- Троицкий вариант — Наука - https://trv-science.ru -

Игорь Новиков: первопроходец «кротовых нор» и черных дыр

Игорь Новиков

Игорь Нови­ков

Чер­ные дыры, «кро­то­вые норы», релик­то­вое излу­че­ние, маши­на вре­ме­ни эти поня­тия зна­ко­мы широ­ко­му кру­гу людей, доста­точ­но дале­ких от нау­ки. Всё выше­пе­ре­чис­лен­ное так или ина­че ассо­ци­и­ру­ет­ся с дея­тель­но­стью Иго­ря Дмит­ри­е­ви­ча Нови­ко­ва, кото­ро­му 10 нояб­ря испол­ни­лось 80 лет. Мы не будем пере­ска­зы­вать его био­гра­фию, луч­ше сосре­до­то­чим­ся на его инте­рес­ных рабо­тах и иде­ях. Спи­сок книг, напи­сан­ных юби­ля­ром, и спи­сок полу­чен­ных им рега­лий даны в кон­це очер­ка.

Науч­ная дея­тель­ность Иго­ря Нови­ко­ва нача­лась в пяти­де­ся­тые годы про­шло­го века с изу­че­ния свойств чер­ных дыр, вокруг кото­рых уже в то вре­мя клу­би­лось мно­же­ство раз­лич­ных мифов. В те вре­ме­на отно­ше­ние к ним было весь­ма спе­ци­фи­че­ским. По сло­вам Кипа Тор­на (кото­рый впо­след­ствии стал соав­то­ром Иго­ря Нови­ко­ва во мно­гих рабо­тах), реше­ние вве­сти в нау­ку чер­ные дыры слиш­ком «пло­хо пах­нет» и не может быть реаль­ным опи­са­ни­ем при­ро­ды. Ника­кой физи­ки, сто­я­щей за этим реше­ни­ем, до Иго­ря Нови­ко­ва не суще­ство­ва­ло.

Кротовые норы, черные дыры

Никто не думал, что это не абстрак­ция, некое нере­а­ли­зу­е­мое реше­ние урав­не­ний Эйн­штей­на, а физи­че­ский объ­ект во Все­лен­ной, кото­рый, более того, вполне мож­но наблю­дать. В сво­ей дис­сер­та­ции Игорь Нови­ков очень чет­ко отде­лил фак­ты от домыс­лов и зало­жил проч­ный фун­да­мент совре­мен­но­го пони­ма­ния слож­но­го ком­плек­са про­цес­сов, про­ис­хо­дя­щих внут­ри и в окрест­но­сти чер­ных дыр. Сей­час суще­ство­ва­ние во Все­лен­ной огром­но­го коли­че­ства чер­ных дыр в очень широ­ком диа­па­зоне масс — твер­до уста­нов­лен­ный наблю­да­тель­ный факт.

За про­шед­шие пол­ве­ка тема чер­ных дыр пре­вра­ти­лась в осо­бый раз­дел реля­ти­вист­ской аст­ро­фи­зи­ки, объ­еди­ня­ю­щий рабо­ты сотен наблю­да­те­лей и тео­ре­ти­ков, мно­гих мощ­ных теле­ско­пов и супер­ком­пью­те­ров. Эта область реля­ти­вист­ской аст­ро­фи­зи­ки содер­жит мно­же­ство инте­рес­ных и всё еще не решен­ных про­блем, а Игорь Нови­ков оста­ет­ся одним из глав­ных экс­пер­тов по этим вопро­сам. В част­но­сти, напи­сан­ная им в соав­тор­стве с Вале­ри­ем Фро­ло­вым обшир­ная моно­гра­фия «Физи­ка чер­ных дыр» (1986, 1998) в тече­ние 20 лет оста­ет­ся одной из луч­ших как по ясно­сти изло­же­ния, так и по пол­но­те охва­та.

В 1960-е годы, бога­тые на вели­кие откры­тия, про­изо­шел оче­ред­ной про­рыв в кос­мо­ло­гии. К тому вре­ме­ни прак­ти­че­ски усто­я­лась тео­рия рас­ши­ря­ю­щей­ся Все­лен­ной Фрид­ма­на, но в ней не хва­та­ло важ­ных дета­лей. Напри­мер, како­ва была тем­пе­ра­ту­ра Все­лен­ной в ее пер­вые мину­ты, когда шел нук­ле­осин­тез?

Геор­гий Гамов в 1948 году пред­ло­жил тео­рию горя­чей Все­лен­ной, в кото­рой исхо­дя из дан­ных по соот­но­ше­нию водо­ро­да и гелия в кос­мо­се пред­ска­зал совре­мен­ную тем­пе­ра­ту­ру элек­тро­маг­нит­но­го фона 5 гра­ду­сов Кель­ви­на. Одна­ко к 1960 году прак­ти­че­ски все наблю­да­тель­ные дан­ные, кото­ры­ми поль­зо­вал­ся Гамов, были опро­верг­ну­ты или каче­ствен­но изме­не­ны. Более того, наблю­де­ния оби­лия гелия во Все­лен­ной пока­зы­ва­ли, что суще­ству­ют объ­ек­ты с низ­ким его содер­жа­ни­ем (это впо­след­ствии не под­твер­ди­лось), что про­ти­во­ре­чи­ло тео­рии Гамо­ва. Таким обра­зом, тео­рия горя­чей Все­лен­ной в нача­ле шести­де­ся­тых годов про­шло­го века была под очень боль­шим сомне­ни­ем и в шко­ле Зель­до­ви­ча счи­та­лась похо­ро­нен­ной.

Так­же инте­рес­но отме­тить, что Гамов, рас­смат­ри­вая вопрос о воз­мож­но­сти наблю­де­ния релик­то­во­го фона в горя­чей Все­лен­ной, срав­нил пол­ную его плот­ность с плот­но­стью энер­гии излу­че­ния звезд и сде­лал вывод, что наблю­дать фон невоз­мож­но. Этот вывод был непра­виль­ным — реаль­но плот­ность энер­гии релик­то­во­го фона ока­за­лась в десят­ки раз выше фона от звезд.

Андрей Дорош­ке­вич и Игорь Нови­ков зани­ма­лись иссле­до­ва­ни­ем элек­тро­маг­нит­ных фонов Все­лен­ной, и ими была постро­е­на кри­вая зави­си­мо­сти сум­мар­ных интен­сив­но­стей всех источ­ни­ков (радио­га­лак­тик и дале­ких звезд) от часто­ты излу­че­ния. Полу­чен­ная кри­вая име­ла чет­кий мини­мум в рай­оне дли­ны вол­ны 1 сан­ти­метр. Авто­ры ста­тьи ука­за­ли, что релик­то­вый фон, если бы его тем­пе­ра­ту­ра была по мень­шей мере 1 гра­дус Кель­ви­на, мож­но было бы наблю­дать на этих дли­нах волн. Таким обра­зом, ими было най­де­но спек­траль­ное «окно», где фон мог быть наблю­да­ем. Более того, они ука­за­ли, на каком теле­ско­пе это воз­мож­но было наблю­дать. Спу­стя год после пуб­ли­ка­ции рабо­ты всё так и ока­за­лось: релик­то­вое излу­че­ние было заре­ги­стри­ро­ва­но Пен­зи­а­сом и Виль­со­ном, дли­на вол­ны в пике состав­ля­ла доли сан­ти­мет­ра. Пред­ска­за­ния бле­стя­ще под­твер­ди­лись, но в 1964 году рабо­та про­шла неза­ме­чен­ной, и толь­ко после откры­тия релик­то­во­го излу­че­ния и полу­че­ния за это откры­тие Нобе­лев­ской пре­мии заме­ча­тель­ная рабо­та Андрея Дорош­ке­ви­ча и Иго­ря Нови­ко­ва была пол­но­стью оце­не­на науч­ным сооб­ще­ством и упо­мя­ну­та в соот­вет­ству­ю­щей нобе­лев­ской лек­ции [1].

Впо­след­ствии, уже в ХХI веке, Игорь Нови­ков с Оле­гом Вер­хо­да­но­вым, Андре­ем Дорош­ке­ви­чем и Пав­лом Насель­ским про­дол­жи­ли эту тему уже на совер­шен­но новом уровне. Они рабо­та­ли с дан­ны­ми кос­ми­че­ской мик­ро­вол­но­вой обсер­ва­то­рии WMAP, изме­ряв­шей неод­но­род­но­сти тем­пе­ра­ту­ры и поля­ри­за­ции релик­то­во­го излу­че­ния, что при­ве­ло в насто­я­щее вре­мя к откры­тию двух глав­ных состав­ля­ю­щих мате­рии, запол­ня­ю­щей Все­лен­ную и опре­де­ля­ю­щей ее фун­да­мен­таль­ные свой­ства. Это зага­доч­ные «тем­ная энер­гия» и «тем­ная мате­рия». Ока­за­лось, что хоро­шо извест­ное нам бари­он­ное веще­ство состав­ля­ет лишь око­ло 3–4% сред­ней плот­но­сти Все­лен­ной. Игорь Дмит­ри­е­вич с кол­ле­га­ми внес­ли свой вклад в надеж­ность и точ­ность этих резуль­та­тов.

Зна­чи­тель­ная часть работ Иго­ря Нови­ко­ва посвя­ще­на вопро­сам гра­ви­та­ци­он­ной неустой­чи­во­сти, обра­зо­ва­нию галак­тик, скоп­ле­ний галак­тик и наблю­да­е­мой струк­ту­ры Все­лен­ной.

Нуж­но ли зани­мать­ся явле­ни­я­ми, кото­рые почти навер­ня­ка невоз­мож­но наблю­дать, и эффек­та­ми, кото­рые вряд ли могут иметь отно­ше­ние к при­ро­де? Мож­но ли про­ско­чить в дру­гую все­лен­ную через «кро­то­вую нору»? Мож­но ли в прин­ци­пе создать все­лен­ную «в лабо­ра­то­рии»? Воз­мож­на ли маши­на вре­ме­ни в рам­ках Общей тео­рии отно­си­тель­но­сти? С точ­ки зре­ния мно­гих физи­ков, подоб­ная дея­тель­ность не слиш­ком респек­та­бель­на — луч­ше зани­мать­ся тем, что может быть под­твер­жде­но наблю­де­ни­я­ми или экс­пе­ри­мен­та­ми. Но ведь это инте­рес­но с миро­воз­зрен­че­ской сто­ро­ны! Допус­ка­ет ли тео­рия подоб­ную экзо­ти­ку? Кста­ти, это инте­рес­но не толь­ко уче­ным, но и людям дале­ким от нау­ки. Зна­чит, кто-то дол­жен этим зани­мать­ся на хоро­шем про­фес­си­о­наль­ном уровне. При этом кро­ме неко­то­рой науч­ной сме­ло­сти здесь тре­бу­ет­ся хоро­шая фан­та­зия. Игорь Нови­ков упор­но рабо­тал над эти­ми вопро­са­ми, в том чис­ле и в соав­тор­стве с Кипом Тор­ном, кото­рый, кста­ти, стал соав­то­ром сце­на­рия филь­ма «Интер­стел­лар», где фигу­ри­ру­ют и «кро­то­вые норы», и чер­ные дыры.

Конеч­но, воз­мож­но­сти путе­ше­ствия через «кро­то­вые норы» и осу­ществ­ле­ния маши­ны вре­ме­ни писа­ны вила­ми на воде: это тре­бу­ет мате­рии с весь­ма экзо­ти­че­ским урав­не­ни­ем состо­я­ния — фан­том­ной мате­рии (дав­ле­ние отри­ца­тель­но и по моду­лю боль­ше плот­но­сти энер­гии). Суще­ство­ва­ние такой мате­рии, с одной сто­ро­ны, про­ти­во­ре­чит неко­то­рым физи­че­ским прин­ци­пам, с дру­гой сто­ро­ны, эти прин­ци­пы не столь фун­да­мен­таль­ны, как закон сохра­не­ния энер­гии. Что же, это цена, кото­рую тре­бу­ет­ся запла­тить за про­хо­ди­мые «кро­то­вые норы». Но если при­ро­да запла­ти­ла эту цену и фан­том­ная мате­рия суще­ству­ет, то воз­ни­ка­ет фун­да­мен­таль­ный пара­докс — маши­на вре­ме­ни. «Кро­то­вые норы» могут соеди­нять раз­ные все­лен­ные, а могут — раз­ные обла­сти одной все­лен­ной. И тогда про­лет через такую «кро­то­вую нору» может забра­сы­вать путе­ше­ствен­ни­ка назад во вре­ме­ни — это не фан­та­зия, а след­ствие Общей тео­рии отно­си­тель­но­сти. Но путе­ше­ствие назад во вре­ме­ни нару­ша­ет прин­цип при­чин­но­сти (напри­мер, мож­но убить свою бабуш­ку и не родить­ся). А это уже слиш­ком фун­да­мен­таль­ная вещь: если рушит­ся при­чин­ность, рушат­ся наши пред­став­ле­ния о мире.

Для того что­бы пре­одо­леть эту ловуш­ку, Игорь Нови­ков пред­по­ло­жил, что в мире дей­ству­ет допол­ни­тель­ный прин­цип — прин­цип само­со­гла­со­ван­но­сти: все миро­вые линии, опи­сы­ва­ю­щие пет­ли во вре­ме­ни, сши­ва­ют­ся так, что исто­рия оста­ет­ся един­ствен­ной; не толь­ко про­шлое вли­я­ет на буду­щее, но и буду­щее вли­я­ет на про­шлое в таких пет­лях. Дру­ги­ми сло­ва­ми, веро­ят­ность любых собы­тий, при­во­дя­щих к изме­не­нию исто­рии, стре­мит­ся к нулю. Этот прин­цип, нося­щий имя Нови­ко­ва, доволь­но попу­ля­рен и «пошел в куль­ту­ру», подоб­но чер­ным дырам и «кро­то­вым норам».

Воз­вра­ща­ясь на Зем­лю, надо при­знать, что глав­ный вклад Иго­ря Дмит­ри­е­ви­ча в нау­ку — не толь­ко в его рабо­тах в экзо­ти­че­ских обла­стях, но и в кни­гах, кото­рые он напи­сал. Книг мно­го. Это, во-пер­вых, моно­гра­фии, где всё, что каса­ет­ся чер­ных дыр и дру­гих явле­ний, свя­зан­ных с силь­ной гра­ви­та­ци­ей, раз­ло­же­но по полоч­кам. Эти­ми кни­га­ми поль­зу­ет­ся уже не одно поко­ле­ние науч­ных работ­ни­ков и сту­ден­тов. Во-вто­рых, это увле­ка­тель­ные науч­но-попу­ляр­ные кни­ги, кото­рые рекру­ти­ро­ва­ли в нау­ку тоже не одно поко­ле­ние школь­ни­ков и сту­ден­тов. Эти кни­ги заслу­жи­ва­ют того, что­бы дать их пол­ный спи­сок.

Монографии

Реля­ти­вист­ская аст­ро­фи­зи­ка, (1967) (с Я. Б. Зель­до­ви­чем)
Стро­е­ние и эво­лю­ция Все­лен­ной, (1971) (с Я. Б. Зель­до­ви­чем)
Эво­лю­ция Все­лен­ной (1979, 1983) (с Я. Б. Зель­до­ви­чем)
Физи­ка чер­ных дыр (1986) (с В. П. Фро­ло­вым)
Релик­то­вое излу­че­ние Все­лен­ной, (2003) (с П. Д. Насель­ским и Д. И. Нови­ко­вым)

Научно-популярные книги

Эво­лю­ция Все­лен­ной (1983)
Чер­ные дыры и Все­лен­ная (1985)
Как взо­рва­лась Все­лен­ная (1988)
Чело­век, открыв­ший взрыв Все­лен­ной (1989) (с А. С. Шаро­вым)
Куда течет река вре­ме­ни? (1990)

Кни­ги пере­ве­де­ны на ряд ино­стран­ных язы­ков.

И нако­нец, посколь­ку очерк напи­сан к юби­лею, полез­но при­ве­сти спи­сок рега­лий Иго­ря Дмит­ри­е­ви­ча.

Член-кор­ре­спон­дент РАН (2000)
Член
Academia Europaea (с 1992 года)
Член
Дат­ской коро­лев­ской ака­демии наук (с 1996 года)
Член
Коро­лев­ско­го аст­ро­но­ми­че­ско­го обще­ства (с 1998 года)
Член
бель­гий­ской ака­де­мии наук (г. Льеж) (с 1996 года)
Пре­мия
ита­льян­ско­го уни­вер­си­те­та (2003)
Медаль
Эддинг­то­на (2007)
Пре­мия
име­ни Амбар­цу­мя­на (2011)
Пре­мия
име­ни Фрид­ма­на (2014)

1. http://ufn.ru/ru/articles/2007/12/d/

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи