой», свидетельствует о
его намерении сказать свое весомое слово в этих увлекательных, поражающих
воображение вопросах.
Пользуясь строгим математическим, аксиоматическим методом рассуждений и скрупулезно изучив астрономию, Кант, почти не входя в противоречие со
своими древними предшественниками, предложил свою гипотезу «Сотворения
Мира».
Деликатно обойдя Библейский постулат сотворения мира Богом из «ничего» и
одновременно не противореча закону сохранения массы, он формулирует свою
«небулярную гипотезу», предполагая, что в пространстве первично существовала хаотически бесформенная, равномерно рассеянная материя, состоящая
из пыли и газа. В этой среде, как утверждал Кант, частицы с большей плотностью, благодаря Ньютоновскому притяжению, «соберут вокруг себя материю
9
Астрономические беседы с юными учениками
с меньшим удельным весом, и в итоге образуются различные сгустки в виде звезд
и планет».
К этому времени еще не была строго доказана гравитационная неустойчивость равномерно распределенных частиц - задача N тел (Вейерштрасса). Фундаментальная задача трех тел была решена только в ХIХ - начале ХХ века (Эйлер,
Лагранж, Пуанкаре).
Но Кант интуитивно почувствовал, что хаотически распределенная материя
неустойчива и должна распадаться, как он говорил, «должна стремиться к формированию». В этом заключается гениальное предвидение Канта.
Но следующий шаг Канта, был менее обоснован и заключался в следующей гипотезе: «в результате распада хаотически распределенной материи образовались
все тела не только солнечной системы, но и во всей Вселенной».
Свою гипотезу он возвел в ранг всемирного закона и опубликовал в 1755 году
анонимно, под названием «Физико–астрономическая теория Мироздания».
Это была первая серьезная публикация, положившая начало исследованиям
по гравитационному сжатию и теории конденсации.
Скрыть свое авторство Канту, конечно, не удалось и, хотя его гипотеза не совсем противоречила христианскому учению о сотворении мира, прусский король Фридрих – Вильгельм II, отчитал Канта, направив ему личное письмо. После этого Кант перестал читать курс астрономии и богословия в Кенигсбергском
университете.
Кант, как личность, философ и величайший мыслитель вызывает у думающего
человека преклонение и трепет. В Кенигсбергском университете он читал блестящие лекции по математике, физике, астрономии, богословию и этике. Никогда не выезжая из Кенигсберга, чтобы не прерывать свои исследования по философии, он увлеченно читал в университете курс физической географии и мечтал
о путешествиях, которые так и не осуществил.
Им бесконечно восхищался и Виктор Амазаспович, не переставая изучать его
до своих последних дней. С особым увлечением он изучал глубочайшие рассуждения Канта о пределах человеческого разума в «Критике чистого разума».
Виктор Амазаспович часто, шутя, предлагал своим сотрудникам определять
уровень своих интеллектуальных способностей в процентах от уровня усвоения
кантовских работ, и всегда с юмором добавлял: «не огорчайтесь, если преодолеете только 10%-ный барьер – это уже будет говорить о вашем таланте».
Особенно нравились ему в работе Канта лестные отзывы в адрес армян. У Канта есть и такой труд, посвященный качественному сравнению различных наций.
Гипотеза Канта восторжествовала в полную силу только после вторжения в эту
проблему блестящего французского математика, физика и астронома, одного из
основоположников математической физики, Пьера Симона Лапласа (1749–1827).
Лаплас, так же как и Кант, считал основной причиной образования планет
Солнечной системы процесс гравитационного сжатия. Однако вместо кантовского эволюционного развития холодной пылевой туманности, в ходе которого
сначала возникало центральное массивное тело – будущее Солнце, а затем и
планеты, Лаплас рассматривает эволюцию первоначально существующей, очень
горячей газовой туманности, находящейся в состоянии быстрого вращения. Такая туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения,
уменьшая свои размеры и вращаясь все быстрее и быстрее под воздействием
10
письмо третье
увеличивающихся центробежных сил, возникающих в экваториальном поясе,
должна была выбрасывать, выпускать кольцеобразные сгустки материи. Из этих
колец, вследствие конденсации, и должны были образоваться Солнце и планеты.
Рассматривая космогоническую гипотезу Лапласа с сегодняшних позиций, можно сказать, что ему не нужно было представлять начальную стадию в виде вращающейся туманности, поскольку кантовская модель равномерно распределенной хаотичной среды может распадаться любым способом, в том числе и путем
быстрого вращения, как показали впоследствии многочисленные современные
исследователи этого направления.
Сторонники Лапласа этим вращением пытались объяснить вращение спиральных рукавов галактик под действием силы притяжения ядра галактики.
Лапласу одному из первых пришла в голову мысль, что, в соответствии с корпускулярной теорией света2 Ньютона, может существовать такое массивное тело,
что свет не может выйти из сферы его притяжения. То есть Лаплас, фактически,
первым высказал мнение о возможном существовании черной дыры.
Но основным, бесценным вкладом Лапласа в астрономию является строгое доказательство гравитационной, динамической устойчивости солнечной системы
и создание теоретических основ небесной механики.
Несмотря на различие гипотез Канта и Лапласа, их объединяет концепция закономерного преобразования туманности в тела Солнечной системы. Поэтому и
принято называть эту концепцию – гипотезой Канта-Лапласа.
С момента создания гипотезы Канта-Лапласа и до пятидесятых годов прошлого столетия теория гравитационного сжатия не только существовала, как основная космогоническая концепция в астрономии, но и интенсивно развивалась.
Так американский астрофизик Мартин Шварцшильд3, теоретически исследовал возможный процесс гравитационного коллапса - катастрофически быстрого
сжатия массивных тел под действием Ньютоновских сил притяжения.
О чем говорит его теория? Она доказывает, что при гравитационном коллапсе
наступает катастрофическое захлопывание - т.е. сжатие звезды за каких-нибудь
несколько минут в сверхплотную «точку». Была рассчитана предельная масса
этой «предельной точки». Она оказалась не более 2 масс Солнца.
Итак, в рамках этой теории, завершающий этап эволюции звезды очень прост:
после исчерпания в звездах ядерного горючего они теряют свою механическую
устойчивость, начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру и
внутренняя, центральная область звезды становится телом с бесконечной плотностью, т.е. происходит коллапс.
Шварцшильд вывел формулу для гравитационного радиуса сферы, на которой
сила тяготения, создаваемая массой M, лежащей внутри этой сферы, стремится
к бесконечности.
Гравитационный радиус
R(qr.)=2MG/c2,
где G – гравитационная постоянная, с – скорость света в вакууме.
Гравитационный радиус обычных небесных тел по Шварцшильду ничтож2. Свет имеет как корпускулярное (состоящих из отдельных частиц - корпускул),
так и волновое свойства
3. Сын знаменитого немецкого астрофизика Карла Шварцшильда (1873 - 1916), создавшего одновременно с Артуром Эддингтоном (1882 – 1944) теорию лучистого равновесия.
11
Астрономические беседы с юными учениками
но мал, например, для Солнца R(qr.) ≈ 3км., а для Земли ≈ 0,9 см. Такой радиус
носит имя своего изобретателя – радиус Шварцшильда. В результате коллапса
тело сжимается до размеров гравитационного радиуса Шварцшильда. Никакое
излучение или частицы не могут преодолеть поле тяготения этого тела и выйти
к удаленному наблюдателю. Такое тело американский астрофизик Джон Уиллер
назвал Черной дырой. И сейчас звучит абсурдно, когда некоторые современные
астрофизики говорят об излучении черных дыр.
Чтобы проще понять такое явление, представим себе астронавта, который,
улетая от нас в дальний Космос, обязался посылать нам на Землю радиосигналы
через каждую секунду. Сначала посланные сигналы доходят до земли с секундными интервалами, пока астронавт не оказывается в зоне действия коллапсировавшей звезды, радиус которой равен критическому Шварцшильдовскому радиусу. И чем ближе он подлетает к этой звезде со скоростью, увеличивающейся под
действием притяжения, тем чаще земные наблюдатели с удивлением и страхом
замечают, что радиосигналы следуют один за другим все реже и реже и, наконец,
перестают поступать и вовсе… А между тем астронавт, по своим часам посылал
сигналы со строго секундными интервалами. Об этом более подробно мы поговорим в шестнадцатом письме при рассмотрении известной задачи замедления
времени в теории относительности.
Это красивое и увлекательное решение побудило многих выдающихся астрофизиков еще более углубиться в эту теорию и попытаться создать «завершенную» теорию внутреннего строения звезд.
Американский астрофизик Чандрасекар Субрахманьян (по национальности
индус) расширил рамки этой теории, разработав концепцию звездной эволюции
(теория внутреннего строения звезд). За эту работу он получил Нобелевскую
премию по физике.
Крупнейший английский астрофизик Фред Хойл (1915 - 2001), много сделавший в теории гравитационного коллапса, так был увлечен этой проблемой, что
даже стал писать научно – фантастические произведения. После этого термин
«Черная дыра» Джона Уиллера вошел во всеобщий обиход. Научная фантастика
и научная теория внутреннего строения звезд начали использовать это понятие в
различных мыслимых и немыслимых вариантах.
Хойлу же принадлежит оригинальная концепция о стационарной Вселенной,
не эволюционирующей, всегда, в среднем, остающейся равной самой себе. Стационарности Вселенной Хойл достигал с помощью гипотезы о непрерывном
рождении вещества (из пустоты!) во Вселенной.
Чтобы завершить историю создания теории гравитационного сжатия, нужно сказать, что до начала ХХ века астрофизика была еще в зачаточном состоянии. Отсутствовали такие мощные инструменты современной астрофизики, как
спектральный анализ звезд и галактик и их исследование в широком диапазоне
длин волн (от рентгена до радиоволн). Поэтому теория гравитационного сжатия
возникла и развивалась чисто умозрительно, без глубокого анализа результатов
астрономических наблюдений. Да их, и не было в достаточном количестве.
Виктор Амазаспович считал, что «эра умозрительных космогонических теорий прошла, и создание современной концепции происхождения небесных
тел должно основываться на достоверном наблюдательном материале, на его
анализе и обобщении». Умозрительные, т.е. просто-напросто придуманные,
12
письмо третье
пусть даже логически строгие и чрезвычайно остроумные построения, опасны
тем, что за ними может не быть никакой реальности.
На самом деле, Виктор Амазаспович эту мысль понимал гораздо глубже, и его
устные разъяснения сводились к тому, что истинное творчество отличается от
придуманных построений еще и тем, что творчество включает в себя, кроме логики, научную прозорливость – научную интуицию.
Об этом много рассуждал и Анри Пуанкаре. В частности, Пуанкаре говорил:
«...Логика и интуиция играет каждая свою необходимую роль. Для творческой
деятельности обе они неизбежны. Логика – орудие доказательства, дающее достоверность, а интуиция – орудие творческого изобретательства».
О разнице между умозрительным творением и истинным творчеством знают
не только ученые, но и широкий круг людей, занятых интеллектуальной деятельностью.
Кстати, совсем недавно, перечитывая немецкого поэта Фридриха Шиллера,
я поразился, обнаружив у него аналогичные мысли относительно «умозрения»
и «творчества»: В какой-то момент осуществилась давняя мечта Шиллера - он
встретился и крепко подружился с самим Гете. Под влиянием Гете, Шиллер, переосмыслив свое отношение к таким понятиям как «свобода», «красота», «эстетика» и «творчество», воодушевленно заявил – «...Переход от умозрения к творчеству меня осветил и омолодил».
А ведь сколько «успешных» писателей, по-своему талантливых, искусственно придумывали свои рассказы и даже многотомные романы, заменив истинное
творчество художника ловким ремесленничеством. Это всякие Акунины со своими Фандориными, Донцовы со своими детективами, и многие другие, засоряющие разум и душу человека.
Дело в том, что страшно не само существование армии этих умозрительных
писак, а бесовское овладение умами и душами миллионов и миллионов почитателей такого чтива, тем более юношеского возраста.
Беспредельным позором современного человечества я считаю, например, дьявольский психоз, царящий вокруг «Гарри Поттера». У всех этих произведений
короткая жизнь. Но так было всегда, и время им судья.
Вот почему бесконечно ценны глубокие переживания героев Гоголя, Толстого,
Достоевского, Лескова, Астафьева, Распутина и многих других.
Вернемся к своей науке.
Из истории науки можно почерпнуть много поучительных примеров исследований, в которых чистое умозрение заменяется многосторонним рассмотрением
проблемы с использованием, как теоретических построений, так и анализа наблюдательных данных.
Ведь совершенно очевидно, что без надежных и точных измерений орбит
движения планет солнечной системы, которые выполнил величайший астрономнаблюдатель Тихо-Браге, ни Кеплер, ни Ньютон не смогли бы создать свои фундаментальные законы. Дальнейшее развитие науки должно происходить в таком
же русле.
К теории гравитационного сжатия Виктор Амазаспович относился вполне
определенно, хотя в научных, и тем более в научно–популярных статьях, можно
встретить приписываемые ему ошибочные высказывания.
Он не был столь категоричен, как многие противники этой теории и считал,
13
Астрономические беседы с юными учениками
что существование процесса гравитационного сжатия во Вселенной вполне возможно, хотя прямых процессов конденсации фактически не зарегистрировано.
Но самое главное, по его мнению, это то, что теория гравитационного сжатия
не в состоянии, хоть сколько-нибудь правдоподобно, объяснить, то гигантское
разнообразие нестационарных процессов, происходящих во Вселенной, зарегистрированных современными астрофизическими наблюдениями.
Амбарцумян считал также ошибочным распространенное мнение о том, что
релятивистская астрофизика, оперирующая результатами общей теории относительности, ответила в основном на все главные вопросы астрофизики. Подробно об этом рассказано в письме о теории относительности в астрофизике.
Четвертое письмо
Еще немного про астрономию и астрономов. Астрономия в древнем мире. Обсерватория в Александрии и первые астрономические инструменты. Основоположник астрономии Гиппарх и его звездный каталог. Регистрация первой Сверхновой звезды. Определение прецессии Земли. Коперник, Галилей, Тихо-Браге,
Кеплер и Ньютон. Расширяющаяся Вселенная. Закон Хаббла. Теория «Большого
взрыва».
Ч
еловечество давно ищет и хочет представить себе, свое место во Вселенной. Самые древние археологические данные – астрономические
сюжеты, обнаруженные на надгробьях в Египте, датируются 2000 годом до н.э., Стоунхенджу – древнейшей обсерватории в Англии, состоящей из
гигантских камней, специально установленных для определения, в частности,
момента солнцестояния - 4000 лет.
Первая в мире научная астрономическая обсерватория возникла в Египте,
в городе Александрии, основанном в 332 году до н.э. Александром Македонским.
Здесь была создана своего рода академия наук с богатейшей, прославленной библиотекой.
Астрономические инструменты, созданные в Александрии древними греками,
служили прообразом всех астрономических инструментов, вплоть до появления
оптических телескопов. Это трикветрумы, стенные и перекладывающиеся квадранты, секстанты, астролябии, армиллярные сферы и т.д. Все эти инструменты,
хотя и совершенствовались сначала арабами, а позже европейцами, но сохранили принцип действия, заложенный еще в александрийской школе. Так, в ХV веке
в Самаркандской обсерватории Улугбек соорудил секстант радиусом в 40,2м. А
Тихо-Браге в 1600-х годах работал на 6-и метровом стенном квадранте с 2-х минутной точностью.
Вызывает удивление, как, еще во втором веке до н.э., древнегреческий астроном Гиппарх, составил звездный каталог из 1022 звезд, отличающийся высокой
точностью. Он был настолько поражен появлением новой звезды в созвездии
14
письмо четвертое
Скорпиона в 134 году до н.э., что составил собственный каталог с тем, чтобы будущие астрономы могли следить за появлением новых и исчезновением старых
звезд. Сравнивая долготы этих звезд с долготами, определенными на 150 лет раньше греческими астрономами Аристиллом и Тимохарисом, Гиппарх обнаружил и
определил величину прецессии - годового отклонения земной оси. Гиппарх оценил это смещение в 36’’4 в год . Он ввел в географию способ определения места на
земной поверхности по широте и долготе и многое, многое другое.
Поэтому Гиппарх по праву считается одним из основоположников астрономии.
Величайший астроном Николай Коперник (1473–1543) без оптического телескопа, с помощью своего визирного прибора «трикветрум», с огромной точностью проанализировал видимые движения планет вокруг Солнца и, «включив»
свою гениальную интуицию, основал гелиоцентрическую систему, совершив
переворот в астрономической науке. Свое учение он изложил в сочинении «Об
обращении небесных сфер» (1543г.). Книга вышла в свет в день его смерти. Этот
величайший труд был запрещен католической церковью в 1616 -1828 года.
Немного расскажу о Галилео Галилее (1564–1642), который жил в Италии и о
том, как он создал первый телескоп. В Голландии в 1600 году появились умелые
стекольных дел мастера и, как гласит легенда, дети стекольщиков случайно заметили «увеличение» предметов с помощью выпуклых стеклышек. Так стеклоделы догадались изготовлять и продавать мореплавателям зрительные трубы.
Вы знаете, что голландцы были великими мореплавателями, и им были нужны
зрительные трубы. Галилей воспользовался опытом голландских мастеров и в
1604 году создал первый телескоп (с 30 кратным увеличением), с помощью которого открыл пятна на Солнце, лунные горы, спутники Юпитера – Ио, Европу, Ганимеда и Каллисто.
Иная судьба выпала на долю датского астронома, наблюдателя Тихо-Браге
(1546–1601), который превзошел всех своих предшественников по точности
измерений без оптических приборов.
Датский король Фридрих второй подарил ему целый остров Гвеен, назначил
ему постоянное годовое содержание, построил ему великолепную обсерваторию на этом острове, назвав его Ураниенбургом и оснастил ее самыми лучшими инструментами того времени.
Ученые дальних стран и даже многие государи посещали Браге на его острове. Его постоянно окружали студенты, приходившие учиться под его руководством. Ему удалось определить продолжительность года – 365 суток, 5 часов, 48
минут и 45 секунд. Это измерение на одну секунду отличается от современных
измерений. Вот что означает астрономическая точность великого наблюдателя.
Но вот беда: из своих сверхточных измерений он не получил ни одного астрономического закона. Воспользовавшись его измерениями, сделали это Кеплер
(1571–1630) (законы движения планет), которого Браге неоднократно приглашал к себе, и Исаак Ньютон (1643–1727) (закон всемирного тяготения и теория
движения небесных тел – основа небесной механики).
Можно привести еще много замечательных и увлекательных примеров
открытий выдающихся астрономов, но мы тогда сильно отвлечемся от своей
4. По современным данным она составляет 50'',2 в год.
15
Астрономические беседы с юными учениками
основной задачи. Однако невозможно промолчать о фундаментальном понятии
астрономии – о размерах и структуре Вселенной.
Долгое время астрономы придерживались принципа «неизменности
Неба» Аристотеля: раз и навсегда сотворенный Мир живет неизменной жизнью. Все видимые изменения в звездном мире считались незакономерными,
курьезными явлениями.
После открытия Уильямом Гершелем (1738–1822) туманностей, одной из насущных проблем космогонии стала проблема определения расстояний до небесных тел.
Ее решил американский астроном Эдвин Хаббл (1889–1953) с помощью анализа смещения спектральных линий далеких галактик. Он установил прямую пропорциональность красного смещения (смещения спектральных линий в сторону
длинных волн) скорости удаления галактик, а также и расстоянию до них (закон
Хаббла). Этот закон является одним из фундаментальных законов астрономии.
Он же с помощью наблюдений установил факт разбегания галактик.
Однако в научной литературе принято считать советского физика А.А. Фридмана первым ученым, теоретически доказавшим расширение Вселенной: он обнаружил в уравнениях тяготения Эйнштейна нестационарные решения, подтверждающие расширение Вселенной. Но, как, ни парадоксально, из этих же уравнений
сам Эйнштейн получил доказательство стационарности Вселенной и долгое время
не признавал расширения Вселенной, что говорит только о сомнительном качестве общей теории относительности.
Таким образом, Хабблом было установлено, что Вселенная не статична, а находится в состоянии расширения.
Оказалось, галактики удаляются со скоростями, пропорциональными их расстояниям от нас. Это означает, что если одна из них расположена от нас в сто раз
дальше, чем другая, то она и удаляется от нас в сто раз быстрее.
Хаббл был пытливым и очень изобретательным исследователем. Он изобрел
различные способы определения межгалактических расстояний (например, использовал строго периодичные вариации светимости особых переменных звезд
– цефеид).
Сравнение расстояний, измеренных различными методами, подтвердило безукоризненную точность метода определения расстояний по величине красного смещения спектров звезд. Современная астрофизика пользуется в основном
этим методом, особенно для самых далеких объектов, находящихся на «краю»
Вселенной.
Современные крупные наземные и орбитальные телескопы способны прощупать край Вселенной, простирающийся до 20 млрд. световых лет и измерить скорость самого далекого удаляющегося объекта, приближающуюся к скорости света (300000 км/сек), но, ни в коем случае, не превышающую ее. Ведь современная
физика не допускает скоростей больше скорости света.
Неоспоримый факт расширения Вселенной многими исследователями был
принят в штыки. Долгое время упорно отвергал возможность расширения Вселенной и Эйнштейн, т.к. это противоречило его теоретическим измышлениям.
Естественно захотеть пустить мысленно расширение Вселенной в обратном направлении и проследить обратную эволюцию Вселенной по времени в прошлое.
Тогда мы придем к тому, что много миллиардов лет назад Вселенная была со16
письмо четвертое
средоточена в малом сверхплотном объеме, в «точке» и, в результате катастрофического взрыва этой «точки» образовалась наша Вселенная. Это так называемая
теория «Большого взрыва». Впервые об этом догадался блестящий физик ХХ века
Георгий Гамов.
Этой теории отдается сейчас, большее предпочтение, чем другим, альтернативным теориям.
В то же время теория Большого взрыва не претендует на роль единственно
возможного описания образования Вселенной. Однако она действительно дает
удовлетворительную схему для объяснения многого из того, что наблюдают
астрономы.
Сегодня большинство астрономов принимают космологическую теорию Большого взрыва в качестве описания образования наблюдаемой Вселенной, но, только, начиная с момента ядерного синтеза, когда возраст Вселенной составлял уже
около одной минуты. Когда речь идет о более ранних моментах существования
Вселенной, рассуждения уже выходят за пределы области знаний современной
физики.
Теория Большого взрыва не разрешила три фундаментальных проблемы: что
было до начального момента, какова природа сверхплотного первоначального
объема - сингулярной «точки» и каким образом сформировались галактики?
Вы можете увидеть воображаемую картину Большого взрыва в красочном изложении «Redshift –3», который я вам подарил, и пока этим довольствоваться.
Однако нужно знать, что существует достаточно много серьезных замечаний и
возражений против этой теории. Окончательное слово за будущими астрономами.
Установлено, что Вселенная, или как говорят астрономы, Метагалактика, содержит примерно сто миллиардов галактик, а каждая галактика столько же звезд.
А самое интересное, что, как галактики во Вселенной, так и звезды в галактиках,
распределены неравномерными отдельными группами – скоплениями. И, что
существенно, скопления звезд и галактик находятся на различных этапах своего
развития, т.е. скопления звезд и галактик могут быть молодыми и старыми.
Пятое письмо
Бушующая Вселенная. Крабовидная туманность. Синхротронное излучение и
обратный Комптон - эффект. Звезды типа Т Тельца и FU Ориона. Переменные
звезды.
П
о мере увеличения количества астрономических наблюдений «спокойное небо» Аристотеля, переставало казаться спокойным. Изменения светимости и положения небесных объектов во Вселенной
трудно обнаружить, поскольку заметные изменения происходят в течение сотен
и миллионов лет. Но астрономы со времен Гиппарха научились накапливать и
17
Астрономические беседы с юными учениками
оставлять информацию о небесных объектах, и новые поколения астрономов,
составляя новые каталоги небесных объектов, сравнивая свои наблюдения с
наблюдательными данными прежних эпох, получали неоценимые результаты
о перемещениях и изменениях яркости звезд за много сотен лет. Совсем недавно космический корабль «Хаббл» обнаружил на радиальном выбросе галактики М87 сильный взрыв (увеличение светимости в 90 раз), подтверждающий
активность этой галактики, предсказанную Амбарцумяном (см. фото выброса в
галактике М87). Это произошло, к сожалению, после смерти Виктора Амазасповича. Он был бы чрезвычайно обрадован этим событием.
Подробно остановлюсь на замечательной истории возникновения и формирования Крабовидной туманности. Эта туманность в астрономической науке
сыграла совершенно, исключительную роль. Недаром, среди астрономов бытует
шутка, что современную астрофизику можно разделить на физику Крабовидной
туманности и ... все остальное. Дело в том, что Крабовидная туманность возникла
и развивалась на глазах у астрономов - уникальный случай! – и, более того, в ней
был обнаружен весь спектр загадочных астрономических явлений, которые присутствуют во многих объектах Вселенной.
В 1054 году, тогда, когда еще не было ни телескопов, ни фотографии, китайские и японские астрономы, каждую ночь внимательно наблюдая за изменениями, происходящими в звездном мире, обнаружили в созвездии Тельца новую
звезду, назвали ее «звездой – гостьей», срисовали ее, установили ее координаты
и продолжали наблюдать за ней.
На глазах у ошеломленных наблюдателей эта звезда, с каждым днем увеличивая свой блеск, превзошла по яркости Венеру – самое яркое светило неба после
Солнца и Луны, и была видна даже днем.
Это было 900 лет назад и, как выяснилось в дальнейшем, это был, выражаясь
современным языком, мощный взрыв сверхновой звезды.
С тех пор астрономы не переставали следить за «звездой – гостьей». Дальнейшие наблюдения показали, что в окрестности этой звезды начала образовываться расползающаяся туманность. Поскольку туманность расположена от нас
далеко – на расстоянии 1000 парсек5, то заметное, хотя и медленное, увеличение
туманности означало, что скорость разлетания образующих ее газов огромна.
Последние точные измерения установили, что газы из центральной звезды выбрасываются, со скоростью свыше 1000 км/сек.
Так «на наших глазах», всего за 900 лет, в результате вспышки сверхновой
звезды образовалась Крабовидная туманность, которая теперь уже досконально
изучена.
Чем же она замечательна?
Прежде всего, тем, что туманность, бесспорно, образовалась в результате
мощного взрыва звезды.
Замечу, что гипотеза о том, что образование туманности происходит из активной звезды, а не наоборот, была высказана в начале ХХ века замечательным математиком, физиком и астрономом Анри Пуанкаре. Очень интересно то, что ни в
одной астрономической книге этот факт не упоминается. Единственную ссылку
на это высказывание я обнаружил у Виктора Амазасповича.
5. 1 парсек = 3,26 световых лет.
18
письмо пятое
Затем, астрономы заметили в центральной части Крабовидной туманности две
близко расположенные друг к другу, слабые звездочки 16-й величины. И вот оказалось, что южная из этих звезд - отнюдь не обычная звезда, а нечто, совершенно
особенное.
Это был компактный источник сильнейшего радиоизлучения направленного
действия, подобный прожекторному лучу - пятый кембриджский «пульсар»6.
Измеренный период колебаний излучения пульсара в Крабовидной туманности оказался рекордно малым – 0,033 секунды.
Пульсар интерпретируется сейчас, как быстро вращающаяся намагниченная
«нейтронная» звезда. Однако механизм его мощного рентгеновского и радиоизлучения до сих пор окончательно не ясен.
Интересно, что в начальный период открытия пульсаров было большое количество ученых, склонных считать их периодическое излучение сигналами внеземных цивилизаций.
Установлено, что пульсар в Крабовидной туманности со временем замедляется, «инжектируя» релятивистские электроны и вызывая тем самым и радио,
и рентгеновское излучение туманности. Если бы пульсар «выключился», то через
несколько месяцев прекратилось бы жесткое рентгеновское излучение туманности, а через сотню лет кончилось бы и ее оптическое излучение.
В 1953 году И.С.Шкловский (1916–1985) показал, что оптическое излучение
Крабовидной туманности, по крайней мере, на 95% обусловлено сверхэнергичными (релятивистскими) электронами, движущимися в магнитном поле туманности. Таким образом, было показано, что излучение Крабовидной туманности
является, «синхротронным»7 (или, как говорят физики, магнитно–тормозным,
или, как говорят «оптические» астрофизики, является непрерывной эмиссией).
На основе разработанной И.С.Шкловским теории было предсказано наличие
магнитного поля туманности и, следовательно, поляризация ее излучения.
Вскоре в Бюракане, Ленинградским астрономом Домбровским и была измерена поляризация света этой туманности.
В 1957 году к всестороннему анализу механизмов возникновения непрерывной эмиссии в Крабовидной туманности обратился Виктор Амазаспович в работе
«О плотных облаках релятивистских электронов». В этой работе он рассматривает и другие возможные механизмы излучения.
Он подтверждает мнение И.С.Шкловского, что в Крабовидной туманности
значительная, и даже основная часть тормозного излучения в магнитном поле,
испускается в оптических лучах.
Однако там, где имеется достаточно большого размера плотное облако релятивистских электронов, концентрация фотонов, испускаемых при тормозном
излучении, увеличивается, и эффект рассеяния электронов на этих фотонах (обратный Комптон эффект) становится весьма значительным. В результате, излучение, являющееся следствием рассеяния электронов на фотонах, может во много раз превзойти тормозное излучение, особенно, если при заданном магнитном
поле энергии электронов велики.
6. Пульсирующие источники радиоизлучения были открыты в 1967 году. Импульсы пульсаров
повторяются с периодом от нескольких сотых долей до сотен секунд.
7. Такое излучение впервые обнаружено физиками на синхрофазотроне.
19
Астрономические беседы с юными учениками
В Крабовидной туманности, как показал Бааде, наблюдаются яркие сгущения
и волокна, которые, вероятно, являются такими плотными облаками релятивистских электронов.
Аналогично Крабовидной туманности, можно подозревать существование
плотных облаков релятивистских электронов у иррегулярно переменных звезд
типа Т Тельца, чем объясняются вспышки нетепловой непрерывной эмиссии.
Изучение этих загадочных переменных объектов находятся в центре внимания
астрофизиков мира.
Виктор Амазаспович впервые рассмотрел вопрос о том, с каким из двух возможных излучений мы имеем дело: со случаем, когда преобладает тормозное излучение в магнитном поле, или со случаем, когда, наоборот, преобладает излучение из-за рассеяния на собственных фотонах облака. Решение этого вопроса
существенно, так как продолжительность излучения в этих случаях оказывается
совершенно, различной.
В результате, Виктором Амазасповичем было получено фундаментальное соотношение параметров обоих явлений – формула, позволяющая по наблюдаемым величинам получить ответ на вопрос: какой из двух процессов (магнитнотормозное или обратный Комптон - эффект) является преобладающим.
С развитием астрофизических методов наблюдений и вводом в строй крупнейших телескопов во многих обсерваториях мира, количество обнаруженных разнообразных туманностей, образовавшихся в результате активности «центральной»
звезды, сильно увеличилось (планетарные, кометарные туманности и т.д.).
Однако именно Крабовидная туманность своим наглядным примером взрыва Сверхновой звезды указала путь к познанию космогонической эволюции
Галактики.
Многие исследователи считали появление Крабовидной туманности явлением
редким, уникальным и не могущим служить примером для космогонических обобщений. Требовались новые доказательства.
В 1934 году Виктор Амазаспович создал в Ленинградском Государственном Университете, впервые в СССР, кафедру теоретической астрофизики, а в 1946 году, в
Армении. Бюраканскую астрофизическую обсерваторию.
Как в Ленинграде, так и в Бюракане, определяя область астрофизических исследований и направление работ, он нацеливал своих сотрудников исключительно
на решение самых важных и злободневных проблем астрофизики – на совершенствование методов теории переноса излучения, на их приложение в астрофизике
и на обнаружение и исследование нестационарных объектов Вселенной. Все эти
бурно развивающиеся области астрофизики, в конечном счете, имели космогоническую направленность, которую мы подробно рассмотрим.
Особое место среди нестационарных объектов занимают переменные звезды с
разнообразными, фантастическими проявлениями вспышечной активности.
Такими объектами являются, например, звезды типа FU Ориона (Фуоры), которые вдруг, за короткий промежуток времени, повышают свою светимость в наблюдаемой части спектра более чем в сто раз, после чего удивительным образом,
долгие годы сохраняют повышенную светимость.
Ни одна из теорий внутреннего строения звезд не в состоянии объяснить подобное явление. Задача обнаружения новых Фуоров, до сих пор, является важной
и престижной задачей.
20
письмо пятое
В 1970 году в Пулковской обсерватории мы с астрономом Аделаидой Андреевной Стругацкой, честолюбиво и воодушевленно взялись за поиск Фуоров. С помощью блинк - компаратора (прибора сравнения яркости звезд двух пластинок
для одного и того же участка неба, полученных в разные эпохи), просмотрели (в
основном работала Стругацкая) все пластинки северного полушария, имеющиеся
в обсерваторской «стеклотеке», снятые в разные эпохи. Эта большая работа, длившаяся больше года, завершилась полным провалом: нам не удалось обнаружить ни
одного нового Фуора. Да, не легкое это дело - обнаружить уникальный объект.
Исследование переменных звезд стало одной из главнейших задач для бюраканских астрофизиков. Обсерватория, без преувеличения, стала естественным
координирующим мировым центром по исследованию нестационарных явлений
во Вселенной.
В Бюракан и, естественно, к Виктору Амазасповичу, приезжали астрофизики со
всех континентов. Работы проводились в содружестве с другими обсерваториями
СССР и со многими зарубежными странами. Новейшую информацию об обнаруженных и исследованных нестационарных объектах одному из первых сообщали
Виктору Амазасповичу.
Были обнаружены удивительные переменные звезды.
Так, например, одна из вспышек сверхновой в соседней галактике превысила
суммарную мощность излучения миллиардов звезд этой галактики! А за период
яркого свечения сверхновой, который длится около года, она излучает такое количество энергии, которое наше Солнце излучает за миллиард лет. При этом сверхновая выбрасывала огромные массы газа с космическими скоростями.
Некоторый класс переменных звезд ведет себя более или менее стереотипно –
в несколько раз они повышают свою светимость в течение сравнительно короткого
времени от доли минут до нескольких часов, а затем, очень медленно восстанавливают свою первоначальную светимость. Они составили класс, так называемых регулярных переменных, в отличие от звезд, хаотично меняющих свою светимость,
которые были причислены к иррегулярным переменным. Все эти звезды досконально изучались и Бюраканскими и зарубежными астрофизиками.
Шестое письмо
Где и как зарождаются звезды? Как найти молодые звезды среди такого разнообразия звезд? Нестационарность звездных систем и статистическая физика.
Теория Амбарцумяна о нестационарных звездных системах. Двойные звезды. Долгая и короткая «шкала времени».
В
иктора Амазасповича, как и многих астрофизиков, не оставляла дерзновенная мысль – выяснить «как зарождаются, живут и гибнут звезды, есть ли у этого процесса начало и возможно ли его окончание, как
именно совершаются в звездах те или иные физические процессы?».
21
Астрономические беседы с юными учениками
К этой задаче мы с вами могли бы подойти очень просто. Если уже известно,
что звезды бывают молодые и старые, то значит, должны быть и новорожденные
звезды, и нужно искать место их рождения в Галактике. Да, но где и как их искать? Как их найти среди такого разнообразия звезд, звездных скоплений и газовых туманностей в нашей безбрежной Галактике, с сотнями миллиардов звезд?
С чего нужно начинать?
Ответить на эти вопросы совсем не просто. Ясно было одно, что без разработанной стратегии поиска места рождения звезд, почти бессмысленно начинать
такую дерзновенную работу.
Конечно, астрофизические наблюдения дали возможность расширить наши
знания о физических процессах, происходящих в звездах и межзвездной среде.
Современная теоретическая физика помогла правильно истолковать наблюдательные данные и понять сущность этих процессов. Не случайно возникла новая наука
– теоретическая астрофизика, дающая возможность теоретически рассчитать
многие физические явления, происходящие в звездах, туманностях и галактиках.
Большинство астрофизиков пыталось, хоть как-то выяснить, когда и как возникло большинство звезд Галактики, какова продолжительность их жизни, есть
ли эволюционная связь между звездами и газовыми туманностями?
На какие фактические данные наблюдательной астрофизики следовало, прежде всего, обратить внимание при исследовании вопроса о происхождении и развитии звезд?
Ведь к тому времени наблюдатели измерили и зарегистрировали самые разнообразные параметры, характеризующие туманности, двойные и кратные звезды,
открытые и шаровые скопления звезд и т.д.
Виктор Амазаспович с самого начала считал, что, прежде всего внимание должно быть обращено на неустойчивые звездные группы и на звезды, находящиеся в
неустойчивом состоянии.
Почему изучение неустойчивых состояний представляет особенно большой
интерес для космогонии?
Виктор Амазаспович говорит: «...Известно, что важным двигателем всякого
процесса развития в природе являются противоречия. Эти противоречия особенно ярко проявляются тогда, когда система или тело находятся в неустойчивом
состоянии, когда в них происходит борьба противоположных сил, когда они находятся на поворотных этапах своего развития. Поэтому объекты, находящиеся в
неустойчивом состоянии, заслуживают особого внимания».
Значит, при поиске области звездообразования следует, в первую очередь, обратить внимание на нестационарность, неустойчивость объектов этой области8.
Однако понятие неустойчивости, нестационарности необходимо было перевести на научный язык, на язык точных физико-математических определений.
8. Если вдуматься, то можно распространить принцип нестационарности на процесс рождения и в
биологическом мире. Ведь процесс рождения это процесс, противоположный всеобщему распаду, стремящемуся к равновесию.
Но откуда черпается та загадочная сила, которая вопреки всемогущему Вселенскому закону - стремлению к равновесию (второе начало термодинамики), рождает звезды, галактики и разумную жизнь на
земном шаре?
Человечество еще долго будет искать и не находить ответ на этот ошеломляющий и поразительный
вопрос Мироздания. Оставим ответ на этот сверхвопрос тому гениальному мыслителю, который родится в будущем и сумеет, и успеет ответить на него за время существования нашей цивилизации.
22
письмо шестое
В 1930–годах, в Ленинградском университете, Виктор Амазаспович положил в
основу теоретической астрофизики такие области знаний, как звездная динамика
и статистическая физика и в результате создал теорию нестационарных кратных
звезд и звездных систем.
Эта, как потом выяснилось, фундаментальная теория нестабильности звездных
систем стала решающей основой поиска нестационарных объектов и, следовательно, областей звездообразования.
Но до тех пор, пока на основе этой теории не были обнаружены области новорожденных звезд, отношение к этой теории со стороны астрофизиков было почтительно – прохладное: как-то не было полной уверенности в том, что именно
звездная динамика должна была решить судьбу космогонической концепции.
Так или иначе, статистическая механика звездных систем была создана, получен необходимый путеводитель в мир нестабильных объектов, и ее автор ринулся
открывать неизвестные закономерности в этом мире звезд и звездных систем.
Нужно отметить, что до создания статистической механики звездных систем,
вопрос о происхождении звезд рассматривался астрономами путем изучения физических параметров отдельных звезд, совершенно независимо от вопроса о происхождении звездных групп (кратных звезд и скоплений).
Однако исследование одиночных звезд не давало возможности найти ключ к
широкому исследованию происхождения звезд. Необходимо было в область поиска включить кратные звезды (двойные, тройные звезды) и звездные скопления.
Первоначально, благодаря работам Эддингтона и Джинса, принималось, что
изменение массы звезды может происходить только в результате излучения звезды. Однако эта потеря массы происходит настолько медленно, что для заметного
уменьшения массы звезды требуется, чтобы излучение продолжалось в течение
времени порядка 1013 лет. Этим определялся возраст Галактики или так называемая «долгая шкала времени» эволюции звезд.
Джинс утверждал, что распределение эксцентриситетов орбит двойных звезд
является доказательством правильности долгой шкалы времени эволюции.
На самом деле, как показал Амбарцумян, это утверждение оказалось ошибочным. Проанализировав статистику Джинса двойных звезд, Амбарцумян показал,
что «долгая шкала времени» - результат неправильной интерпретации наблюдательных данных об элементах орбит двойных звезд.
Амбарцумян выполнил корректный статистический анализ с использованием
богатых и полных данных каталога Эйткена, визуально двойных звезд. Он отказался от статистически равновесного закона распределения Больцмана, который
давал сильное расхождение с наблюденным законом. Амбарцумян показал, что
равновесное состояние в системе двойных звезд в Галактике еще не наступило.
В результате получилось убедительное доказательство другой, «короткой
шкалы времени эволюции». Она оказалась равной 1010 лет, т.е. в 1000 раз короче
«длинной шкалы». Таким образом, выяснилось, что наша Галактика на 1000 лет
моложе, чем думали наши современники.
Начавшаяся кратковременная полемика между Джинсом и Амбарцумяном
вскоре завершилась.
Самые последние современные работы с использованием большого количества статистического наблюдательного материала определяют величину возраста
Галактики в (1,5 – 1,8) 1010 лет.
23
Астрономические беседы с юными учениками
Это был первый, неоспоримый успех приложения разработанной Амбарцумяном статистической механики звездных систем.
Следующим, еще более существенным шагом использования этой теории, явилось исследование устойчивости или нестабильности звездных систем.
Седьмое письмо
Кратные звездные системы обыкновенного типа и системы типа «Трапеции». Области звездообразования. «Звездные ассоциации».
Д
ля упрощенного понимания значения кратных звездных систем типа
«Трапеции» и их использования для определения стабильности или
неустойчивости кратных звездных систем, представим себе сначала
три звезды А,В,С, которые находятся на различных расстояниях друг от друга.
Если, например, звезды А и В находятся гораздо ближе друг к другу, чем звезда С от них т.е. АВ<АС≈ВС, и звезды образуют вытянутый треугольник (рис.1),
то такие кратные звездные системы называются кратными системами обыкновенного типа.
А
С
В
Кратная система обыкновенного типа. Рис.1
Если же кратная звездная система не обладает указанным свойством, т.е. величины всех трех расстояний между звездами одинакового порядка, (примерно равны): АВ≈АС≈ВС, то она называется кратной системой типа «Трапеции»
(рис.2).
Я вижу, что у вас уже возникло недоумение: рассматривается треугольник,
а называется трапецией.
Да, действительно, трапеция, как геометрическая фигура, должна иметь четыре угла. Сами авторы, Амбарцумян и Маркарян, которые ввели понятие систем
типа «Трапеции»9, считали этот термин не очень удобным, но, учитывая глубокое
космогоническое значение этого понятия, термин сочли вполне уместным.
Дело в том, что звездная динамика, созданная Амбарцумяном, о которой мы
9. Сообщения Бюраканской обсерватории, вып. 11, 1949 г.
24
письмо седьмое
уже говорили при обсуждении движения двойных звезд и определения возраста
Галактики, позволила четко проанализировать, точнее, различить стабильные и
нестабильные (распадающиеся) звездные системы. Было строго доказано, что в
каждой такой тройной системе обыкновенного типа (рис.1), можно свести движение звезд, в первом приближении, к простым ньютоновско-кеплеровским
движениям по эллиптическим орбитам, наподобие орбит планет нашей солнечной системы, устойчивость которой впервые была доказана Лапласом.
Что касается кратных звездных систем типа «Трапеции», то они оказались
системами неустойчивыми, распадающимися. Они-то и стали теми звездными
системами, где можно было искать и находить молодые звезды.
Так был найден желанный ключ к поиску нестабильных, молодых звездных
систем.
Системы типа Трапеции. Рис.2
Что касается употребления неудобного термина «типа Трапеции», то он уже вошел в астрономическую литературу, и это не привело к каким–либо недоразумениям. Однако нужно помнить, что среди рассматриваемых звездных систем будут
встречаться не только трапеции (четверки), но и тройки, пятерки и т.д. (рис.2).
Интересно, что в списке ближайших звезд, составленном Койпером, где приводятся близкие к нам звезды, удаленные от нас не более чем на 10,5 парсек, нет ни
одной системы типа Трапеции.
В 1949 году в Бюракане, была обнаружена в центральном скоплении туманности Ориона «классическая» Трапеция - «Трапеция Ориона» (см. фото), ставшая
объектом многочисленных исследований.
Тот факт, что подавляющее большинство кратных систем звезд имеет строение
системы обыкновенного типа, уже давно привлек к себе внимание астрономов.
Как мы уже говорили, движения в такой системе сводится к совокупности кеплеровских движений. Известно, что эти движения могут продолжаться чрезвычайно долго, и такие системы являются в высокой степени устойчивыми.
А что касается кратных систем типа Трапеции, то они оказались моложе двух
миллионов лет, т.е. они крайне молоды в астрономическом масштабе.
В этом отношении интересны также открытые скопления10, которые часто
10. Есть два типа звездных скоплений: открытые и шаровые. В открытых скоплениях каждая звезда
видна отдельно. Они распределены на небе более или менее равномерно. Среди них больше молодых. К
типичному открытому звездному скоплению относится Плеяды (семь сестер).
25
Астрономические беседы с юными учениками
включают в себя неустойчивые группы звезд.
Системы типа Трапеции весьма похожи на открытые скопления и отличаются
от них лишь тем, что число членов в каждой трапеции мало. Между тем время
распада скопления зависит именно от числа его членов. Чем меньше это число,
тем короче время распада.
Таким образом, открылась прямая дорога обнаружения особо неустойчивых, распадающихся звездных молодых скоплений особого типа – ЗВЕЗДНЫХ
АССОЦИАЦИЙ.
Словосочетание «звездные ассоциации» встречается в научной литературе и
до работ Амбарцумяна (Бидельман и др.)
Однако звездные ассоциации Амбарцумяна, как нестационарные, неустойчивые, распадающиеся звездные системы с многочисленными особенностями,
присущими областям звездообразования, относятся к совершенно новому типу
звездных систем. Звездные ассоциации Амбарцумяна имеют четко выраженный
космологический смысл, и об этом мы поговорим основательно.
Очень трудно определить тот момент, когда Амбарцумян начал исследовать
звездные ассоциации. Первая его статья под названием «Звездные ассоциации»
появилась в Астрономическом журнале в 1949 году.
Но началом пути Амбарцумяна к этой статье, можно, а, по-моему, и нужно,
считать анализ и уточнение теории Росселанда о разрушении скоплений звезд.
Об этом Амбарцумяном еще в 1938 году была опубликована статья « К вопросу о
динамике открытых скоплений»11.
В связи с феноменом звездных ассоциаций Амбарцумяном были первоначально высказаны две гипотезы: 1) О продолжающемся в нашу эпоху процессе звездообразования и 2) О групповом возникновении звезд. Эти гипотезы подтвердились в дальнейшем, составили твердо установленный принцип закономерности
развития звездного мира и легли в основу звездной космогонии.
Были определены и выделены два типа звездных ассоциаций: О-ассоциации и
Т-ассоциации.
О-ассоциации - группы горячих гигантов, среди которых встречаются звезды
типа ВО или более ранние. Диаметры О-ассоциаций заключены в пределах 30 –
200 парсек.
Наиболее близкими к нам О-ассоциациями являются: ассоциация в Орионе
на расстоянии около 330 парсек от нас, ассоциация вокруг Персея, на расстоянии 600 парсек и ассоциация Цефей ІІ на расстоянии 600 парсек. Среди более
далеких ассоциаций выделяются по богатству звездами ассоциация вокруг и h
Персея, ассоциации вокруг Р Лебедя и Киля.
Список ассоциаций, составленный в Бюраканской обсерватории, содержал
25 О-ассоциаций, но общее число О-ассоциаций в Галактике должно измеряться
сотнями.
Пользуясь теорией вероятностей, Амбарцумян первым доказал, что О- ассоциации не могут быть случайными сгущениями, возникшими в результате статистических флуктуаций в распределении звезд типов О и В. Замечено еще, что в
О–ассоциациях относительное число звезд низкой светимости гораздо меньше,
чем для общего звездного поля.
11. Ученые записки ЛГУ № 22, вып.4,19, 1938.
26
письмо седьмое
Именно этим определяется космологический аспект звездных ассоциаций
Амбарцумяна.
Т-ассоциации. В отличие от О–ассоциаций, Т-ассоциации содержат иррегулярные переменные звезды – карлики, называемые звездами типа Т Тельца. Было
установлено, что они расположены небольшими, сравнительно компактными
группами, причем плотность некоторых из этих групп столь велика, что превосходит парциальную плотность звезд типа Т Тельца в окружающем звездном поле.
Есть основания считать, что звезды типа Т Тельца – молодые объекты. Многие
из них, вероятно, имеют возраст порядка 106 лет.
В спектре звезды Т Тельца наблюдаются яркие линии и ее непрерывная эмиссия, иногда, бывает настолько сильной, что все линии поглощения оказываются
завуалированными. Это явление мы обсудили подробно в связи с Крабовидной туманностью и ее непрерывной эмиссией.
Иногда ассоциации содержат и те и другие объекты в значительном количестве.
Названы эти системы О+Т- ассоциациями.
Обнаружение «звездных ассоциаций», вызвало большой интерес среди астрофизиков, но были и серьезные противники, в основном сомневавшиеся в расширении (т.е. распаде) молодых звездных групп.
Но запаздывало уверенное доказательство расширения (рассеяния в пространстве) звездных ассоциаций, как необходимой основы концепции Амбарцумяна.
Скептики продолжали сомневаться в существовании звездных ассоциаций и, тем
более, в их расширении.
К определению «собственных» (тангенциальных) движений звезд ассоциаций
подключились многие первоклассные астрономы мира. Решалась судьба ассоциаций, как областей звездообразования: расширяются ассоциации или нет?
Надо заметить, что измерение собственных движений с необходимой точностью является очень сложным делом, и не каждому наблюдателю доступно.
Первым оказался Адриан Блаау из Лейдена. Он в 1951 году опубликовал свои
измерения собственных движений звезд для ассоциации вокруг Персея (Персей
II). Была надежно измерена скорость расширения ассоциации, которая составила + 0,0027 секунд дуги/градус в год, т.е. расширение, происходило со скоростью
11 км/сек.
Но нашлись и такие астрономы (Wooly, Eggen), которые оспаривали вывод
Блаау о расширении ассоциации. Эти сомнения, по-видимому, следует объяснить
большими ошибками при измерении собственных движений.
Измерения собственных движений звезд в ассоциациях интенсивно продолжались. Блаау и Делей в 1953 году, пользуясь более богатым наблюдательным материалом, вновь подтвердили расширение ассоциации вокруг Персея. Количество
расширяющихся ассоциаций увеличили Маркарян (Цефей ІІ - 8км/сек,) Блаау и
Морган (Ящерица - 8км/сек,) Копылов (Скорпион - 16км/сек.)
Примечательно последующее исследование Блаау собственных движений группы звезд одинакового возраста расширяющейся субассоциации Верхний Скорпион. Это было очень важно с космологической точки зрения. Виктор Амазаспович
высоко оценил эту работу Блаау.
В дальнейшем было обнаружено расширение ассоциации Персей ОВІ, (40 км/
сек.). Среди ОВ-звезд нашлись и «быстролетящие», обладающие пространственными скоростями порядка 100 км/сек.
27
Астрономические беседы с юными учениками
Звездные ассоциации распадаются, главным образом, не под действием галактического центра, а вследствие того, что с самого момента рождения члены
ассоциации получают столь большие скорости движения, что быстро уходят из
сферы взаимного притяжения.
Если для ассоциаций определены скорости их расширения, то можно более
точно определить возраст звезд, составляющих эти ассоциации.
Для ряда О-ассоциаций получились возрасты от одного до пяти миллионов лет
и меньше. Эти возрасты в тысячи раз меньше, чем возраст Галактики. Для возраста Т-ассоциаций еще не удалось получить столь точную оценку, но, по косвенным данным, их возраст должен быть порядка одного – двух миллионов лет.
Более того, обнаружение в звездных ассоциациях молодых звезд, возраст которых не превышает всего 100 тысяч лет, было ошеломляющим. По астрономическим масштабам это очень молодые звезды. Их можно считать просто новорожденными.
Все ли звезды галактики возникли в ассоциациях?
Мы наблюдаем в Галактике большое число ассоциаций, но так как жизнь
звездных ассоциаций коротка, то за все время существования Галактики могли
появиться и рассеяться сотни тысяч, а может быть и миллионы ассоциаций. Эти
числа достаточно велики для того, чтобы сделать правдоподобным утверждение,
что подавляющая часть звезд возникла в звездных ассоциациях.
Таким образом, наблюдательные данные полностью подтвердили представление о том, что звездные ассоциации являются очагами звездообразовании в
Галактике, где групповое возникновение звезд продолжается и в наше время.
Вместе с тем наблюдательные данные показывают, что звезды в ассоциациях формируются в разное время, сравнительно небольшими распадающимися
группами.
Восьмое письмо
Из чего возникают звезды? Гипотеза о дозвездной материи - о сверхплотных
протозвездах. Возможные сверхплотные конфигурации материи. Теория Амбарцумяна о возникновении барионов и гиперонов в сверхплотных средах. Гипотеза
о причинах иррегулярных вспышек звезд типа Т Тельца.
К
акова природа дозвездного вещества? Это наиболее трудный и пока
не решенный вопрос космогонии Вселенной.
Исследование природы и строения «недавно» возникших звездных
ассоциаций дало основание Амбарцумяну выдвинуть новую гипотезу о дозвездной
материи.
Согласно этой новой гипотезе о протозвездах, эволюция космической материи, по крайней мере, в настоящей «космической» эпохе, соответствует переходам от более плотных состояний к менее плотным. Иначе говоря, в новой гипо28
письмо восьмое
тезе исходным состоянием материи является сверхплотное состояние, и поэтому
эту гипотезу можно назвать гипотезой сверхплотных протозвезд.
За исходными сверхплотными и плотными состояниями космической материи в процессе эволюции следуют состояния менее плотные, что соответствует
наблюдаемым формам существования космической материи (звезды, туманности, планеты и т.д.).
Долгое время считалось, что самыми плотными реальными космическими образованиями (кроме искусственно придуманных Шварцшильдом и Хойлом бесконечно плотных «черных дыр») являются звезды - «белые карлики». Средняя
плотность материи некоторых из них может составить сотни тонн в кубическом
сантиметре. Такую высокую плотность можно объяснить, если допустить, что
материя белых карликов состоит из ядер, расположенных друг к другу очень
близко, и свободных электронов («электронного газа»).
Между тем, в земных условиях ядра и электроны обычно входят в состав атомов, где расстояния между электронами и ядрами и, следовательно, размеры атомов, во много раз больше, чем размеры самих ядер и электронов.
В популярной литературе принято очень грубо сравнивать структуру «земного» атома с футбольным стадионом: радиус атома сравнивается с радиусом стадиона, а радиус ядра с радиусом футбольного мяча, между ними, естественно –
пустота, т.е. плотность «земного» атома очень мала по сравнению с плотностью
белых карликов.
Однако теоретические исследования сверхплотных структур (а ими занимались многие физики) показали, что в принципе возможны более плотные формы
существования материи, чем в белых карликах. Они должны состоять большей
частью из нейтронов (нейтронные звезды). Предполагается, что такими нейтронными звездами являются открытые в 1968 году пульсары - источники, обладающие весьма быстрой и строго периодической переменностью в оптическом,
рентгеновском и радиодиапазонах. Пульсары мы с вами обсуждали в предыдущих письмах.
Следует заметить, что теория сверхплотных конфигураций материи является
одной из сложнейших областей теоретической физики. Без преувеличения можно сказать, что эта теория находится в зачаточном состоянии и развивается очень
медленно. Над нею работали Оппенгеймер, Камерон, Гамов и другие выдающиеся
физики. Они показали, что при плотностях материи больше чем 109г/см3 сложные
атомные ядра не могут существовать.
Сегодня теория сверхплотного состояния вещества является центральной проблемой астрофизики, инициированной работами Виктора Амазасповича.
В 1960 году Амбарцумян, совместно с академиком Г.С.Саакяном, теоретически
рассмотрел принципиальную возможность существования в природе еще более
плотных форм материи. Было показано, что в тех случаях, когда плотность газа,
состоящего из элементарных частиц, гораздо больше, чем плотность нейтронных
звезд (около миллиарда тонн в кубическом сантиметре), в таком газе должно начаться возникновение сверхтяжелых элементарных частиц – барионов и гиперонов. При дальнейшем возрастании плотности газа, число возникающих гиперонов будет превышать общее число нейтронов и протонов в газе.
Интересен вывод теории о том, что гипероны, крайне неустойчивые в земных условиях (средняя продолжительность их жизни на Земле равна одной де29
Астрономические беседы с юными учениками
сятимиллиардной доли секунды), при сверхвысоких плотностях газа становятся
устойчивыми.
Согласно этой новой теории о равновесных конфигурациях сверхплотной материи, сверхплотная звезда, начиная с определенного значения массы, должна
состоять в основном из гиперонов.
Из теории получен также важный вывод о том, что равновесные сверхплотные конфигурации материи обладают огромными запасами внутренней энергии,
достаточными для объяснения физической и динамической неустойчивости, возникновения молодых звезд и звездных систем.
Самым важным результатом теории является возможность существования
сверхплотной материи с плотностью, равной или большей плотности атомных
ядер (больше чем 1016 г/ см3).
Теперь перейдем к попытке объяснения иррегулярной переменности звезд.
Очевидно, что любая теория внутреннего строения звезд должна ответить на
вопрос о причинах случайно повторяющихся взрывов звезд, так называемых иррегулярных переменных звезд.
Амбарцумян сделал попытку объяснить феномен вспышек иррегулярных переменных звезд. Он выдвинул пока еще спорную гипотезу (так он сам скромно
определил ее) о том, что молодые звезды, после их возникновения, сохраняют в
себе какое–то количество дозвездного вещества, которое время от времени, в
виде дискретных порций выносится во внешние слои звезды и даже в пространство, окружающее звезду, и затем хаотически взрывается. Этим механизмом
можно объяснить и явление непрерывной эмиссии.
Как считает сам Амбарцумян, предложенная гипотеза, наверное, не вполне соответствует истинному положению дел. «Вполне вероятно, что в действительности все обстоит гораздо сложнее. Однако этой точкой зрения можно пользоваться пока, как рабочей гипотезой – гипотезой о протозвездах» - говорит он.
Не поленимся, повторим более подробно попытку Виктора Амазасповича объяснить такое сложное явление, как иррегулярные вспышки звезд типа Т Тельца и
явление непрерывной эмиссии. Это очень важно. Сегодня других, мало-мальски
правдоподобных объяснений иррегулярных вспышек не существует.
Прежде всего, заметим, что иррегулярность переменных звезд, их хаотические вспышки никак не объяснимы «одноразовым» процессом коллапса звезды,
если допустить, что он имеет место.
То есть, факт повторяемости взрывов решительно противоречит теории
коллапса.
Но как, и где «изготавливаются» те взрывающиеся массы, которые заставляют
звезду время от времени вспыхивать?
Предположение Виктора Амазасповича заключается в том, что после образования звезд не все дозвездное вещество, образующее звезду, превращается в
обычное вещество звезды. Можно допустить, что в недрах молодых звезд еще
сохраняется некоторая, хотя и уменьшающаяся, «осколочная» доля дозвездного
вещества.
Проявлением оставшегося дозвездного вещества и его последующей активизацией можно объяснить иррегулярную переменность, членов Т- ассоциаций и
звезд типа Т Тельца.
Светимость у отдельных звезд типа Т Тельца становится в 20 или 30 раз боль30
письмо девятое
ше, чем в минимуме. У этих звезд во время вспышки возникает нетепловая непрерывная эмиссия, о которой мы много говорили.
Очень трудным вопросом является проблема взрывов дозвездного вещества и
их роли в космогонии всей Галактики и Вселенной. Энергия взрывов дозвездного вещества, в галактических объектах достигающая 1035эрг, а в ядрах галактик
1062эрг, остается теоретически необъяснимой. Это самые большие взрывы, наблюдаемые в природе. И совершенно непонятно, что служит взрывателем сверхплотных дозвездных масс.
Девятое письмо
Признание космологических теорий и концепций Амбарцумяна.
П
осле убедительных доказательств расширения звездных ассоциаций все сомнения и споры прекратились. Звездные ассоциации стали и остаются предметом многочисленных исследований
до сегодняшнего дня. Концепция звездообразования Амбарцумяна бесспорно
подтвердилась. К названию комиссии «звездных скоплений» Международного
Астрономического Союза прибавили слова «и звездных ассоциаций».
Нужно вспомнить, и об этом мы говорили в начале, что до открытия звездных
ассоциаций, Виктор Амазаспович создал статистическую механику звездных систем для анализа нестабильного поведения кратных звезд и звездных систем.
Эта теория по своей значимости не уступает открытию звездных ассоциаций.
Более того, без анализа неустойчивости звездных систем, почти невозможно
было бы обнаружить звездные ассоциации.
Обнаружение звездных ассоциаций произвело такое сильное впечатление в
научном мире, что комитет по Сталинским премиям «перескочил» через «звездную динамику», и в 1950 году Виктору Амазасповичу была присуждена второй
раз высочайшая советская премия в науке – Сталинская премия первой степени
за открытие звездных ассоциаций. (Первую Сталинскую премию, он получил в
1946 году за создание нового метода решения задач переноса излучения - «принципа инвариантности», точнее за работу «Рассеяние света в мутной среде»).
Однако о звездной динамике помнили и пользовались ею многие астрофизики
и небесные механики. Время шло и приверженцев этой теории становилось все
больше и больше.
В 1995 году комитет по Государственным премиям по науке Российской Федерации (бывший комитет по Сталинским премиям СССР) получил представление от группы российских ученых о присуждении Виктору Амазасповичу Государственной премии за результаты работ по звездной динамике, полученные им
еще в 30-х годах. Комитет отнесся к этому предложению весьма одобрительно, и
Виктор Амазаспович, уже как гражданин другого государства – Армении, был
удостоен в третий раз этой высокой премии.
31
Астрономические беседы с юными учениками
Так высоко оценила Россия научный труд Виктора Амазасповича, не утративший
свое значение в течение 65 лет.
Конечно, большую роль здесь сыграла настойчивость известного и авторитетного
астрофизика, академика Александра Алексеевича Боярчука, академика-секретаря
отделения общей физики и астрономии Российской Академии Наук, Президента
Международного Астрономического Союза. В числе решительных сторонников
этой премии был академик Гурий Иванович Марчук и многие другие ученые.
Десятое письмо
Метагалактика. Происхождение галактик, компактные группы компактных галактик, активность ядер галактик, радиогалактики, квазары. Об эволюции галактик.
В
50–х годах прошлого столетия Виктор Амазаспович перешел от исследования нестационарных явлений в мире звезд нашей Галактики
к изучению нестационарных явлений во внегалактических объектах
- галактиках.
Все разработанные им теоретические методы, использованные для выявления
нестабильности кратных звезд и звездных скоплений, оказались применимы и к
внегалактическим объектам - к галактикам. Более того: оказалось, что положение
дел в мире галактик в этом смысле является еще более благоприятным. Кратные
галактики и группы галактик дают интересный материал для суждения о групповом возникновении галактик. Выяснилось, что тенденция к группированию в мире
галактик настолько сильна, что всякое изучение галактик поневоле связывается с
вопросом о природе той или иной группы.
Многими астрономами было установлено, что большинство галактик входит в состав скоплений или групп галактик, в то время как число изолированных галактик в
общем метагалактическом поле мало.
Из статистической механики следует, что скопления и группы звезд с течением
времени должны распадаться. Это было доказано, как мы об этом уже говорили,
Виктором Амазасповичем в 30-х годах прошлого столетия.
Теперь установлено, что в современных условиях Метагалактики, скопления и
группы галактик могут либо сохраняться, либо распадаться. Но они не могут обогащаться за счет галактик, которые возникли независимо от них.
Вывод, сделанный Амбарцумяном из статистических соображений, гласит: «составляющие любой кратной галактики возникли совместно».
Используя нам хорошо известное понятие систем типа Трапеции, и пользуясь
каталогом Холмберга, Амбарцумян установил, что среди 132 кратных галактик 87
имеют такие конфигурации, которые должны быть отнесены к типу Трапеции. Следовательно, они нестабильны: как вам уже хорошо известно, конфигурации типа
Трапеции являются нестабильными системами.
Очевидно, что этот факт имеет глубокое космологическое значение и позво32
письмо десятое
лит получить ценные сведения, касающиеся происхождения и развития этих
объектов.
В 1978 году Виктор Амазаспович вместе с Цвикки обратили особое внимание на
существование среди кратных галактик систем «компактных групп компактных
галактик». Эти системы обладают необычной физической природой и тем самым
занимают особое место в физике и эволюции галактик.
Зарегистрированы 250 компактных групп компактных галактик, а всего их количество оценивается в одну тысячу. Существуют и скопления компактных галактик.
Под руководством Виктора Амазасповича поисками и исследованиями этих объектов в Бюракане успешно занималась астроном Ромелия Шахбазян. И сейчас на
самом крупном бюраканском телескопе (2,6 метровом) эти работы продолжаются.
Однако наблюдения компактных групп компактных галактик ведутся не столь интенсивно, как они того заслуживают.
Начиная с середины прошлого века, астрофизические исследования сильно расширились, благодаря вторжению всеволновых технических средств, в практику
астрономических наблюдений. Радиоастрономические и внеатмосферные наблюдения открыли новые, ошеломляющие по мощности излучения, объекты, в особенности метагалактические.
Были обнаружены такие сверхмощные радиогалактики, что ни одна теоретическая концепция не смогла и близко подойти к объяснению столь гигантских энергий излучения.
Единственной попыткой объяснения образования такого мощнейшего излучения стала гипотеза столкновения галактик, предложенная американскими астрофизиками, хорошо нам известным Вальтером Бааде и Рудольфом Минковским.
Против этой легковесной гипотезы резко выступил Виктор Амазаспович.
Он рассчитал вероятность столкновения галактик во Вселенной, и она оказалась
меньше, чем 10-11. Это означает, что среди 100 миллиардов галактик могут столкнуться только две галактики: событие, настолько мало вероятное, что теория столкновений галактик была отвергнута. Вот как важно владеть теорией вероятностей...
В 1958 году на Сольвейской конференции Виктор Амазаспович предложил совершенно новый подход решения проблемы происхождения и развития галактик.
Предложенная концепция заключалась в образовании галактик в результате выбросов вещества из их ядер.
При этом предполагалось, что галактики, спиральные рукава, газопылевые туманности, звездное население и др. образуются из активного ядра галактики, а не
наоборот, как утверждали многие сторонники теории гравитационного сжатия.
Виктор Амазаспович, анализируя данные наблюдений, упорно утверждал, что в
Метагалактике непременно должны быть очень молодые, вновь зарождающиеся
объекты, из которых должны в процессе эволюции образовываться сами галактики.
Целых 15 лет астрофизический мир безмолвствовал или с недоверием относился
к его идее о происхождении галактик из массивных, сверхплотных ядер.
Наконец, астрономы обнаружили очень слабые в оптическом диапазоне, звездообразные, «квазизвездные» объекты, которые в радиодиапазоне обладали сильнейшим излучением.
Когда спектроскописты измерили их «красные смещения», т.е. определили расстояния до них, то выяснилось, что эти объекты находятся очень далеко. Оказалось,
33
Астрономические беседы с юными учениками
что это самое мощное излучение, зарегистрированное во Вселенной.
Эти объекты были названы «квазарами» (квазизвездными радиоисточниками) и их обозначили GSR.
После квазаров было обнаружено большое количество других квазизвездных
объектов - GSO, не обладающих радиоизлучением, но обладающих высокой светимостью.
На оптических снимках некоторые квазизвездные объекты выглядят, как
слегка «мохнатые» звезды. Их «мохнатость» - результат начавшегося процесса
выброса вещества в окрестность массивного центрального тела.
Дальнейшие, более детальные исследования квазизвездных объектов, выявили весьма сложную картину движения вещества в их окрестности. Во многих
случаев структуры излучения окрестности GSR и GSO в оптическом, радио и
рентгеновском диапазонах длин волн не только не совпадают, но имеют совершенно разные конфигурации.
Однако в движении вещества в окрестности разных квазизвездных объектов
имеется определенное и явное сходство - вещество отчетливо выбрасывается из
его активного центрального тела.
Стало очевидным, что квазизвездные объекты являются «голыми» активными
ядрами будущих галактик.
В связи с открытием «квазаров» и в знак подтверждения правильности предсказания существования таких объектов, как зародышей будущих галактик, Виктор Амазаспович получил многочисленные поздравления от своих коллег.
Дальнейшее развитие галактик, в зависимости от форм активности этих «голых» ядер, могло идти различными путями.
Несколько упрощая картину, эволюцию галактики можно представить следующим образом. Если GSO (или GSR) будет более или менее равномерно и относительно спокойно выпускать из себя вещество, то образуется галактика близкая к
эллиптическому типу (шарообразная).
Если же зародышевое ядро будет сильно инжектировать (выбрасывать) из
себя высокоскоростные массы вещества эксцентрично относительно центра
масс ядра, то может образоваться закручивающаяся спиральная галактика.
Но вновь образованное ядро может и просто взорваться. Тогда образуется бесформенная, но часто очень грациозная иррегулярная галактика.
Может быть примитивно, но чрезвычайно полезно и наглядно включить свою
«петардную» фантазию для представления разнообразных форм образования и
развития галактических струй из взорвавшегося центрального тела.
Так наблюдения подтвердили, что эти процессы являются закономерными фазами космической эволюции, и что эволюционные процессы во Вселенной идут
не по пути сгущения вещества, как 200 лет считали все астрономы, а, наоборот,
по пути распада сверхплотной материи.
Сейчас, когда прошло много времени и астрофизики обладают еще более
мощными наземными и орбитальными телескопами, и нет нехватки в астрономической информации, с новой силой подтверждается фундаментальная космогоническая концепция Виктора Амазасповича.
Недавно на самом крупном орбитальным телескопе «Хаббл», с диаметром
главного зеркала 2,4 метра, был зарегистрирован невиданный до сих пор мощнейший взрыв ядра сверхдалекой галактики.
34
письмо десятое
Если вы будете искать в интернете тему «Эволюция галактик Амбарцумяна»,
то там вы обнаружите всевозможные современные исследования галактик, где
оказывается востребованной концепция Амбарцумяна, выдвинутая им полвека
назад. Там вы найдете не только астрофизические исследования, но и обсуждение философских, религиозных и мировоззренческих точек зрения, связанных
с происхождением и развитием Вселенной.
Создание крупнейших наземных телескопов с главными зеркалами 8 и 10 метров
обеспечили астрофизиков обилием наблюдательных данных. Они с каждым днем
все с большей убедительностью подтверждают не только правильность концепции
Амбарцумяна об эволюции Вселенной, но и, самое главное, что эта концепция на
многие десятилетия вперед определила направление развития астрофизики.
В интернете вы сможете также найти большое количество недавно зарегистрированных галактик фантастического вида с ярко выраженными активными
ядрами, предсказанными Виктором Амазасповичем.
Однако каждое новое наблюдение приносит новые сюрпризы и выдвигает новые проблемы.
Конечно, до сих пор совместные усилия физиков и астрономов не решили
проблему структуры сверхплотного дозвездного вещества, тем более механизма
его вспышек и причину катастрофических взрывов.
Мои интенсивные поиски в Интернете, регулярное изучение информации,
присылаемой мне из Международного Астрономического Союза, членом которого я состою, и частые беседы с доступными мне астрофизиками, убедили меня
в том, что мы пока не имеем точных ответов на эти фундаментальные вопросы.
Работы современных астрофизиков и физиков не привели пока к существенным
результатам.
В ближайшем будущем нас ожидают увлекательные открытия в астрофизической науке.
Конечно, не исключаю возможность того, что вне моего поля зрения осталось
большое количество достойных работ.
Одиннадцатое письмо
Теория относительности и астрофизика. Основы теории относительности
и их создатели - Лоренц и Пуанкаре. Величайший курьез ХХ века.
В
начале ХХ века в астрофизическую науку решительным образом и
с большими претензиями внедрилась новая область физики – теория относительности.
Имея своим объектом исследования экстремальное состояние материи, астрофизика и теория относительности развивались, естественным образом, параллельно. И не случайно, что 16-летний школьник, Виктор Амазаспович не прошел
мимо новой физической теории и настолько досконально и глубоко изучил осно35
Астрономические беседы с юными учениками
вы теории относительности, что, будучи еще учеником, уверенно читал лекции
для студентов и профессоров в Ереванском и Тбилисском университетах.
История возникновения теории относительности настолько драматична и поучительна, и так мало написано о ней правдивого, что я не могу не изложить ее
вам, хотя бы вкратце. Тем более, что она имеет непосредственное отношение к
астрофизике.
Эта наука претендует на окончательный теоретический ответ на такие глобальные вопросы астрофизики и теоретической физики, как существование
гравитационного коллапса (черных дыр) и гравитационного излучения. Она пытается ответить на следующие вопросы: бесконечна ли Вселенная и всегда ли она
будет расширяться, или, начиная с какого-то момента, начнет сжиматься.
Релятивистская астрофизика, основывающаяся, в частности, на теории относительности, пытается ответить на вопрос, на который отказывался отвечать сам
Ньютон: «Можно ли понять, что это за поразительное явление - сила притяжения
тел, зависящая только от массы этих тел, независимо от материала, из которого
они сделаны?».
Ньютон отвечал, что он открыл исключительно только закон вычисления силы
притяжения двух тел12, и не более того. А как происходит это самое притяжение,
каков его механизм, ведомо одному Богу.
Забегая вперед, скажу, что специалисты теории относительности создали
большое количество вариантов теории для разгадки феномена гравитации. Особенно стоит отметить великолепные работы академика Владимира Александровича Фока (1898–1974), который работал в группе Виктора Амазасповича в годы
войны, в эвакуации, в Елабуге. Много сделано и Анатолием Алексеевичем Логуновым, создателем основ релятивистской теории гравитации и многими другими. Однако стоит заметить, что все теоретические построения еще далеки от
окончательного завершения и разъяснения природы притяжения.
Я хочу, чтобы вы знали, что современная научная и тем более научно–
популярная литература о теории относительности настолько искажает и фальсифицирует истинное положение вещей, что очень трудно без специального
разъяснения хоть сколько-нибудь разобраться в ней и составить правдивое представление об этой прекрасной области физики.
Вкратце об основах теории относительности.
Величайший английский физик Дж. К. Максвелл (1831–1879) в 1859 году в
результате обобщения опыта, законов электрических и магнитных явлений, получил основные уравнения классической электродинамики, описывающие электромагнитные явления в произвольных средах.
После этого физики принялись пересматривать классические законы физики. Возникла теория относительности, которая изучает пространственно–
временные свойства физических процессов для случая сверхвысоких скоростей
движения тел.
Классическая физика (Ньютоновская) пользовалась понятиями «абсолютных»
пространства и времени и не учитывала изменения свойств самих пространства
и времени, как это делает теория относительности
m1 m2
12. F= G r2
, где F – сила притяжения тел 1 и 2, m1 и m2–их массы, r–расстояние между телами,
а G – гравитационная постоянная.
36
письмо одиннадцатое
В современном курсе теории относительности, преподаваемой в университетах
с двадцатых годов ХХ века, различают две теории относительности.
Первая теория описывает свойства пространства–времени в таком приближении, когда гравитационными полями (полями тяготения) можно пренебречь, и называется она «специальной теорией относительности».
Считается, что она появилась в 1905 году и ее автором является А.Эйнштейн
(1879–1955). Но это неправда. Специальную теорию относительности создали величайший физик Хендрик Лоренц (1853–1928) и выдающийся математик, физик и
астроном Анри Пуанкаре (1854–1912). Сам Лоренц неоднократно утверждал, что
создателем теории относительности является Пуанкаре.
И еще. Вы наверное заметили, что где бы не появлялось изображение Эйнштейна тут же выписывается знаменитая формула Е=mc2, как его самое выдающееся
достижение.
На самом деле, эта эквивалентность массы и энергии впервые была установлена
до начала ХХ века Анри Пуанкаре, А.А.Лебедевым и Газенролем, соучеником Шредингера, погибшим на фронте во время первой мировой войны. Она была присвоена Эйнштейном в 1907 году.
Вторая теория – «Общая теория относительности», ОТО, появилась в 1915–
1916 годах и автором идеологии этой теории является, действительно, сам Эйнштейн. Однако хорошо известно, что безымянными авторами большинства математических выкладок этой теории были первая жена Эйнштейна - Милева Марич
и выдающийся геометр Гильберт. Правда, они не вникали в физическую сущность
теории и, вообще говоря, не несут ответственности за новую физическую теорию.
Несостоятельность и ошибки ОТО, как физической теории, мы рассмотрим особо.
В ОТО исследуются свойства пространства-времени при наличии полей
тяготения.
Физические явления, описываемые теорией относительности, называются релятивистскими. Они проявляются при скоростях движения, близких к скорости
света.
Основой этой теории являются формулы перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой. Формулы перехода удалось вывести впервые Лоренцу в
конце ХIХ века.
В этих преобразованиях при переходе от одной инерциальной системы отсчета к
другой изменяются не только пространственные координаты, но и время (относительность времени).
Из преобразований Лоренца автоматически вытекают основные эффекты специальной теории относительности.
Так была решена задача « Электродинамики движущихся сред».
Например, физические процессы для тела, движущегося со скоростью v относи1
тельно некоторой инерциальной системы отсчета, протекают в
1-
v2
c2
раз медлен-
нее, чем в данной инерциальной системе отсчета. Так Лоренц обнаружил, хорошо известное теперь даже школьнику, явление замедления течения времени в
очень быстро движущемся теле (задача близнецов). Вспомните пример о характере подаваемых сигналов при быстром движении астронавта в гравитационном
37
Астрономические беседы с юными учениками
поле, рассмотренный нами ранее.
m0
А масса m движущегося тела растет с увеличением скорости v по формуле
1-
v2
c2
где c – скорость света, а m0 – масса покоя.
Для фотона, у которого масса покоя m0 = 0, а скорость движения v равна скорости света c, формула дает неопределенность вида m=0/0. Предоставляю вам
самим разобраться в этом.
Попробуйте теперь сами рассчитать по приведенной формуле Лоренца, какой
величины достигнет масса тела, если его скорость будет приближаться к скорости света.
Ответьте на вопрос: возможно ли путешествие на ракете с фотонным двигателем, т.е. со скоростью света. Если нет, то почему?
Чтобы в полной мере, представить величие Лоренца, как ученого, отметим, что
до создания основ теории относительности, он успел придать завершенный вид
уравнению Максвелла - (уравнение Максвелла - Лоренца), вывел формулу силы,
действующей на заряженную частицу, движущуюся в электромагнитном поле
(сила Лоренца), а в 1902 году получил Нобелевскую премию за предсказание и
разработку теории эффекта П.Зеемана - расщепления спектральных линий под
действием магнитного поля (магнитооптика атомной спектроскопии).
Преобразование Лоренца сразу и по достоинству очень высоко оценили многие физики и, в особенности, блестящий французский математик, физик и философ Пуанкаре, по предложению которого упомянутое преобразование было названо именем Лоренца.
В основе специальной теории относительности лежат два положения.
Первое положение - принцип относительности, который впервые Пуанкаре
сформулировал в работе «Математические следствия постулата принципа относительности» и который означает равноправие всех инерциальных систем отсчета.
Второе положение - постоянство скорости света в вакууме, ее независимость
от скорости движения источника света.
После разработки принципа относительности в 1904 году Пуанкаре был приглашен в Сент–Луис, на международный симпозиум для обнародования основ
новой физической теории. Спустя год – 5 июля 1905 года - все основополагающие принципы теории относительности Пуанкаре были опубликованы во всемирно известном издании «Comtes Rendus» (доклады АН Франции) под названием «О динамике электрона».
Пуанкаре, становясь общепризнанным основоположником теории относительности, свои результаты обсуждал широко и открыто, в том числе и со многими зарубежными коллегами. Как утверждают специалисты по истории науки,
все его концепции и идеи живо обсуждались на «каждом углу», физиками всех
европейских стран и были известны задолго до их публикации.
Математическая формулировка принципа относительности, предложенная
Пуанкаре, заключалась в требовании инвариантности всех законов физики относительно преобразований, связывающих пространственно–временные координаты двух систем отсчета. Эти преобразования должны образовывать математическую группу. Преобразования Лоренца удовлетворяют этому последнему
условию.
38
письмо одиннадцатое
Инвариантность уравнений электродинамики относительно этих преобразований становится в работе Пуанкаре прямым следствием принципа
относительности.
Пуанкаре принадлежит также введение понятия четырехмерного пространства, когда к трем пространственным координатам он добавил четвертую – собственное время системы отсчета.
Мысль о четырехмерном пространстве Пуанкаре высказал еще в 1898 году в
работе «Измерение времени» где, кстати, впервые обнародовал известную формулу - Е=mc2. Однако по «воле судьбы», 9 лет спустя, в 1907 году геттингенский
математик Герман Минковский (1864–1909) опубликовал работу о синтезе пространственных и временных представлений, и с тех пор, усилиями определенного круга людей, четырехмерное пространство Пуанкаре вошло в научный обиход,
как пространство Минковского, а известная формула, как формула Эйнштейна.
Пуанкаре впервые высказал также важную идею о необходимости объединить теорию тяготения с преобразованием Лоренца, создав тем самым Общую
теорию относительности (ОТО).
К 1904 году мировая научная общественность была прекрасно осведомлена о
создании теории относительности Лоренцом и Пуанкаре.
Вдруг, неожиданно, в 1905 году, в сентябрьском номере немецкого журнала
«Анналы физики» появилась статья, написанная молодым экспертом швейцарского патентного бюро в Берне, неизвестным в научных кругах, Альбертом Эйнштейном. В статье излагалась теория относительности, решавшая проблему электродинамики движущихся тел.
Не знать о широко обсуждаемых разработках теории относительности Лоренца и Пуанкаре Эйнштейн не мог. Изложение велось молодым автором в довольно
необычной для научных публикаций манере, без указания идей и результатов,
заимствованных из других исследований, без сопоставления научных выводов с
итогами более ранних попыток решения той же проблемы другими авторами.
Статья содержала все основные концепции Лоренца и Пуанкаре и не содержала буквально ни одной ссылки на них. При чтении ее создавалось впечатление
о полной оригинальности, как постановки, так и решения задачи.
Так в истории науки ХХ века был совершен курьезный факт присвоения трудов сразу двух величайших физиков – Лоренца и Пуанкаре одновременно.
История с поступком Эйнштейна кончилась тем, что Пуанкаре полностью игнорировал его и никогда и нигде не касался этого случая. Эйнштейн для него не
существовал. Не существовал Эйнштейн и для таких величайших физиков как
Макс Планк (1858 – 1947), Эрвин Шредингер (1887 – 1961), Вернер Гейзенберг
(1901 -1976), знакомых с этой историей.
В 1909 году Гильберт, который частично помогал Эйнштейну в работах по
общей теории относительности, пригласил именно Пуанкаре в Геттинген для
основного доклада по теории относительности.
В докладе Пуанкаре не было упомянуто ни имя Эйнштейна, ни имя
Минковского.
После этого образовалась целая армия пропагандистов и популяризаторов,
ставивших себе целью беспредельно возвеличить Эйнштейна и предать забвению именa истинных авторов теории относительности.
К сожалению, в этом неблаговидном деле приняли участие известные физики
39
Астрономические беседы с юными учениками
ХХ века, такие обладатели Нобелевской премии, как Нильс Бор, Энрико Ферми,
Макс Борн и Поль Дирак.
Конечно, и в СССР нашлись физики, которые превозносили Эйнштейна, не
упоминая настоящих авторов теории относительности.
Более того, начался всемирный научный террор против тех, кто осмеливался
хоть немного усомниться в величии самого «умного представителя человечества». Огромное количество ученых различными путями преследовалось и преследуется до сих пор за малейшую критику работ Эйнштейна.
Двенадцатое письмо
Некоторые истории с Нобелевскими премиями. Как работы Георгия Гамова
были проигнорированы Нобелевским комитетом. Как Нобелевский комитет « не
заметил» фундаментальную работу Амбарцумяна, 40 лет назад опубликованную
в Англии. История с Нобелевской премией Эйнштейна.
М
ногие специалисты по теории относительности или релятивистской космогонии не осмеливаются критически обсуждать работы
Эйнштейна, поскольку опасаются быть затоптанными воинствующим международным «общественным мнением».
Перейдем к чудесам, творящимся в Нобелевском комитете. Приведу несколько примеров.
Несколько лет назад двое американцев J.C.Mather и G.F.Smoot получили Нобелевскую премию за исследование «реликтового излучения» с температурой 3
град. К. Однако известно, что существование «реликтового излучения» с температурой в 3 град. К. было предсказано Г.Гамовым и впервые было обнаружено и
зарегистрировано на стометровом Пулковском радиотелескопе в 1957 году аспирантом С.Э. Хайкина – Шмаоновым. О своей работе Шмаонов доложил в Международном астрономическом союзе, и статья была опубликована в известиях
Пулковской обсерватории. При этом Нобелевский комитет даже не упомянул
заслуги Шмаонова. Такое открытие тогда сочли ординарной работой, недостаточной даже для защиты кандидатской диссертации. Это произошло, буквально.
у меня на глазах (в то время я работал в отделе радиоастрономии Пулковской
обсерватории). После этого «реликтовое излучение» успешно исследовали многие астрофизики во всем мире, но на это Нобелевский комитет также не обратил
никакого внимания и почему-то присудил премию упомянутым двум американцам. Более того, Нобелевская премия 1978 года была присуждена (фактически
вторично) двум американцам - А.Пензиасу и Р.Вильсону уже за внеатмосферные
исследование реликтового излучения.
Однако это можно считать мелочью, по сравнению с тем, как обошлись они с
одним из крупнейших физиков ХХ века, Георгием Гамовым. Мировая научная
общественность до сих пор негодует и считает, что, по крайней мере, ему должны
40
письмо двенадцатое
были дать Нобелевскую премию за три открытия. О них стоит упомянуть.
Первое открытие.
В 1946 - 48 годах, первым в мире Г. Гамов выдвинул теорию «Горячей Вселенной» (теория большого взрыва), из которой вытекало существование «реликтового излучения» с температурой в 3 град. К.
Второе открытие.
В 1941 году вместе с Эдвардом Теллером (отцом атомной бомбы США) Гамов
обобщил теорию одного типа радиоактивности - - распада. В физику вошло
фундаментальное понятие - «взаимодействие Гамова-Теллера». Эта работа, безусловно, украсила бы список работ Нобелевских лауреатов.
Третье и самое поразительное открытие.
Впервые, в 1954 году Георгий Гамов публикует статью, где первым ставит проблему генетического кода, доказывая, что «при сочетании 4 нуклеотидов тройками, получаются 64 различные комбинации, чего вполне достаточно для «записи
наследственной информации». С огромным запозданием, в 1968 году Нобелевская премия присуждается за расшифровку генетического кода Р.Холли, Х. Коране и М. Ниренбергу. Но Георгий Гамов не узнал об этом - он скончался в1968
году 20 августа.
Можно привести множество таких примеров.
Приведу убедительный пример работы Нобелевского комитета, касающийся
самого Виктора Амазасповича.
В тридцатых годах прошлого века известный астрофизик, член Лондонского
Королевского общества (так называется Академия Наук Англии), сэр Артур Эддингтон поставил сложную фундаментальную задачу теоретической астрофизики – определить функцию распределения пространственных скоростей звезд по
распределению наблюдаемых радиальных скоростей. Вектор пространственных
скоростей звезд является суммой двух векторов - радиальной и тангенциальной
скоростей. Измерение тангенциальных скоростей звезд в астрономии является
очень трудной задачей и производится с большим разбросом точности измерения. Поэтому задача определения пространственной скорости звезд только по
радиальным скоростям, которые определяются с большой точностью измерением красного смещения спектров звезд, представляла собой чрезвычайно актуальную задачу.
Вскоре, 1935 году, задача была математически решена Виктором Амазасповичем.
Для функции распределения он получил интегральное уравнение типа Абеля,
которое поддается решению. Им была решена трехмерная задача для функции
распределения пространственных скоростей. Задача была доведена до числовых
значений и вручную им была построена диаграмма распределения пространственных скоростей, что продемонстрировало возможность численного решения проблемы даже без помощи ЭВМ.
Задача была не из легких. По крайней мере, ее не решил, будучи превосходным математиком, один их первых создателей теории переноса излучения, сам
Эддингтон.
Работа Виктора Амазасповича была опубликована в журнале « Monthly
Notices» of the Royal Astronomical Society, vol. 96, no.3,1935,pp. 172 – 179 по представлению Эддингтона.
41
Астрономические беседы с юными учениками
В том же году разработанная теория была использована самим Виктором Амазасповичем при решении конкретной астрофизической задачи13.
Эта оригинально решенная задача имела большой научный резонанс и была
хорошо известна в научном мире. Ею широко пользовались в научных исследованиях, и тем более в Англии.
Спустя 40 лет в этой же стране (Великобритании) был разработан превосходный прибор – компьютерный томограф, который, пропуская рентгеновское
излучение через тело пациента, подвергает результаты такой обработке, что на
экране телевизора появляются четко различимые, необходимые врачам нужные
«срезы» человеческих органов.
Разработчики и создатели этого прибора в 1979 году были удостоены Нобелевской премии.
Заметим, что экспертный совет Нобелевского комитета, перед тем как принимать то или иное решение, обязан просмотреть все предыдущие работы на
данную тему других авторов, определить, как сейчас принято говорить, «патентную чистоту» представленной работы. Однако совет умудрился не заметить, что
математический аппарат, используемый в томографе, был разработан Виктором
Амазасповичем в описанной задаче за 40 с лишним лет до этого.
Интересно, что один из разработчиков томографа, а именно тот, который, разработал математический аппарат этого прибора, - Кормак, несколько лет спустя
после получения премии, написал статью об истории создания томографа, где
объективно и очень подробно изложил решение этой задачи Виктором Амазасповичем в 1935 году, и прислал оттиск этой статьи Виктору Амазасповичу с дарственной надписью, в которой Виктор Амазаспович был назван «великим пионером» в решении этой задачи.
Этим и ограничилось признание первенства работы Амбарцумяна.
Что касается Нобелевского комитета, то он и не подумал хотя бы извиниться
за такой «промах».
Конечно, это был совсем не промах, а целенаправленное и демонстративное
игнорирование выдающихся работ советских ученых.
В жизни встречаются и такие вещи, и они, к сожалению, носят далеко не случайный характер.
Но, что касается работы Виктора Амазасповича, здесь удивительнее всего то,
что математическая модель, разработанная для одной области науки, может быть
успешно использована совершенно в другой области знаний. В этом и состоит
универсальность и мощь такой фундаментальной науки, как математика.
Перечислю несколько основополагающих работ Виктора Амазасповича, каждая из которых, без сомнения, могла бы быть отмеченной Нобелевской премией.
1. Принцип инвариантности в задачах переноса лучистой энергии
в различных средах.
2. Физика газовых туманностей и звездных оболочек.
3. Создание теории звездной статистики и установления «короткой шкалы»
времени в эволюции Галактики.
4. «Звездные ассоциации» и области активного звездообразования.
5. Решение задачи определения пространственных скоростей звезд по наблюдаемым радиальным скоростям(задача томографа).
13. О распределении пространственных скоростей звезд типа B и F.Труды АО ЛГУ, 7, 21, 1936.
42
письмо двенадцатое
6. Открытие активности ядер галактик.
Можно перечислить, по крайней мере, еще столько же не менее значимых работ. Но этим ограничимся.
А теперь о Нобелевской премии Эйнштейна.
Как же случилось, что «общественное мнение», приписывающее Эйнштейну
всю, без остатка, теорию относительности, пыталось и не смогло дать ему Нобелевскую премию за создание этой теории?
Сама теория, созданная Лоренцем и Пуанкаре, несомненно, заслуживала Нобелевской премии.
Известно, что сам Эйнштейн нисколько не сомневался, что, в конце – концов,
он получит эту премию. Доказательством этому служит тот факт, что еще в 1919
году, оформляя развод со своей первой женой - Милевой Марич, которая была
фактическим безымянным соавтором (не считая Гильберта) математической
части общей теории относительности, он передал ей все права на Нобелевскую
премию.
Однако Нобелевский комитет, который тогда еще не потерял объективности,
будучи хорошо осведомленным об истинном авторстве теории относительности, решительно отказал Эйнштейну в премии по теории относительности. Тем
самым, Нобелевский комитет выразил свое отрицательное отношение и к собственному детищу Эйнштейна - общей теории относительности.
Так восторжествовала справедливость. Это были последние, лучшие годы объективной работы Нобелевского комитета.
Но оставить Эйнштейна вне числа Нобелевских лауреатов комитет не посмел
и под натиском «общественного мнения» присудил ему в 1921 году эту премию
за такую ординарную работу, как открытие фотоэффекта, что обидело автора до
того, что он отказался присутствовать при ее вручении.
Итак, одна из самых значительных областей теоретической физики - теория
относительности так и не была отмечена Нобелевской премией.
Правда, к этому времени скончался Пуанкаре, но Лоренц был еще жив.
Но этим дело не кончилось. «Общественное мнение» все же стремилось к реваншу, и требовало, чтобы ЮНЕСКО объявило 2005 год14 годом Эйнштейна, в связи со столетней годовщиной создания специальной теории относительности. Но
это означало бы узаконить великую научную кражу ХХ века. И в ЮНЕСКО, прекрасно понимая, что происходит, на это не пошли, и год назвали годом физики.
Ссылаясь на существование «общественного мнения» и рассказывая о его неблаговидных делах, я совершенно далек от мысли вызвать у вас чувство ненависти или злобу. Злоба действительно, очень плохой советник.
Я просто хочу, чтобы вы в жизни не споткнулись о подводные камни реально
существующего и активно работающего «общественного мнения». Пусть жизненным ориентиром для вас станут слова Достоевского: « Живи так, как будто
судьба мира зависит от тебя».
14. United Nations Educational, Scientific аnd Cultural Organization.
43
Астрономические беседы с юными учениками
Тринадцатое письмо
О неевклидовой геометрии. «Искривленность мирового пространства».
О
чень коротко остановимся на различных типах геометрий, которыми
пользуются, в частности, в теории относительности, желая установить вид и степень искривленности пространства Вселенной. Ведь
Вселенную можно представить таким искривленным пространством, что, если
запустить «фотонную ракету», то она может вернуться обратно через миллиарды лет. Но искривлена ли наша Вселенная? Это еще нужно выяснить.
Основателем элементарной геометрии был гениальный древнегреческий
математик Евклид, работавший в Александрии в третьем веке до н.э.
Это тот самый Евклид, который еще в третьем веке до н.э. придумал, такие
законы оптики, как прямолинейное распространение света и равенство углов
падения и отражения лучей от зеркальной поверхности.
Законы оптики вы, наверное, еще хорошо помните из наших занятий.
В число основных постулатов (аксиом, которые не подлежат доказательству)
евклидовой геометрии, которые вы проходите в школьном курсе геометрии, в
частности входят:
1. Между двумя точками можно провести лишь одну прямую.
2. Через данную точку можно провести лишь одну прямую, параллельную,
данной.
Выясните, имеются ли еще аксиомы в евклидовой геометрии?
Изобразите все это на бумаге и запомните на всю жизнь.
Однако отменяя аксиомы Евклида, можно построить различного типа искривленные пространства, которые будут называться неевклидовыми пространствами.
Мы рассмотрим некоторые случаи причудливых, неевклидовых пространств, которыми пользуются, в частности, и для изучения искривленности
пространства Вселенной.
Первым создателем неевклидовой геометрии был русский математик, ректор Казанского университета Николай Иванович Лобачевский (1792 – 1856).
Свою геометрию он создал, изменив только вторую аксиому Евклида.
Видоизмененная вторая аксиома Лобачевского гласит довольно парадоксально: Через данную точку можно провести бесконечное число прямых, параллельных данной прямой.
Открытие Лобачевского, в 1826 году не получившее признание современников, совершило переворот в представлении о природе пространства, в основе
которого, более двух тысяч лет лежало учение Евклида.
В геометрии Лобачевского многие теоремы отличны от аналогичных теорем
евклидовой геометрии; например, сумма углов треугольника меньше двух прямых15, а два подобных треугольника всегда равны между собой. Искривленное
15. А как вы знаете, в школьной, евклидовой геометрии сумма углов треугольника равна
двум прямым – 1800.
44
письмо тринадцатое
пространство Лобачевского имеет вид конского седла. Попытайтесь сами нарисовать такое седло.
Несмотря на внешнюю парадоксальность этих выводов, геометрия Лобачевского оказалась логически совершенно равноправной с евклидовой.
Немецкий математик Бернхард Риман (1826 – 1866) создал другую неевклидовую геометрию, изменив только первую аксиому Евклида.
Она еще парадоксальнее: между двумя точками можно провести бесконечное количество прямых.
В частном случае геометрия Римана является геометрией на шаре. Здесь
сумма углов треугольника больше 1800, а число линий, параллельных данной
прямой, проходящих через данную точку, равно нулю.
А теперь ответьте, пожалуйста, по какой линии на шаре определяется наикратчайшее расстояние между двумя точками?
Весомый вклад в создание неевклидовой геометрии внес величайший немецкий математик из Геттингена, современник Пуанкаре, Давид Гильберт
(1862–1943). Его геометрия обобщает понятие евклидового пространства на
бесконечномерный случай. Понятие гильбертова пространства находит широкое приложение в различных разделах математики и теоретической физики.
Анализировать гильбертово пространство сложно, и мы здесь им заниматься
не будем.
Многие специалисты по теоретической физике и, в частности, по теории относительности, считают, что при решении фундаментальных задач структуры
пространства–времени и гравитационных полей не обязательно пользоваться
неевклидовой геометрией. Пуанкаре вообще считал, что использование различных искривленных пространств - дело удобства и не более того. Однако далеко не все окончательно ясно в этом деле. Работы и дискуссии в этой области,
продолжаются и по сей день. Расскажу о любопытном случае, который произошел с Гильбертом и Пуанкаре, которые относились друг к другу с огромным
уважением.
В начале ХХ века за создание теории гильбертова пространства Казанское
физико–математическое общество присудило Гильберту золотую медаль Лобачевского.
Немного времени спустя появился фундаментальный труд Пуанкаре –
«Комментарии к геометрии Гильберта».
Комментарии оказались настолько интересными и весомыми, что в 1904
году Пуанкаре за «комментарии» также был удостоен золотой медали Лобачевского.
Очень часто бессмысленно спорят, кому из великих математиков дать предпочтение – Гильберту или Пуанкаре. Вот что пишет по этому поводу биограф
Гильберта К. Рид: « Только всемирная слава Пуанкаре не позволила Гильберту
занять первое место среди математиков начала ХХ века».
45
Астрономические беседы с юными учениками
Четырнадцатое письмо
О том, как уживаются физики с астрономами. Kеплер и шестиугольность снежинок. Релятивистская астрофизика. Семинар акад. Зельдовича. Астрофизики
теоретики и наблюдательная астрономия. Астрофизик В.Г. Горбацкий.
И
стория взаимоотношений физики и астрономии полна интересных
событий и поучительных примеров.
Обычно у различных ученых соотношение знаний в этих двух
фундаментальных науках колеблется в значительной степени. Однако мудрые и
великие умы как-то умудрялись не впадать в крайность, возвышая астрономию
над физикой или, наоборот, физику над астрономией.
С древних времен плодотворные мысли появлялись у тех исследователей, у которых гармонично уживались эти величайшие области знаний.
Ведь, невозможно сказать, кем больше были, математиками, физиками, астрономами, или вообще философами, такие мыслители как Пифагор, Аристотель,
Птолемей, Евклид, Галилей и, наконец, Ньютон, Кеплер, Максвелл, Лоренц, Пуанкаре, Менделеев, Планк, Гейзенберг, Гамов и Амбарцумян.
В свое время меня сильно поразил не очень известный факт из жизни Кеплера: наряду с созданием фундаментальных законов движения планет солнечной
системы (законы Кеплера), он много лет с фантастическим упорством выяснял,
казалось бы пустяковый вопрос, почему снежинки бывают только шестиугольными?
Конечно, очень интересно и даже таинственно, что снежинки не могут образовываться четырехугольными, пятиугольными или семиугольными, а только
шестиугольными, а ведь образование снежинок, казалось бы, есть произвольный
процесс замораживания атмосферной влаги.
Кеплер так глубоко и профессионально изучил причину образования снежинок и обнаружил такие закономерности их шестиугольности, что эти размышления и разъяснения легли в основу теории современной кристаллографии.
Завидный пример для любого исследователя.
Древнейшая наука - астрономия всегда занимала совершенно особое место
в «интеллектуальной» истории человечества. Хотя значение астрономических
знаний для общественной практики во все времена было очень велико (вспомним все календари, способы навигации по звездам и многое другое), главное значение астрономии состояло в том, что она прежде всего определяла основы мировоззрения разных эпох и народов.
Пуанкаре, заботясь о развитии астрономии, советует, «не рассказывать правительствам и парламентам, которые считают астрономию одной из самых дорогих наук, о прикладной стороне астрономии – о навигационных звездах, термоядерной энергии Солнца, нетепловых механизмах мощных катастрофических
процессах, о поиске новых механизмов излучения, о внеземных цивилизациях
и т.д.. Это означало бы, обращать внимание на менее важную сторону вопроса.
Астрономия прежде всего полезна потому, что она возвышает нас над нами сами46
письмо четырнадцатое
ми, она полезна и величественна, она полезна потому, что она прекрасна – вот
что нужно говорить. Именно она являет нам, как ничтожен человек телом и как
он велик духом».
Можете ли вы представить себе, насколько ниже стояло бы человечество, если
бы оно жило под небом, постоянно покрытым облаками, и никогда, не видело бы
звезд.
Действительно, астрономия дает нам возможность до безумия восхищаться
масштабом взрывных катаклизмов и ужасами нестабильных процессов во Вселенной. Именно это и восхищало Амбарцумяна в астрономии и этому он посвятил свои исследования.
После революции в естествознании, связанной с великими именами Коперника, Кеплера, Галилея и Ньютона стало ясно, что астрономия и физика это одна
наука о природе, и что одни и те же законы управляют и движением небесных
тел, и земных тел. Законы физики выводились и проверялись на астрономических явлениях.
В дальнейшем, однако, бурное развитие и дифференциация наук о природе постепенно привели к все более растущему обособлению физики от астрономии.
Сейчас почти во всех разделах науки происходит сужение области исследований. Причиной является необходимость более глубокого изучения отдельных
задач. Но часто это приводит к тому, что ученые одной и той же специальности,
редко понимают результаты своих коллег.
Иногда дело доходит до того, что, например, число математиков, работающих
над одной и той же проблемой и понимающих друг друга, не превышает десятка
человек.
Oб отношениях астрономов и физиков, много писал И.С.Шкловский. Он хорошо знал и тех и других. Сам окончил физический факультет и был хорошим
астрофизиком.
Попробую пересказать его отношение к физикам и астрономам своими словами.
В ХХ веке, у физиков, как-то постепенно, исподволь, росло пренебрежение к
астрономии, сопровождаемое недооценкой роли астрономии для общей системы физического знания. Закономерным следствием этого нездорового процесса
явилось прогрессивно растущее невежество в области астрономии среди подавляющего большинства физиков. На физических факультетах университетов
преподаванию астрономии уделялось все меньше и меньше внимания. Так выросло поколение физиков, имеющее об астрономии самое поверхностное представление.
Еще хуже обстояло дело с астрономами. Астрономы с трудом усваивали «новинки» математической физики, электроники и радиофизики, которые решительно и властно вторгались в практику астрономических исследований. Астрономия бешеными темпами становилась «всеволновой», от регистрации гамма
квантов, рентгеновского и ультрафиолетового излучения до инфракрасного и
радиоизлучения небесных объектов. А ведь основой основ этих новых методов
была физика.
Образовался и непростительный разрыв между астрономами наблюдателями
и астрономами-теоретиками, интерпретаторами астрономических наблюдений.
В 50-х годах прошлого столетия произошло гипертрофированное развитие
47
Астрономические беседы с юными учениками
релятивистской астрофизики, реанимировавшее общую теорию относительности.
Главой релятивистов в Советском Союзе стал Яков Борисович Зельдович.
Он работал в Институте прикладной математики, руководимом президентом
АН СССР, академиком Мстиславом Всеволодовичем Келдышем.
Зельдович, естественно, считал релятивистскую астрофизику самой передовой
областью теоретической физики, призванной научить уму–разуму традиционных астрофизиков, и его харизматическая натура рвалась в лидеры.
В книге известного астрофизика, с которым я имел счастье тесно сотрудничать, И.С.Шкловского «Эшелон», весьма остро описываются эти события. Вот
что он пишет.
«В то время пышным цветом расцвела релятивистская астрофизика – «детище» академика Я.Б.Зельдовича… Гипертрофированное развитие одного органа,
в ущерб другим – верный признак тяжелой болезни. Студенты быстро поняли,
что попасть в орбиту релятивистской астрофизики – верный способ в «домашних
условиях» и с гарантией защитить в срок кандидатскую диссертацию. А эксперимент и наблюдения - дело хлопотное и при нашем бардаке весьма ненадежное. Что
и говорить – нынешняя молодежь все это «просекает» мгновенно!
В результате вот уже 10 лет идет процесс «отсоса» всего способного и толкового
в релятивистскую астрофизику – бесконтрольное размножение никому не нужных, хотя и вполне квалифицированных теоретиков.
Все это похоже на патологическое развитие, аналогичное раковой болезни,
возникающей от бесконтрольного размножения патологических клеток. С точки
зрения каждой такой клетки все обстоит прекрасно, но вот организм почему-то
гибнет».
Общее впечатление, которое оставляют некоторые работы этих новоявленных
астрофизиков таково: происходит многократное раскладывание «пасьянсов» из
невероятных и неправдоподобных значений начальных и граничных условий для
абстрактно поставленной теоретической задачи. При этом, не заботясь о реальности входящих в задачу величин, они получают ответы на «животрепещущие» вопросы.
Например: пусть начальная энтропия нулевая или бесконечно большая, допустим, что вещество состоит 99% из нейтронов, а лептонные заряды равны нулю,
или, пусть плотность излучения во много раз выше плотности барионов и т.д., после чего вычисляют, пойдут или не пойдут те или иные термоядерные реакции.
Хотя давно известно, что никакими термоядерными реакциями невозможно объяснить зарегистрированные сверхмощные излучения многих астрономических
объектов.
Однобокости, конечно же, редко кому из ученых удается избежать. Для этого
требуется редкий талант, дар – мыслить и широко, и глубоко.
Избежать «оторванности» от наблюдательной астрофизики, имея рядом пример самого Амбарцумяна, не удавалось даже его некоторым ученикам, в основном работающим на теоретических университетских кафедрах. Они, как правило,
усваивали, хотя очень важную, но только одну область астрофизики – теорию
переноса излучения и теоретическую физику и мало обращали внимание на новейшие результаты наблюдательной астрофизики. Из их поля зрения выпадал
целый пласт ценнейшего наблюдательного астрофизического материала, из за отсутствия практических навыков понимания новых астрофизических явлений, в
48
письмо четырнадцатое
основном полученных с новых, крупных наземных и внеатмосферных телескопов.
Часто можно было услышать, как «бравировал», тот или иной теоретик тем, что он
не знает в какую «дырку» телескопа нужно смотреть.
Бывает и такой снобизм среди астрономов.
В связи со снобизмом, имевшим место в последние десятилетия на кафедре теоретической астрофизики ЛГУ, невозможно не вспомнить о прекрасном профессоре этой кафедры Виталии Герасимовиче Горбацком, многогранном астрофизике,
вокруг которого были сконцентрированы лучшие наблюдатели обсерватории университета. Он умудрился глубоко впитать в себя сложные математические знания
теоретической астрофизики и умело ими пользоваться, а также быть в курсе самых последних и существенных результатов астрофизических наблюдений.
В 1979 году, когда я на нашем ученом совете в Пулкове должен был рассказать о
результатах моей командировки в NASA16, где участвовал в обсуждении проекта и
программы работ космического телескопа США «Хаббл», Горбацкий специально
приехал в Пулково и присутствовал на моем докладе. После окончания ученого совета мы вместе с ним пришли в мою комнату, и он до позднего вечера, с большим
интересом, досконально знакомился с параметрами всех фотометров и спектрометров «Хаббла».
Примерно через месяц он показал мне подробно разработанную и убедительно обоснованную программу первоочередных задач для «Хаббла». Многие из его
предложений американцы включили в программу работ телескопа. Этот необычайно интеллигентный человек сильно отличался от других своих коллег-снобов.
Встречи с ним мне доставляли огромное удовольствие.
С не меньшим интересом просмотрели документацию «Хаббла» и в Бюракане,
после чего Виктор Амазаспович связался с руководителем астрономической программы «Хаббла» Л.Спитцером и предложил несколько важных задач для включения в программу наблюдений космического телескопа.
Теоретическая астрофизика - величайшая наука. Ее основоположником в Советском Союзе был Виктор Амазаспович, который не имеет себе равных по количеству
решенных фундаментальных задач в этой области. Однако теоретическая астрофизика дает бесценные научные плоды, только тогда, когда ею пользуются грамотные
астрофизики, хорошо разбирающиеся в астрономических наблюдениях.
Пятнадцатое письмо
Всегда ли Вселенная будет расширяться?
К
ак мы уже говорили, Пуанкаре предложил построить общую теорию, основанную на специальной теории относительности, с учетом
гравитационных сил. Наверное, он сам бы создал такую теорию, но
в 1912 году он скончался.
16. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США..
49
Астрономические беседы с юными учениками
Такая общая теории относительности (ОТО) была создана Эйнштейном в 1915
– 1916 годах.
Считается, что с помощью общей теории относительности удалось ответить на
многие вопросы, в том числе на такой фундаментальный вопрос: «открыта» или
«замкнута» Вселенная, т.е. будет ли Вселенная бесконечно расширяться - «открытая Вселенная», или, постепенно, переставая расширяться, станет сжиматься
снова в точку - «замкнутая Вселенная».
Чтобы уравнения ОТО разрешились, Эйнштейн допускает, что материя во
Вселенной распределена равномерно. Вводя понятие критической плотности
Вселенной и получив ее величину равной 10-28г/см3, он утверждает, что, если
средняя, «размазанная» плотность Вселенной17, окажется меньше критической,
то Вселенная будет вечно расширяться, а если плотность будет больше критической, то со временем расширение Вселенной остановится и произойдет постепенное сжатие Вселенной.
Астрономам удалось очень грубо просчитать среднюю плотность Вселенной.
Она оказалась в 100 раз меньше критической: 10-30г/см3.
Для уточнения этой величины следует измерить и учесть невидимую, темную
массу во Вселенной. Но это дело очень сложное, хотя такие попытки и делаются.
Чтобы ощутить и представить себе величину средней плотности Вселенной,
очень грубо можно себе представить, что на один кубический метр Вселенной
приходится один атом. А физики в своих лабораториях, с помощью мощных вакуумных насосов могут с трудом получить вакуум лишь в 10- 5г/см3.
Вообще, вопрос закрытости или открытости Вселенной очень сложен и, наверное, для его решения потребуется совсем новая теоретическая концепция.
Как нужно относиться к рассуждениям Эйнштейна о будущности Вселенной,
нашедшим место даже во всех вузовских учебниках?
Во всяком случае, нужно иметь в виду, что существует и другой ответ, рассмотренный в релятивистской теории гравитации Логунова, о чем мы поговорим
ниже.
На этот вопрос мы имеем исчерпывающее разъяснение Виктора Амазасповича.
Он обращает внимание на тот неоспоримый факт, что распределение материи
во Вселенной носит ярко выраженный неравномерный характер. Как звезды в
галактиках располагаются неравномерно в виде отдельных звездных скоплений,
так и галактики во Вселенной принципиально группируются неравномерно, отдельными скоплениями и компактными группами.
Неравномерность распределения галактик во Вселенной не случайное явление, а является незыблемым законом природы и пренебрегать этим, не учитывать этот основополагающий факт, недопустимо.
Между тем в ОТО решаются уравнения с начальными и граничными условиями, противоречащими указанному фундаментальному закону природы.
Более того, вопрос о замкнутости или открытости Вселенной выходит за пределы применимости данной теории. В этом вопросе впервые основательно разобрался крупнейший ленинградский физик-теоретик академик Владимир Александрович Фок (1898–1974). На его фундаментальные работы часто ссылался
Виктор Амазаспович.
17. Чтобы получить среднюю плотность Вселенной нужно «перемешать» все галактики, звезды
и газопылевую массу Вселенной и разделить на объем наблюдаемой Вселенной.
50
письмо пятнадцатое
В частности, Фок писал: «...Вообще любая физическая теория имеет свои
пределы применимости и неограниченно экстраполировать ее нельзя. Рано или
поздно становится необходимым введение, существенно новых физических понятий, сообразно свойствам изучаемых объектов и принимаемым средствам их
познания, а тогда выявляются и пределы применимости теории...». Прекрасно
сказано! Задумайтесь!
Конечно, математическое описание физических явлений не только полезно,
но и необходимо для всестороннего и точного изучения явления. Однако самое
важное здесь задаться адекватной системой уравнений, описывающих данное
физическое явление и правильными начальными и граничными условиями.
Именно этими понятиями и дальнейшими допущениями будут определяться
границы применимости созданной теории. Здесь и сказывается талант ученого,
который занят приложением данной теории для описания конкретного физического явления и определяется этот талант, прежде всего, тем, на сколько точно он
определил границы применимости данной теории.
Шестнадцатое письмо
Анализ общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна и релятивистская
теория гравитации (РТГ) Логунова.
Г
лубочайшему анализу подвергла ОТО группа московских физиков во
главе с академиком Анатолием Алексеевичем Логуновым. Они создали самую строгую на сегодня «релятивистскую теорию гравитации» и
только после этого приступили к доскональному разбирательству ОТО.
Как они посмели?! Вопли негодования в противоположном лагере по этому поводу не утихают до сих пор.
Мы не будем здесь изучать теорию Логунова, она великолепно изложена в хорошо известной и доступной книге18.
Однако, чтобы понять, на чем основывается теория Логунова, какие физические требования положены в его РТГ и чем принципиально отличаются физические основы РТГ от ОТО, я изложу очень коротко и, по мере возможности
попроще, основные положения РТГ. Одновременно буду комментировать и
принципиальные огрехи, допущенные в ОТО.
Основной принцип Логунова при построении теории гравитации основывается на концепции Пуанкаре – « при построении релятивистской теории гравитации полностью опираться на «специальную теорию относительности», которую
в дальнейшем следует называть просто теорией относительности, ибо какой –
либо другой относительности с физической точки зрения не существует».
Эту концепцию использовал В.А.Фок19 до Логунова.
18. «Основы релятивистской теории гравитации», А.А.Логунов и др., Изд. Московского Университета, 1986 г.
19. «Теории пространства, времени и тяготения», В.А.Фок М. Физматгиз, 1961г.
51
Астрономические беседы с юными учениками
Сравнение основ РТГ и ОТО дали Логунову возможность доказать, что основы
ОТО Эйнштейна лишены физического смысла и не имеют никакого содержания.
На это обстоятельство впервые указал и В.А.Фок.
Все дело в том, что силы инерции и силы гравитации являются совершенно
разными по своей природе, поскольку тензор кривизны для сил инерции тождественно равен нулю, а для гравитационных сил – отличен от нуля.
Следовательно, влияние сил инерции на все физические процессы можно полностью устранить во всем пространстве переходом к другой инерциальной системе отсчета. Влияние же гравитационных сил может быть устранено лишь в локальных областях пространства и не для всех физических процессов, а лишь для
простейших, в уравнение которых не входит кривизна пространства – времени.
Эйнштейн же строил свою ОТО на принципе эквивалентности инерционных
и гравитационных полей. А это недопустимо с точки зрения основных понятий
физики, о чем говорилось выше.
Денисовым и Логуновым20 доказано, что Эйнштейн сознательно отошел от концепции гравитационного поля, как физического поля Фарадея–Максвелла, а это
поле, как материальную субстанцию, никогда нельзя устранить выбором системы
отсчета.
И наконец, обратимся к самому вескому аргументу, окончательно доказывающему несостоятельность «общей теории относительности» Эйнштейна.
В теоретической физике существует хорошо известный, простой и доступный
даже не для специалистов, принцип – «Принцип соответствия».
Он формулирует простую истину – если новая теория претендует на более
широкую область применимости, чем старая, то новая теория в обязательном порядке должна включать старую теорию, как предельный случай.
Попросту говоря, уравнения релятивистской физики при малых скоростях
движения должны переходить в уравнения классической физики Ньютона. Точно
так же, как физические результаты квантовой механики при больших квантовых
числах совпадают с результатами классической механики.
Выяснилось, что «общая теория относительности» Эйнштейна не имеет классического Ньютоновского предела, а, следовательно, она не удовлетворяет фундаментальному принципу физики – принципу соответствия.
Все это свидетельствует о том, что «общая теория относительности», мягко говоря, не является удовлетворительной физической теорией.
К сожалению, и сегодня некоторые современные астрофизики в России не
прекращают старые перепевы, восхваляющую общую теорию относительности.
Если быть абсолютно объективным, то к деятельности Эйнштейна можно относиться, как к обыкновенной научной работе, а к нему, как к обычному научному
сотруднику, который что-то сделал, чего-то не успел, допускал грубейшие ошибки
и т.д. Однако отвратительно то, что умышленно и целенаправленно «общественное мнение» превратило его имя в символ сверхчеловека в науке.
Недавно астрофизики из ГАИШ МГУ, А.В.Засов и К.А. Постнов выпустили курс
астрофизики для студентов физического факультета МГУ, написанный, видимо,
под сильным влиянием закулисных научных «законодателей». В книге совершенно отсутствуют фундаментальные работы советских астрофизиков, зато вовсю
превозносится общая теория относительности.
А директор ГАИШ МГУ, академик Черепащук, во всю популяризирует «теоре20. ТМФ,1982 г.
52
письмо семнадцатое
тически» обнаруженные им, так называемые, «кротиные норы», которые представляют собой все те же области гравитационного сжатия. В его же работе «черные дыры в двойных звездных системах», опубликованной в 2005 году, просто
сфальсифицировано, что мол «...В последние годы в проблеме поиска и наблюдательных исследований «черных дыр» произошла «тихая» революция и гипотеза
«черных дыр» во Вселенной превратилась в наблюдательную реальность...». Напоминаю, что «черных дыр» никто еще не наблюдал.
На самом деле, произошла примитивная подмена понятий и определений: «коллапсисты», потеряв всякую реальную надежду обнаружить или даже прощупать
след какой либо «черной дыры», начали повально, наиболее активные и мощные
ядра галактик Амбарцумяна называть просто «черными дырами».
Пусть вас не смущает, что при чтении некоторых современных книг по астрофизике, вы встретите ярко излучающую черную дыру, в то время как из нее, по
определению черной дыры не может выйти никакое излучение.
В созвездии Девы, находится одна из грандиозных эллиптических галактик
изумительной красоты, М87 (см. фото), которая убедительно демонстрирует активность своего ядра в виде могучего струйного выброса. Длина струи порядка 80
световых лет, больше радиуса самой галактики. Скорость выброса струи составляет более двух миллионов км/час.
Это самая любимая галактика Виктора Амазасповича, натолкнувшая его на
мысль об активности ядер галактик.
Теперь «коллапсисты» обозвали ее «черной дырой».
Как я уже говорил, продолжается травля многих исследователей, посмевших
как-то «задеть» общую теорию относительности.
За то, что Логунов обнаружил принципиальные ошибки ОТО, некий безграмотный филолог из МГУ В.А.Успенский, умудрился «тиснуть» пасквиль «О двух
архетипах тоталитарного мышления», ставя на одну доску Лысенко и Логунова.
Такие пасквили вы можете встретить в современной «научно – популярной»
литературе очень часто.
Помните: чтобы успешно преодолеть недобросовестных писак, нужно быть
бдительными, грамотными и смелыми.
А теперь посмотрим, что говорит нам более грамотная релятивистская теория
гравитации об астрофизических проблемах, таких как гравитационный коллапс,
гравитационное излучение, отклонение луча в поле тяготения Солнца, смещение
перигелия Меркурия и т.д.
Семнадцатое письмо
Гравитационный коллапс и гравитационное излучение в теории РТГ.
В
спомним, как Шварцшильд, Чандрасекар и др. решали задачу гравитационного коллапса.
Они считали, что если массивная звезда, исчерпав ядерное горю53
Астрономические беседы с юными учениками
чее, не потеряла достаточного количества массы, то никакие силы уже не смогут
остановить ее от дальнейшего сжатия под действием тяготения, и плотность звезды
будет стремиться к бесконечности в конечное собственное время.
Гравитационный коллапс и возникающую сингулярность (бесконечная плотность) известный физик – теоретик Уиллер рассматривал, как «один из величайших кризисов фундаментальной физики всех времен». Это высказывание говорит
о том, что рамки современной теоретической физики слишком тесны для такого
серьезного умозаключения.
Из недостоверных источников известно остроумное мнение Артура Эддингтона
о том, что «природа никогда не потерпит над собой такого издевательства, как бесконечную плотность материи».
И действительно, теория Логунова принципиально меняет взгляд на характер
гравитационного коллапса и приводит к модели гравитационного замедления, благодаря которому сжатие массивного тела в сопутствующей системе отсчета происходит за конечное собственное время, и при этом, и это самое главное, плотность
вещества остается конечной и не может превысить величину 1016г/см3. Яркость
тела при этом экспоненциально уменьшается, объект чернеет, однако с ним ничего
необычного не происходит.
Таков взгляд на коллапс современных физиков – теоретиков . А что еще скажут
завтрашние физики?
Одной из важнейших в теории гравитации и релятивистской астрофизике является проблема излучения и приема гравитационных волн.
Заметим, что еще никому не удалось зарегистрировать гравитационные волны.
Авторы РТГ утверждают, что «всестороннее теоретическое изучение этой задачи
сталкивается с рядом трудностей, связанных, в основном, с сильно нелинейным характером полевых уравнений. Последовательное исследование проблемы удается
провести до конца лишь в приближении слабого поля. Можно надеяться, что в силу
чрезвычайно малой интенсивности гравитационного излучения, линеаризованные
уравнения поля удовлетворят потребности исследователей, изучающих гравитационное излучение, поступающее к нам от наблюдаемых источников Вселенной».
Но, Эйнштейн говорил, что формула интенсивности гравитационного излучения
у него получена в предположении, что координаты во всем римановом пространстве декартовы. Это означает, что, если выбрать другие координаты в его теории,
что вполне законно, то получим совершенно другой результат. Эта, грубейшая
ошибка умышленно не замечалась, получила широкое распространение и приводится во многих статьях и монографиях, например, в книге Ландау и Лившица21.
Анализ, проведенный в работе В.А.Денисова и А.А.Логунова22 показал, что у Эйнштейна, в зависимости от выбора системы координат, интенсивность гравитационного излучения23 может быть, как равной нулю, так и отрицательной. Этот факт сам
по себе является физически бессмысленным, поскольку излучение, как объективная физическая реальность, не может быть уничтожена никаким преобразованием
координат. Несмотря на это, Эйнштейн утверждал, что в его теории доказан факт
гравитационного излучения . Вот не решенная, достойная и интересная задача для
вас. Дерзайте.
21 Теория поля. М. Наука, 1973г.
22 Итоги науки и техники. Современные проблемы математики, М.ВИНИТИ, 1982г., т.21
23. Эйнштейн.Сборник н.тр., т.1..
54
письмо восемнадцатое
Восемнадцатое письмо
Отклонение света в поле тяготения Солнца. Смещение перигелия Меркурия.
О
бщая теория относительности предсказала отклонение луча звезд на
одну угловую секунду в поле тяготения Солнца. Той же теорией смещение перигелия Меркурия оценивалось в 42,98 угловых секунд за
столетие.
Для проверки этих величин, т.е. для «проверки эффектов теории относительности», были предприняты многие астрономические наблюдения.
Во время полных солнечных затмений, сначала А.Эддингтоном, а затем академиком А.Михайловым, директором Пулковской обсерватории, было измерено
отклонение лучей звезд, вблизи затемненного диска Солнца. Первый получил величину 1,45 , а второй – 2 секунды дуги. А смещение перигелия Меркурия другие
наблюдатели получили (41,1±0,9) угловых секунд за столетие.
Установилось всеобщее мнение о подтверждении общей теории относительности. Однако эти два эффекта с такими величинами получаются другими, отличными от теории относительности методами, с помощью, в том числе, и РТГ.
Для серьезного подтверждения эффектов новых физических теорий научный
мир ждет, как принципиально новых теоретических идей, так и большого объема
экспериментальных и астрофизических данных.
Девятнадцатое письмо
О таланте астрономов-наблюдателей, секреты их творчества. Пример наблюдателя Вальтера Бааде и других.
T
ончайшие измерения параметров поведения столь сложных астрономических объектов, как звезды и галактики, не могут не вызвать восхищения и
желания проникнуть в секреты творчества астрономов-наблюдателей.
Талантливый астроном–наблюдатель встречается очень редко.
Внимательно проследить за скрупулезной их работой с оптическими системами и телескопами, за их способностью «укрощать», как правило, несовершенную,
сверхчувствительную и капризную оптическую систему телескопа и «выжимать»
из нее все, что возможно, невероятно интересно и поучительно для любого экспериментатора.
Можно перечислить имена феноменальных астрономов-наблюдателей прошлых
веков: Гиппарха, Галилея, Тихо–Браге, Гершеля и многих, многих других.
Однако я остановлюсь вкратце на работе современного талантливого немецкого
астронома–наблюдателя ХХ века, профессора Гарвардской обсерватории США,
55
Астрономические беседы с юными учениками
Вальтера Бааде (1893 - 1960). В основном, он жил в США, считался самым опытным
астрономом-наблюдателем в мире и «укротил» почти все крупнейшие телескопы
планеты того времени.
Для нас особенно поучительна работа Бааде на 100-дюймовом (~2,5 метровом)
телескопе обсерватории Маунт Вильсон.
Стояла важная астрономическая задача выяснения структуры ближайшей к нам
галактики Андромеды – М31. Полученные размытые изображения не позволяли с
уверенностью утверждать: состоит ли Андромеда из звезд или из газопылевых облаков?
Прежде всего, Бааде, подобно хорошему инженеру–исследователю, досконально изучил качество изображения и «поведение» оптики телескопа. Он обнаружил
в центре поля зрения телескопа искажение изображения, вызванное различными
типами аберраций из-за плохого качества главного зеркала.
Оптикам-технологам и инженерам-конструкторам хорошо известно, что искажения зеркала приходятся, в основном, на периферийную область отражающей
поверхности зеркала, на ее края. Поэтому, чтобы очистить центральную область
поля зрения телескопа от аберраций, Бааде задиафрагмировал картонной «маской»
периферийную часть главного зеркала, превратив 100 дюймовый телескоп в 84
дюймовый.
Но все дело в том, что «разрешающая способность» телескопа (способность обнаружения мелких деталей в изображении небесного объекта), кроме всего прочего,
находится в прямой пропорциональной зависимости от диаметра главного зеркала,
точнее, от его светового диаметра (апертуры). И Бааде, задиафрагмировав зеркало,
уменьшив его диаметр, ухудшил «разрешающую способность» инструмента. Однако выяснилось, что уменьшение диаметра компенсировалось исключением периферийных искажений зеркала и в центре поля изображение улучшалось.
Центральная область поля зрения очистилась от аберраций, и можно было приступить к наблюдениям.
Чтобы проще представить себе оптические чудеса этого процесса, можно провести несколько неточную аналогию с фотографированием большой группы людей, расположенных на различных расстояниях от фотоаппарата. Для создания
«глубины резкости», т.е. чтобы впереди и сзади стоящие люди оказались в фокусе, диафрагмируют объектив фотоаппарата, одновременно увеличивая выдержку
для сохранения освещенности. При этом, конечно, разрешающая способность несколько ухудшается.
Это был первый шаг Бааде в «укрощении» 100–дюймового телескопа.
Однако самой трудной задачей оказалось точное удержание фотографической
пластинки в фокальной плоскости (плоскости Гаусса) телескопа.
Фокальная плоскость телескопа по многочисленным причинам (в основном
температурным), обычно бесконтрольно меняет свое положение: происходит расфокусировка - несовпадение плоскости фотографической пластинки и фокальной плоскости телескопа.
При длительных, многочасовых экспозициях величина расфокусировки становится настолько большой, что приводит к искажению, размытию изображения.
Расфокусировка 100-дюймого телескопа была велика еще и по причине того,
что его зеркало было изготовлено из стекла старой марки, обладающего большим
коэффициентом температурного расширения, т.е. зеркало сильно деформировалось при изменении температуры окружающего воздуха и существенно меняло
56
письмо девятнадцатое
свое фокусное расстояние.
Вообще, нахождение и точное удержание фокуса, тем более в светосильных системах и при длительных экспозициях, дело трудное. Не случайно, что в светосильных (короткофокусных) менисковых оптических системах Максутова и в системе
Шмидта процент бракованных экспонированных пластинок при длительных экспозициях иногда доходит до 30%.
Для решения проблемы фокусировки астроном и оптик Ричи, уже очень давно, предложил, изготовил и сам первый применил специальную юстировочную
кассету.
Смысл этой кассеты заключается в том, что перед наблюдением, прежде чем
установить фотопластинку с рабочей кассетой в кассетник телескопа, вставляется
туда сперва кассета Ричи. Наблюдатель, смотрящий в окуляр телескопа, визуально
определяет фокальную плоскость и с помощью механизмов подвижки кассетной
части телескопа устанавливает кассету Ричи точно в фокус телескопа. А рабочая
кассета с фотопластинкой изготавливается так, что, если вставить ее на место кассеты Ричи, эмульсия фотопластинки окажется точно в фокусе телескопа.
Далее начинается процесс многочасового экспонирования пластинки. В процессе экспонирования, время от времени, нужно проверять, на месте ли фокус телескопа. Для этого, заменяют рабочую кассету на кассету Ричи, уточняют положение
фокуса, затем вынимают кассету Ричи и вставляют обратно рабочую кассету и продолжают экспонирование.
Сам Ричи поступал даже так: заподозрив, что качество изображения портится
из-за атмосферных помех, он прекращал съемку, вынимал рабочую кассету, вставлял свою и наблюдал за качеством изображения в фокальной плоскости телескопа.
Когда он видел, что качество изображения улучшилось, он снова устанавливал недоэкспонированную пластинку и продолжал снимать дальше.
Кассетой Ричи успешно пользовались многочисленные астрономы–
наблюдатели, и мы именно ей обязаны прекрасными изображениями астрономических объектов далеких прошлых лет.
Однако и кассета Ричи не дала Бааде нужную точность, не помогла ему «разрешить» туманность Андромеды на звезды по многочисленным причинам, на которых
мы не станем останавливаться.
Тогда Бааде вернулся к очень оригинальному и чрезвычайно чувствительному
методу, использованному астрономом Килером в Ликской обсерватории.
Смысл метода заключался в следующем. Обычно на краю поля зрения телескопа, вследствие полевой аберрации появляется вместо изображения круглой звезды,
каплеобразное, продолговатое, искаженное изображение, так называемая, «кома».
Причем стенки этой «капли» состоят из двух линий, которые являются дифракционными линиями. Естественно, что эти дифракционные линии необычайно чувствительны к малейшим перемещениям кассетной части телескопа. Бааде сумел
контролировать положение фокуса телескопа с огромной точностью именно по поведению «капли» - искажению и взаимному расположению интерференционных
полос.
За 4 часа экспозиции фокус телескопа мог уйти на 6 мм, а Бааде с помощью непрерывного наблюдения за картиной дифракционных полос на «капле» удерживал
фокус телескопа намного точнее допустимой расфокусировки.
В связи с определением фокуса телескопа, я вспомнил уместное юмористическое воспоминание из очерка бюраканского астронома, Нины Ивановой, нашей
57
Астрономические беседы с юными учениками
любимой приятельницы, которую вы тоже хорошо помните. Она работает в обсерватории почти со дня ее основания.
В своем очерке о Викторе Амазасповиче Нина Леонидовна вспоминает: «Виктор
Амазаспович всегда с большим юмором относился к разным забавным событиям в
нашей жизни. Например, один из астрономов обсерватории в течение длительного
времени приходил к нему и жаловался, что наблюдал целые ночи, но так и не смог
найти фокус телескопа. По этому случаю, Виктор Амазаспович заметил: «мой Пулковский учитель - академик Аристарх Аполлонович Белопольский как-то, вздохнув,
сказал, что половина его жизни прошла в фокусировках, имея в виду разные подготовительные работы до начала наблюдений. А у нашего бюраканского астронома
на это уходит вся жизнь».
Третий шаг Бааде был сравнительно прост. Он обратил внимание на то, что отсутствие удовлетворительной теплоизоляции башни и купола приводили к деформациям вторичного зеркала телескопа.
Бааде пишет - «В дневные часы купол нагревался так сильно, что плоское зеркало
превращалось в гиперболическое (или вроде того), затем зеркало медленно возвращалось к исходной форме, вызывая изменения фокуса и астигматизм».
Изменяя положение телескопа в дневное время, во-время открывая и закрывая
днем купол, Бааде добился оптимальной температурной релаксации телескопа.
Такое внимательное и грамотное отношение к инструменту обеспечило ему успех
в работе: ему удалось исследовать звездное население Андромеды и многое другое.
Сейчас почти на всех телескопах работают разные высокоточные системы автоматического фокусирования. Грамотно решается инженерами сложный вопрос
стабильности температуры подкупольного пространства.
Но это еще совсем не означает, что эра талантливых астрономов–наблюдателей
прошла. Наоборот, чтобы освоить крупный современный телескоп, нужно быть
очень грамотным, способным и разносторонним специалистом.
Проработав в Пулковской обсерватории почти 30 лет, я тесно сотрудничал с
астрономами–наблюдателями, прекрасно владеющими своими инструментами.
Это были, в основном, астрометристы, которые постоянно повышали точность
измерения координат звезд и галактик, для чего досконально изучали инструментальные ошибки и придумывали способы их устранения.
Это были и астрофизики, изучающие Солнце и борющиеся с беспощадным солнечным нагревом их телескопов.
Взаимодействие с Пулковскими наблюдателями существенно обогатило мой
опыт работы со своенравной и капризной оптико–механической аппаратурой и
заставила меня заниматься очень увлекательным делом – разрабатывать новые методы расчета температурных деформаций астрономических инструментов, исследованием причин искажения изображений телескопов и их устранением.
В Бюраканской обсерватории работал прекрасный, вдумчивый и строгий астроном – наблюдатель Бениамин Егишевич Маркарян, который из метрового светосильного, широкоугольного телескопа, как Бааде из 100- дюймого, сумел получить
все, на что был способен этот телескоп.
Все существенные наблюдательные Бюраканские результаты получены, в основном, на этом телескопе. Результаты наблюдений Маркаряна и многих других Бюраканских астрономов-наблюдателей явились драгоценным вкладом этой школы
в изучение переменных звезд, звездных ассоциаций, планетарных и кометарных
туманностей. Особенно ценно было обнаружение большого количества активных
58
письмо девятнадцатое
галактик с ультрафиолетовым избытком излучения в их спектре. Таких галактик в
списке Маркаряна оказалос свыше полутора тысяч. По предложению Виктора Амазасповича они были названы галактиками Маркаряна.
Галактики Маркаряна не отличались физической однородностью, однако при
исследовании на других крупных телескопах с высокодисперсионными спектрографами среди них было обнаружено много уникальных, молодых, активных
галактик.
До сих пор я рассказывал о блестящих астрономах-наблюдателях. Однако нередко встречаются и бездарные астрономы-наблюдатели.
В эти же годы в Бюраканской обсерватории работал сравнительно молодой и способный сотрудник - прямая противоположность Маркаряну и другим бюраканским
астрономам.
Фантастический прожектер, виртуозно и самоуверенно жонглирующий чрезвычайно поверхностными знаниями в астрофизике, он умудрился написать бесчисленное множество интригующих работ и книг весьма сомнительного содержания.
Он пытался освоить новый инструмент - небулярный спектрограф для спектроскопии протяженных небесных объектов и окончательно его угробил. На этом, фактически не работающем телескопе, он умудрился «получить» спектрограмму туманности Ориона и не постеснялся опубликовать статью об этом.
Зато он мгновенно защитил кандидатскую и докторскую диссертации и, благодаря огромной шумихе и пропаганде, устроенной им вокруг своих работ по внеатмосферной астрономии, буквально пролез в академики.
Но многими астрономами, ни один результат его исследований, серьезно не воспринимался.
Однажды возмущенный ученый совет обсерватории доказывал несостоятельность почти всех его научных работ. Один из астрономов обсерватории, Марат Аракелян, выступил с юмористическим предложением: не заниматься недостойной и
непродуктивной работой - разбирать каждую его статью и выискивать в них ошибки, а издать отдельным томом все его работы, чтобы воочию и легко можно было
убедиться, как одна статья противоречит другой.
К сожалению, такие астрономы нередко встречаются в научном мире.
Двадцатое письмо
Примеры из инженерной практики. Математическое моделирование. Советский 6-и метровый телескоп. Радиотелескоп РАТАН-600. Стратосферный,
автоматический солнечный метровый телескоп. Необходимость для инженеров
математических знаний.
С
оображениями соответствия теории расчета особенностям конструкции создаваемого сооружения хорошо владеют инженеры, рассчитывающие прочность, жесткость и устойчивость конструкций таких
сложных сооружений, как самолеты, ракеты, крупные телескопы и т.д.
59
Астрономические беседы с юными учениками
Прежде чем рассчитать конструкцию, инженер создает эскизный
(предварительно-схематический) проект и расчетную схему, максимально приближенную к проекту конструкции. Эта схема просчитывается теоретически.
В зависимости от создаваемого сооружения (мост, самолет, автомобиль, телескоп и т.д.) теории, описывающие их работу в различных условиях, относятся к
различным областям математической физики. Такими областями являются теоретическая механика, теории упругости и пластичности, а также сопротивление
материалов, аэро-гидродинамика, теплофизика, автоматика, теория моделирования и т.д.
В большинстве случаев при описании поведения конструкции используются
одновременно несколько разделов математической физики.
Применяемые в инженерной практике теории, как и при астрофизических и
физико–теоретических исследованиях, должны максимально соответствовать
исследуемому объекту. Адекватность этого соответствия в конечном счете определяет успех дела.
Более того, с появлением мощных компьютеров, на основе теории расчета
конструкций были разработаны специальные программы, которые позволили
производить компьютерные испытания конструкций. Выглядит такое испытание
весьма интересно и забавно.
Например, на экране монитора вы видите сконструированный и теоретически
рассчитанный вами самолет в полете. Движением «ручек» компьютера вы можете менять внешние параметры движения: заставлять самолет лететь с различными скоростями, пикировать, вращаться вокруг своей оси, проходить сильно
турбулентный атмосферный участок или зону грозовых облаков, останавливать
некоторые двигатели, которые якобы отказали в полете, «отрывать» хвостовое
оперение, часть крыла, имитировать его внезапное падение и, вообще, проделывать любые «издевательства» над летящим самолетом.
Таким образом, загоняя самолет в крайние, необычные, экстремальные ситуации по скоростям и перегрузкам, вы видите отчетливо на экране, какие узлы
оказались наиболее слабыми, каким образом и с каких узлов самолет начинает
разрушаться.
Имея наглядную картину процесса разрушения самолета, авиаконструктор
начинает «усиливать» отдельные узлы машины, совершенствуя конструкцию
самолета.
После компьютерных испытаний макет самолета загоняется для «продувки» в
аэродинамическую трубу, где проходит испытание, максимально приближенное
к реальному полету. И только после всех этих испытаний головной образец самолета поднимает в воздух летчик–испытатель.
Совершенно ясно, что успех компьютерного моделирования целиком зависит
от того, насколько теоретический полет самолета близок к реальному полету и
насколько теоретическое описание охватывает все стороны поведения конструкции.
Приведу поучительный пример соответствия теории и конструкции из инженерной практики крупного телескопостроения.
В 1960 году Правительство СССР приняло решение о строительстве оптического телескопа и радиотелескопа, превышающих размеры зарубежных аналогов.
В 1977 году в Ленинграде, на ЛОМО (Ленинградское оптико–механическое
60
письмо двадцатое
объединение) был сконструирован и построен самый крупный в мире оптический телескоп с диаметром главного зеркала 6 метров.
Главным конструктором проекта был опытный специалист, доктор технических наук, лауреат ленинской премии, по национальности армянин, Баграт Константинович Ионнисиани (1911-1985), с которым я имел счастье сотрудничать.
В это время я работал в Пулковской обсерватории, которая была главным куратором проекта этого телескопа. Руководство работ по телескопу в Пулкове вел
член–корреспондент АН СССР Олег Александрович Мельников, спектроскопист, астрофизик, прекрасно владеющий методами оптических исследований. С
ним я тоже тесно сотрудничал.
В процессе разработки при выборе конструкции главного зеркала, Баграт
Константинович остановился на варианте монолитной сплошной конструкции
зеркала с крупными отверстиями с тыльной ее стороны. Отверстия предназначались для установки в них механизмов системы разгрузки зеркала.
За несколько лет до этого в США был введен в строй самый крупный в то время телескоп с диаметром главного зеркала в 5 метров.
Главное зеркало американского телескопа было изготовлено в виде сотовой
конструкции.
При этом американцы воспользовались разработками советских ученых 40-х
годов. Одним из разработчиков был основатель отечественного производства
оптического стекла академик АН СССР, ленинградский ученый И.В.Гребенщиков
(1887-1953), а другим - один из основоположников отечественного астроприборостроения Н.Г.Пономарев, который работал в Пулковской обсерватории.
5-и метровое американское зеркало получилось сравнительно легким - весило
всего 16т и до сих пор успешно эксплуатируется.
Выбор сплошного зеркала Баграт Константинович обосновывал его термостабильностью, в то время как ребристые и сотовые конструкции он считал
«нервными», т.е. предполагалось, что при изменении температуры окружающего воздуха отражающая поверхность сплошного зеркала будет деформироваться
меньше, чем у ребристых или сотовых зеркал.
Сплошное, монолитное зеркало 6–и метрового телескопа, оказалось простым
в изготовлении, но очень тяжелым. Оно весило 42 тонны. Заготовка, из которой
вытачивали это зеркало, весила 70 т. Остывало зеркало после отливки свыше двух
лет. С изготовлением зеркала технологи справились после двукратной попытки,
однако возникла другая, не менее сложная проблема: отсутствовала теория расчета температурных деформаций сплошного тела с отверстиями и расчетная
группа ЛОМО стала перед большой проблемой.
Расчет температурных деформаций зеркала по имеющейся теории расчета,
без учета отверстий в теле зеркала, привел бы к недопустимым ошибкам.
Случайно обнаружилось, что задача исследования напряжений и деформаций «многосвязных толстых плит»24 была решена профессором Ереванского
Политехнического института, талантливым специалистом по теории упругости
О.М.Сапонджяном. Задача была решена с помощью теории функций комплексного переменного методом конформного отображения многосвязной области на
единичный круг.
Расчетчики ЛОМО с большим трудом одолели эту теорию, но, в конце концов,
24.Упрощенно многосвязные тела, в частности, можно представить как тела с отверстиями.
61
Астрономические беседы с юными учениками
получилось прекрасное совпадение результатов теории и задуманной конструкции зеркала.
Однако проведенные расчеты показали, что термическое поведение зеркала
будет неудовлетворительным, т.е. температурные искажения отражающей поверхности зеркала будут значительными, если не предпринять специальных мер.
По этой и по другой, не менее важной, причине - искажения изображения в
телескопе от конвективных потоков воздуха, исходящих от теплоемкого, медленно остывающего многотонного зеркала - Баграт Константинович решил установить активную систему предварительного кондиционирования подкупольного
пространства.
Система предварительного кондиционирования до начала наблюдений должна была выравнивать температуру главного зеркала, элементов конструкции телескопа, башни и купола с температурой окружающего воздуха. Эта установка
сейчас успешно эксплуатируется астрономами.
Вот вам поучительный пример из области инженерной деятельности, когда
применяемая теория расчета была адекватна исследуемому объекту. А если бы
не было удачно совпадающего готового математического решения? Тогда пришлось бы его разрабатывать.
Другой пример.
В 1960 году, по постановлению Совета Министров СССР началась разработка
самого крупного в СССР и в мире радиотелескопа.
Естественно, был объявлен всесоюзный конкурс на лучший проект радиотелескопа. На конкурс было представлено много вариантов конструкций. Дебаты
происходили очень бурные. В обсуждениях участвовали крупнейшие специалисты, ученые и конструктора.
Обсуждение происходило под руководством председателя совета по радиоастрономии АН СССР, академика В.А.Котельникова, но окончательное решение
принималось правительственной военно–промышленной комиссией (ВПК) СМ
СССР.
В результате дискуссий, длившихся свыше года, лучшим был признан проект
«Антенна переменного профиля», Пулковский проект радиотелескопа, отличающийся своей оригинальностью и новизной идеи.
Автором идеи был известный физик, один из основоположников радиолокации и радиоастрономии в СССР, профессор Семен Эммануилович Хайкин.
Руководство работ было поручено Пулковской обсерватории, отделу радиоастрономии, где уже успешно работал 100-метровый макет будущего радиотелескопа.
Научным руководителем проекта был назначен сам автор новой концепции
радиотелескопа, заведующий отделом радиоастрономии Пулковской обсерватории С.Э.Хайкин. Руководство разработкой конструкции и проведение инженерных расчетов было поручено мне. Над этим проектом в Пулкове я уже работал
несколько лет.
Предлагаемый радиотелескоп представлял собой 900 одинаковых, горизонтальных отражателей, расположенных по замкнутому кругу с диаметром 600
метров. 900 идентичных отражателей, каждый шириной 2м и высотой 7,4м., составляли суммарную площадь отражения 10000 м2. Каждый отражатель обладал тремя степенями свободы. Во время слежения за объектом автоматически
62
письмо двадцатое
управляемые отражатели, двигаясь с большой точностью по азимуту, высоте и
совершая радиальные перемещения, должны были создать единую, горизонтально расположенную «вырезку» из параболической поверхности, а ее главная ось
должна была удерживаться в направлении наблюдаемого объекта.
Это был первый случай реализации «адаптивной» системы, которая сейчас с
успехом используется в современных крупных оптических телескопах.
Радиотелескоп должен был работать на волнах от 8мм до 30см. Это означало, что
суммарная максимальная ошибка отражающей поверхности и ошибка его ориентации в пространстве не должна была превышать ± min/10. Здесь min = 8мм минимальная длина волны, на которой должен был работать радиотелескоп.
Серьезные и категорические замечания оппонентов касались того обстоятельства, что такую высокую точность поверхности огромных отражателей, при их
одностороннем солнечном нагреве, как показывали грубые расчеты, невозможно обеспечить из-за возникающих температурных деформаций.
Возникла угроза провала защиты проекта. Нужно было срочно разработать
удовлетворительную теорию расчета температурных деформаций отражателей
и радикальное, эффективное техническое предложение, исключающее эти температурные деформации.
Попытка воспользоваться помощью специалистов Ленинградского политехнического института, Ленинградского государственного университета и многих
других научных учреждений не принесла желаемых результатов. Готовых методов расчета не существовало, и нужно было решить эту задачу собственными
силами.
Этот труд мне пришлось взять на себя. За короткий промежуток времени удалось досконально изучить теорию лучистого нагрева и теплопроводности для
анализа температурных полей различных вариантов конструкций отражателей,
а также теорию термоупругости для расчета температурных деформаций отражателей.
Работа над созданием теории заняла свыше года, хотя со многими методами
таких расчетов я был знаком и раньше.
Результаты окончательных расчетов подтвердили опасение оппонентов - температурные деформации в 8,5 раз превосходили допустимые величины.
По этой причине нами были забракованы варианты жесткого закрепления обшивки отражателей к его несущим конструкциям, предложенные заводами - изготовителями.
Разработать другую технологию крепления обшивки заводы - изготовители не
умели и не желали. Тогда нам пришлось отказаться от заводских услуг крепления
обшивки отражающей поверхности.
Мы, совместно с моим другом, очень способным конструктором, Александром
Ивановичем Копыловым, предложили вариант «плавающей» обшивки, теплоизолированной от несущей конструкции отражателя, опирающейся на систему
регулируемых, юстировочных пружин.
Таким образом, удалось впервые для радиотелескопов создать термостабильные отражатели – устойчивые и не боящиеся одностороннего солнечного нагрева.
Процесс обшивки и юстировки (точное выравнивание) поверхности обшивки перенесли с завода на место сооружения радиотелескопа, в Зеленчук (северный
63
Астрономические беседы с юными учениками
Кавказ) и успешно реализовали силами обсерватории.
Так, во-время разработанная теория расчета температурных деформаций отражателей помогла нам обосновать выбор наилучшей конструкции отражателей,
что и решило судьбу сооружения Радиотелескопа АНСССР (РАТАН – 600) и его
успешную работу.
В1970 году, мне пришлось решить и более сложную «температурную» задачу.
Появилась необходимость проанализировать работу и заставить безошибочно
функционировать стратосферную астростанцию пулковского автоматического
солнечного телескопа с диаметром главного зеркала в 1 метр.
Астростанцию весом 7,5 т. поднимала на аэростате в стратосферу, на высоту
25 км. специальная воинская часть, базировавшаяся в городе Вольске25, на берегу
Волги. Дальнейшая работа телескопа - исследование Солнца, происходила автоматически.
Поднимался телескоп на эту высоту, в разреженную атмосферу, с целью избежать неминуемых искажений изображения атмосферными конвективными потоками, имеющих место на уровне Земли.
Эти исследования велись по решению и под строгим контролем военнопромышленной комиссии Совета Министров СССР.
Несмотря на безукоризненно осуществленные военными запуски и на безотказную работу системы автоматики, первые три полета не дали требуемого результата:
вопреки ожиданиям, качество изображения телескопа на высоте 25 км оказалось,
парадоксальным образом, хуже, чем на уровне земли.
Работы по астростанции были приостановлены до выяснения причин, искажающих изображение. Прекратилось и финансирование работ по этой теме.
Исследования по выявлению причин искажения качества изображения телескопа, и разработку технических предложений дирекция обсерватории поручила мне,
не очень надеясь на ее успешное решение.
С сотрудниками моего отдела (отдела астрономической техники) мы, с прекрасным оптиком Владимиром Корепановым и замечательным инженером Лидией Комионко приступили к исследованию оптического изображения телескопа в полете.
Телескоп в стратосфере работал в тяжелейших температурных условиях.
Например, вторичное зеркало телескопа, под действием сходящихся солнечных
лучей разогревалось до 580оС, деформировалось и, в результате этого, изображение
в телескопе сильно портилось. Были и очень многие, другие причины температурного характера, портящие изображение телескопа.
Мне удалось с помощью теоретических расчетов и теории моделирования, разработанной академиком Л.И.Седовым26, произвести лабораторные исследования
над макетами телескопа. Исследования велись чрезвычайно интенсивно и длились
более двух лет.
Для экспериментов проектировались и изготавливались термобарокамеры, лазерные интерферометры, специальные теневые приборы и разнообразное теплофизическое экспериментальное оборудование.
Теоретически обоснованные эксперименты проводились в термобарокамерах,
имитирующих все параметры и условия полета астростанции.
Таким образом, удалось досконально проанализировать функционирование те25. Пожалуй единственной достопримечательностью очень уютного приволжского г.Вольска
является тюрьма, где был заключен Емельян Пугачев.
26. Теория подобия и моделирования.
64
письмо двадцатое
лескопа в полете. Впервые нами было установлено, что на высоте 25 км., действительно, исчезают конвективные потоки, искажающие изображение Солнца в телескопе, но зато, в этом же, самом телескопе, появляются (из-за разности температур
оптики телескопа и окружающей среды) статические воздушные линзы причудливой формы, еще больше портящие изображение Солнца, чем конвективные потоки. Нам теперь предстояло уничтожить эти воздушные линзы.
Только благодаря точнейшим оптическим исследованиям искажений волнового фронта телескопа, с помощью самого точного оптического прибора - лазерного
интерферометрa, удалось восстановить полную картину теплофизических и оптических процессов, происходящих на астростанции в полете и выявить причину искажения изображения.
Причин было выявлено так много, что перечислять их я не буду.
Начали мы свои работы в Ленинградском Государственном Оптическом Институте (ГОИ), который обладал большой барокамерой с «оптическим окном».
Аппаратура была настолько чувствительной, что приходилось работать по ночам,
чтобы избежать вибраций оптической установки от проходящих недалеко от лаборатории подземных поездов метрополитена и от движения автомашин по ближайшим улицам.
Лабораторией в ГОИ руководил восьмидесятилетний корифей оптической интерферометрии академик Владимир Павлович Линник. Это был очень любознательный человек. С пристрастием расспросил нас, что мы собираемся делать, и, узнав о
содержании наших работ, сам очень этим заинтересовался.
Он очень внимательно наблюдал за нашей работой и заметил, как при наших
исследованиях мы мучимся, пользуясь «теневым» прибором, исследуя аберрации
волнового фронта. Через несколько дней он предложил нам собственноручно изготовленный из подручных деталей и приборов первый, очень компактный, необычайно простой и удобный в работе, так называемый «неравноплечий», лазерный
интерферометр. Прибор нас поразил своей высокой чувствительностью.
Мы были ему чрезвычайно благодарны, получив возможность резко повысить
точность измерения искажений волнового фронта и получить количественную характеристику системы оптических аберраций. Ведь «теневой» метод позволял нам
наблюдать только за качественной картиной искажения волнового фронта имитируемого макета телескопа.
Лазерный интерферометр стал для нас незаменимым прибором в наших дальнейших исследованиях, которые еще долго продолжались на Казанском оптикомеханическом заводе, где была изготовлена сама астростанция и телескоп.
Сейчас без лазерного интерферометра не обходится ни одно серьезное оптическое измерение и исследование.
Благодаря нашим исследованиям, удалось выявить все причины искажения изображения в телескопе, усовершенствовать конструкцию астростанции, свести к
минимуму влияние температуры на качество изображения телескопа.
А во время очередного, четвертого полета, в 1970 году нам удалось получить рекордное качество изображения фотосферы и грануляции Солнца и его спектра с
«разрешающей способностью» 0’’,1 827. Этот успех отметил в своем годовом отчете
Президент АН СССР М.В.Келдыш. Был снят документальный фильм.
Это была большая победа. Кажется, до сих пор в оптическом диапазоне никто
27. Дифракционный радиус для метрового телескопа в видимой области равен 0'', 14.
65
Астрономические беседы с юными учениками
еще не превысил нашу разрешающую способность при исследовании Солнца.
В связи с этой работой, не могу не вспомнить с благодарностью Владимира
Алексеевича Крата, директора Пулковской обсерватории, научного руководителя солнечной астростанции за предоставленную мне полную свободу исследований, глубочайший интерес и понимание к моим работам на астростанции и за
проявленное большое терпение и уважение к моим длительным исследованиям.
Мне очень повезло в Пулковской обсерватории работать с такими прекрасными учеными, как Семен Эммануилович Хайкин и Владимир Алексеевич Крат,
О.А.Мельников, А.А.Михайлов, А.А.Немиро, Д.Д.Максутов и др.
Завершая примеры использования теории в инженерной практике, хочу надеяться, что вам стало ясно, какое решающее значение имеют в работе инженераисследователя всесторонние математические знания и их умелое применение.
ЭПИЛОГ
П
оследние 20 – 30 лет астрофизика интенсивно развивается во многих странах Европы и США. Введены в строй многочисленные наземные телескопы с диаметром главного зеркала до 10 метров. Начинается проектирование 25- и даже 100-метровых телескопов.
На орбите успешно работает ультрафиолетовый телескоп «Хаббл» с диаметром 2,4 метра. Он, проработав на орбите свыше 20 лет и почти исчерпав свой ресурс, в ближайшие годы будет заменен орбитальным инфракрасным телескопом
Next Generation Space Telescope (NGST) с диаметром главного зеркала в 6 метров,
который будет работать на волнах 0,6-28 мкм.
Европейские инженеры, разработчики новых телескопов, осуществили вековую мечту астрономов - сконструировали для 8,2-метровых телескопов VLT,
установленных в Европейской южной обсерватории на горе Параналь (Чили),
устройство, компенсирующее атмосферную турбулентность (дрожание изображения в телескопе по причине атмосферной нестабильности)28.
Это означает, что теперь ограничение разрешающей способности, т.е. способности телескопа различать самые мелкие детали астрономических объектов, не
будет определяться «дрожанием» изображения из-за «бурлящей» атмосферы
земли, как это было до сих пор.
Теперь разрешающая способность телескопа будет зависеть от качества его
оптических элементов, жесткости и стабильности его конструкции, и можно будет реализовать дифракционное изображение (теоретически - самое лучшее) для
наземного телескопа любого диаметра.
В результате, на VLT размеры корректированных изображений звезд на длине
волны 1,2 мкм составили 0’’,04, что практически совпадает с теоретическим дифракционным пределом телескопа данного диаметра. Таким образом, современные
наземные телескопы, обладающие так называемыми адаптивными оптическими
системами, могут преодолеть атмосферный барьер разрешения. Адаптивные си28. В. Ю. Теребиж Современные оптические телескопы. Москва, физматлит, 2005г.
66
эпилог
стемы способны в реальном времени компенсировать атмосферное размывание
изображения с временным спектром мощности атмосферных вариаций волнового фронта в интервале 1-1000 Гц. В этом интервале частот преимущественно и
сосредоточено «атмосферное дрожание» звезд.
Напомним, что амплитуда «дрожания» в самых лучших, редких астроклиматических условиях не может быть меньше 0’’,2, а на обычных обсерваториях бывает хуже 1’’.
Таков блестящий инженерный успех телескопостроителей и их ценнейший
подарок астрономам.
Если вчера астрономы мира сетовали на мизерное количество астрономического наблюдательного материала, то сегодня они завалены таким количеством
наблюдательной информации, что не успевают ее «переварить».
Что касается идей и концепций, выдвинутых Амбарцумяном, то они подтверждаются с каждым новым наблюдением.
Однако совершенствование астрофизической теории, основанной Амбарцумяном, развивается гораздо медленнее, чем ожидалось.
Астрофизика ждет появления своего гения, который разобрался бы в бесконечном информационном потоке наблюдательного астрономического материала
и предложил бы новые идеи в теоретической астрофизике, о чем так мечтал Амбарцумян.
К сожалению, положение дел в астрономии, и тем более в астроприборостроении, в России и странах СНГ сегодня плачевное.
Но я верю в Россию, она уже становится на ноги после либеральных и рыночных издержек, и недалек тот день, когда прекраснейшая наука Астрономия воссияет в России и в Армении новым светом.
А уверенность Виктора Амазасповича, что «приближается то время, когда
астрофизика снова станет источником новых идей и фундаментальных изменений в физике», безусловно, верно.
P.S.
Е
сли поискать в Интернете «Звездные ассоциации» и области звездообразования, Эволюция галактик Амбарцумяна, Космогония и другие
хорошо понятные словосочетания, то вы обнаружите огромное количество работ многочисленных авторов различных специальностей: астрофизиков, физиков, богословов, философов и просто увлеченных астрономией людьми, которые пытаются вникнуть в работы Виктора Амазасповича и всесторонне
обсуждать их. Это говорит само за себя.
Почти все научные труды Амбарцумяна содержатся в трехтомнике (т.1,1960 г.,
т.2, 1960 г. , т.3, 1988г., Изд. А.Н Арм. ССР).
То, что труды Амбарцумяна востребованы и сегодня, говорит и факт переиздания за рубежом почти всех его главных научных трудов после его кончины.
Например: A Life in Astrophysiks. / Selected Papers of Viktor A. Ambartsumian./
Introduction by Geoffrey Burbidge. / Allerton press, Inc. New York. 1988.
67
Астрономические беседы с юными учениками
ОГЛАВЛЕНИЕ
Первое письмо.
О наших занятиях, о намерении рассказать вам как Виктор Амазаспович раскрыл секрет
рождения звезд и галактик во Вселенной. О том, почему необходимо изучать
ошибки великих мыслителей…….................................................................................................................................4
Второе письмо.
Введение в историю развития космологии (теории происхождения и развития небесных тел).
Как в ученом мире относятся к возникновению новой научной идеи? Примеры глубоких и длительных
заблуждений и удивительных предвидений великих мыслителей.
Не изрекать истины, а доказывать их. Поступок великого Фарадея. Религиозный
и астрономический аспект космологической проблемы. В чем главная космологическая дилемма?............6
Третье письмо.
Теория гравитационного сжатия, коллапса, аккреции и образования «черных дыр». Кант,
«физико-астрономическая теория Мироздания». В чем величие космологической теории Канта?
Гипотеза Канта - Лапласа. Гравитационный «радиус Шварцшильда». Фред Хойл. Переход
от «умозрения» к творчеству. Отношение Виктора Амазасповича к концепции коллапса.........................9
Четвертое письмо.
Еще немного про астрономию и астрономов. Астрономия в древнем мире. Обсерватория
в Александрии и первые астрономические инструменты. Основоположник астрономии Гиппарх
и его звездный каталог. Регистрация первой «Сверхновой» звезды. Определение прецессии
Земли. Коперник, Галилей, Тихо Браге, Кеплер и Ньютон. Расширяющаяся Вселенная.
Закон Хаббла. Теория «Большого взрыва»...............................................................................................................14
Пятое письмо.
Бушующая Вселенная. Крабовидная туманность. Синхротронное излучение и обратный
Комптон - эффект. Звезды типа Т Тельца и FU Ориона. Переменные звезды. .............................................17
Шестое письмо.
Где и как зарождаются звезды? Как их найти среди такого разнообразия звезд.
Нестационарность звездных систем и статистическая физика. Теория Амбарцумяна
о нестационарных кратных звездах и звездных систем. Двойные звезды. Долгая
и короткая «шкала времени».....................................................................................................................................21
Седьмое письмо.
Кратные звездные системы обыкновенного типа и типа «Трапеции». Области
звездообразований. «Звездные ассоциации. .........................................................................................................24
Восьмое письмо.
Из чего возникают звезды? Гипотеза о дозвездной материи - о протозвездах. Гипотеза
о сверхплотных протозвезд. Исследование возможных сверхплотных конфигураций материи.
Теория Амбарцумяна о возникновении барионов и гиперонов в сверхплотных средах. Гипотеза
о причинах иррегулярных вспышек звезд типа Т Тельца...…….............................................................................28
Девятое письмо.
Признание космологических теорий и концепций Амбарцумяна.................................................................31
Десятое письмо.
Метагалактика, происхождение галактик, компактные группы компактных галактик,
активность ядер галактик, радиогалактики, квазары.
Эволюционная схема галактик Амбарцумяна. ......................................................................................................32
Одиннадцатое письмо.
Теория относительности и астрофизика. Основы теории относительности и их создатели Лоренц и Пуанкаре. Величайший курьез XX века............................................................................................... 35
68
оглавление
Двенадцатое письмо.
Некоторые истории с Нобелевскими премиями. Как работы Георгия Гамова были проигнорированы
Нобелевским комитетом. Как Нобелевский комитет «не заметил» фундаментальную работу
Амбарцумяна 40 - летней давности, опубликованную в Англии. История
с Нобелевской премией Эйнштейна………………………………….............................................................................………40
Тринадцатое письмо.
О неевклидовой геометрии. «Искривленность мирового пространства»................................................44
Четырнадцатое письмо.
О том, как уживаются физики с астрономами. Kеплер и шестиугольность снежинок. Релятивистская астрофизика. Семинар акад. Зельдовича. Астрофизики теоретики и наблюдательная
астрономия. Астрофизик В.Г.Горбацкий .................................................................................................……………46
Пятнадцатое письмо.
Всегда ли Вселенная будет расширяться? ......................................................................................................49
Шестнадцатое письмо.
Анализ общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна и релятивистская
теория гравитации (РТГ) Логунова.........................................................................................................................51
Семнадцатое письмо.
Гравитационный коллапс и гравитационное излучение в теории РТГ......................................................53
Восемнадцатое письмо.
Отклонение света в поле тяготения Солнца. Смещение перигелия Меркурия. .....................................55
Девятнадцатое письмо.
О таланте астронома - наблюдателя, секреты их творчества.
Пример наблюдателя Вальтера Бааде и других. .................................................................................................55
Двадцатое письмо.
Примеры из инженерной практики. Математическое моделирование. Советский 6-и метровый
телескоп. Радиотелескоп РАТАН - 600. Стратосферный, автоматический солнечный
метровый телескоп. Необходимость для инженеров математических знаний............................................59
Эпилог.....................................................................................................................................................................66
Оглавление…………………………………………...................................................................................................................68
В оформлении использованы иллюстрации astronomy celestial atlas Jamieson 1822
На задней обложке изображение черной дыры, полученное при помощи телескопа.
69
Астроôизик
Амбарцумян Виктор
Амазаспович
(1908 - 1996)
Тихо – Браге
(1546 - 1601)
Галилео Галилей
(1564 - 1642)
Иоганн Кеплер
(1571 - 1630)
Николай Коперник
(1473 - 1543)
Гипарх Никейский
(190 - 125 до н.ý).
Один из величайших
основоположников
астрономии.
Иммануил Кант
(1724 - 1808)
Лоренц Хендрик
(1853 - 1928)
Анри Пуанкаре
(1854 - 1912).
Вместе с Лоренцом
создал «теорию
относительности»
1. Хаббл
Эдвин Пауýлл
(1889 -1953)
2. Мартин
Шварцшильд
(1912 - 1997)
1
2
3
3. Джинс
Джеймс Хопвуд
(1877 - 1946)
Крабовидная туманность
в нашей Галактике.
Начала образовываться
с 1054 года в результате
взрыва сверхновой звезды.
На месте ýтой звезды
образовался пульсар
Tуманность «Кошачий
глаз» в нашей Галактике ,
сôормировавшаяся после
взрыва центральной
звезды, по массе равной
солнечной
Ближайшая (2,5 млн. световых лет) галактика, похожая на нашу
в созвездии Андромеды. Радиус 110000 св. лет.
«Трапеция»
Ориона
Гигантский радиальный выброс
(джет длиной в 80 тысяч
световых лет) из активного
ядра галактики М87 в созвездии
девы. В 2006 году орбитальный
телескоп Хаббл зарегистрировал
90 – кратное повышение
светимости (взрыв) ближайшего
к ядру сгущения на джете.
Шестиметровый
телескоп
в Çеленчуке
(Россия)
Туманность
(М42)
в созвездии
Ориона
в нашей
Галактике
Пятиметровый телескоп
на Паломаре (США).
Самый крупный космический
автоматический телескоп
«Хаббл», с диаметром главного
зеркала 2, 4 метра.