Академик Дмитрий Александрович Варшалович о происхождении и эволюции Вселенной, темной материи и темной энергии, полетах в космос и других важных и интересных проблемах
Для того чтобы попасть в сектор теоретической астрофизики
знаменитого петербургского Физико- технического института им.
А.Ф. Иоффе (Физтеха), нужно долго подниматься по лестнице на
самый верхний этаж здания. Именно здесь нас встретил известный
ученый, лауреат Государственной премии, академик Дмитрий
Александрович Варшалович, который руководил этим
сектором почти четверть века. Разговор шел о происхождении и
эволюции Вселенной, темной материи и темной энергии, полетах в
космос и других важных и интересных проблемах.
Дмитрий Александрович, почему вы стали заниматься
астрофизикой?
Я окончил в 1957 г. физический факультет Ленинградского
университета по кафедре ядерной физики и пришел в Физтех как
ядерщик. Я попал в лабораторию известного ученого профессора Л.И.
Русинова. Это была лаборатория ядерной изомерии, но тогда у
лабораторий названий не было, все было засекречено. Из-за этого я
однажды попал в неприятную историю. Наверное, не стоит
рассказывать...
Расскажите, пожалуйста, это интересно.
Нам нельзя было ни вносить, ни выносить никаких бумаг, журналов,
документов. А я решил взять домой почитать на воскресенье
американский журнал Physical Review, там была интересная
статья. Я засунул его под ремень брюк. Но когда я шел мимо
вахтера-охранника, тот понял, видимо, по моей физиономии, что я
что-то не то делаю. Короче говоря, меня задержали — и после этого
был скандал. Я говорю: «Так я же американский журнал взял, а не
советский!» — «Враги не дремлют! Вот увидят в трамвае, что вы
читаете, и сообразят, что здесь занимаются атомной бомбой!» Ну
что я мог возразить?.. И на какое-то время я был отстранен от
работ.
Однако мы с Л.И. Русиновым написали совместную работу. Это был
большой обзор, опубликовали его в журнале «Успехи физических
наук», и эта статья имела реальный успех. После этого Л.И.
Русинов предложил: «Давайте втроем вместе с И.В. Курчатовым
напишем книгу». Мы начали писать, но не дописали. В 1960 г. И.В.
Курчатов и Л.И. Русинов неожиданно умерли. Я пошел в издательство
и попросил продлить договор хотя бы на несколько месяцев, чтобы я
закончил книгу. Получил ответ: «Нет». — «Почему? Вы же понимаете,
что моих соавторов больше нет». Но увы... Рукопись осталась у
меня, долго лежала на антресолях, пока в квартире над нами не
случился потоп. Все промокло, и рукопись погибла.
Возвращаясь к первому вопросу: в астрофизику я перешел после
того, как не стало Л.И. Русинова, и ни разу не пожалел о том, что
занимаюсь именно этой наукой.
Астрофизика ведь относительно новая наука?
Да, но астрономия возникла значительно раньше. В Древнем Китае
она была уже во 2-1 тыс. до н.э. В XII в. до н.э. там была
впервые построена астрономическая башня, то есть первая
обсерватория. Китайцы письменно регистрировали появление комет и
солнечные затмения. Сохранился документ, в котором описан суд над
двумя астрономами. Их судили зато, что они не предсказали
солнечное затмение. И за это их казнили, это считалось
преступлением. Астрономы в Древнем Китае находились на
государственной службе, занятия астрономией приравнивались к
военной службе со всеми плюсами и минусами. А надо сказать, что
солнечное затмение за неделю или за месяц не предскажешь, нужно
как минимум год или два регулярно вести наблюдения.
А какие открытия вы считаете основополагающими для вашей
науки?
Космическое пространство в наше время превратилось в своего рода
лабораторию для физиков, потому что там можно исследовать такие
объекты и процессы, которые на Земле невозможно воспроизвести.
Например, сверхплотное вещество нейтронных звезд, плотность
которого значительно превышает плотности атомных ядер. Или
сверхсильные магнитные поля тех же нейтронных звезд. Они
настолько велики, что атомы у поверхности звезды вытягиваются,
как иголки, вдоль силовых линий магнитного поля.
Еще пример— взрыв сверхновой звезды, при котором за несколько
секунд выделяется энергии во много раз больше, чем Солнце
испустило за всю свою жизнь. Поэтому космос дает уникальную
возможность проверить физические закономерности, которым
подчиняется природа. Исследования космических объектов —
квазаров, нейтронных звезд, черных дыр и т.д. — произвели
переворот не только в астрофизике, но и в самой современной
физике, потому что так удалось выяснить новые физические
закономерности.
Один из важнейших выводов, к которому пришли в последние годы
радиоастрономы и астрономы, заключается в том, что известное нам
обычное вещество, состоящее из атомов, молекул, ионов,
электронов, составляет лишь 5%. А все остальное? По- видимому.
оно тоже существует и гравитирует. но мы до сих пор не знаем, что
это такое. Считается, что у этого невидимого вещества есть два
компонента: темная материя и темная энергия. Вторую составляющую.
кстати, называют по-разному. Большинство специалистов уверены в
их существовании. В результатах этих исследований есть и наш
вклад.
В основном мы занимались далекими квазарами. Квазары— это самые
яркие объекты, поэтому их видно с огромных расстояний— 10-13 млрд
световых лет. А это обозначает, что свет от них шел до нас 10-13
млрд лет. Поэтому, измеряя их спектры, мы можем узнать, какие
тогда были условия, какой был химический и изотопический состав
вещества, не изменялись ли физические закономерности, в том числе
не менялись ли какие-либо фундаментальные константы. Все это
можно проверить, анализируя данные наблюдений. И мы этим
занимаемся.
А как все начиналось? Какой была тема вашей кандидатской
диссертации?
Началось все в конце 1960-х гг., когда мне была присуждена
докторская степень за кандидатскую диссертацию. В ней был
предсказан некий эффект, о котором никто не подозревал, — так
называемое выстраивание спинов частиц. Дело в том, что у всех
частиц— молекул, атомов, ионов — есть спин, то есть момент
количества движения, который имеет определенное направление. У
нас в атмосфере все молекулы многократно сталкиваются, поэтому
здесь у них нет определенного направления, все изотропно и
однородно. А из-за того что в космосе среда очень разрежена,
частицы не успевают столкнуться, поэтому спины частиц оказываются
выстроены определенным образом. Это приводит к новому эффекту,
который влияет на результаты измерений: меняются относительные
интенсивности линий и количественные оценки химического состава
вещества, степени его ионизации и плотности облаков межзвездного
газа и оболочек звезд и т.д.
В 2008 г. вы получили Государственную премию за
основополагающие открытия в области физики галактик,
межгалактической среды и релятивистских объектов. Можно ли
доступно рассказать, что это такое?
Постараюсь. Тогда я был заведующим кафедрой космических
исследований в Политехническом институте, а в Физтехе —
заведующим сектором теоретической астрофизики. Студенты проходили
здесь практику научных исследований, а мы выбирали из них самых
сильных и талантливых. Так сформировался наш коллектив.
Теперь что касается наших исследований. Межгалактическая среда
почти пустая, но не совсем. Согласно современной космологической
модели, наша Вселенная существует 13,82 млрд лет. Сначала она
была очень плотной и горячей, но быстро расширялась. температура
падала, и на определенной стадии уже смогли образоваться три
самых главных элемента: водород, гелий, литий. А дальше дело
не пошло: температура упала, и ядерные реакции прекратились.
Откуда же взялись остальные элементы? Они образовались много
позже, когда сформировались первые звезды. Это можно было
проследить, наблюдая квазары. находящиеся на разных
космологических расстояниях. Вот это мы и делали.
Второе, что нужно было проверить, — не меняются ли физические
константы в процессе эволюции Вселенной. Некоторые очень
известные физики и астрофизики говорили, что они должны меняться.
Совсем на раннем этапе, до нуклеосинтеза, они действительно могли
меняться. Мы показали, что за последние 13 млрд лет законы физики
и значения фундаментальных физических констант (в пределах
точности измерений) оставались неизменными, хотя сама Вселенная
за это время существенно трансформировалась.
Какие современные теории, на ваш взгляд, наиболее точно
описывают возникновение Вселенной и ее строение? Теория струн,
множественность вселенных...
Действительно, концепций много, их нужно проверять и обсуждать.
Нужны новые эксперименты и новые астрономические наблюдения.
Ответа на этот вопрос пока нет. Возможно, мы еще не знаем и не
учитываем многие важные факторы.
Немного уйду в сторону и расскажу одну историю. После Второй
мировой войны остались две державы с атомным оружием — СССР и
США. Французы тоже хотели его иметь. Они стали из своей бывшей
колонии — Французского Конго — вывозить уран. Оттуда брали
ядерное сырье, а у себя во Франции обрабатывали его на
обогатительной фабрике, где проверяли, сколько там урана-235.
Хотя его ничтожно мало— 0,9%, а более 99% — это уран-238. И вдруг
было обнаружено, что 235-го нет совсем. Сначала французы
предположили, что его кто-то украл — либо американцы, либо мы.
Поехали изучать на место, и выяснилась удивительная вещь. Это
месторождение в Африке — устье Конго, крупнейшей реки Африки. И
там обнаружили несколько природных ядерных реакторов. Когда об
этом объявили, все физики-ядерщики утверждали, что этого в
принципе не может быть. Для того, чтобы реактор действовал,
необходимо обогатить ядерное сырье ураном-235, чего сейчас
явно не происходит. Дело в том, что период полураспада этого
изотопа— всего 700 тыс. лет, природный же ядерный реактор, как
оказалось, работал 3,5 млрд лет тому назад, когда урана-235 было
в пять раз больше. Так что он за это время распался. Но откуда же
тогда взялся уран? Оказалось, что на дне Конго его накапливали
бактерии. И никто не подозревал, что так может быть. Вот такие
вещи бывают.
Дмитрий Александрович, вы сказали, что темной материи и
темной энергии 95%. То есть всеми процессами руководит непонятная
субстанция. Какие эксперименты могут помочь понять, что это
такое?
Это пытаются сделать, например, в CERN на Большом
адронном коллайдере или в ряде космических экспериментов. Но пока
безуспешно. Несомненно, сейчас это исследовательская задача номер
один.
А что такое антиматерия? Есть такое понятие?
Конечно, есть. Материя состоит из тех веществ, которые мы знаем,
— это химические элементы. Но для каждого химического
элемента можно найти антипод, у которого вместо протонов —
антипротоны, вместо электронов — антиэлектроны, то есть
позитроны, которые имеют противоположный электрический заряд и
некоторые другие характеристики. Из них и состоит антивещество.
На самой ранней стадии эволюции Вселенной античастицы
существовали почти в таком же количестве, как и частицы. Позже,
когда температура упала, частицы и античастицы аннигилировали и
превратились в кванты излучения. В результате выделилось огромное
количество энергии. Но это было на очень ранних стадиях эволюции.
А сейчас небольшое количество антивещества образуется в
результате взаимодействий частиц высоких энергий.
Современные знания позволяют предположить, как Вселенная
будет эволюционировать дальше?
Мы верим, что те законы, которые установлены сейчас, работали
миллиарды лет назад и будут действовать в будущем. Конечно,
плотность вещества будет падать, массивные звезды
проэволюционируют и взорвутся, а часть звезд остынет. Но
радикально мир едва ли изменится. Однако локальные изменения,
конечно, будут. Например, магнитное поле Земли не стоит на месте.
Мой коллега по университету каждый год ездил в Антарктиду и там
измерял положение магнитного полюса. А потом полюс ушел в океан и
нечего стало измерять. Здесь, на севере, такое движение тоже
наблюдается. После того как обнаружили, что магнитное поле Земли
явно поворачивается, стали думать, к чему это приведет и было ли
это раньше. Выяснилось, что изменения магнитного поля Земли много
раз происходили и раньше. Это приводило к кардинальному изменению
климата. Так что и сейчас можно этого ожидать. Но подобное
происходит не так уж быстро, то есть нам с вами хватит времени
прожить без существенных изменений.
А детям и внукам?
А вот детям и особенно внукам нужно готовиться к тому, что надо
будет решать, что же делать. В свое время резкие изменения
климата вынудили большинство людей уйти из Африки. Климат менялся
так, что жить там стало почти невозможно.
Насколько важны для физиков-теоретиков полеты в космос—
пилотируемые и нет — как источник информации?
Полеты, безусловно, важны. Но сейчас, например, говорят об
экспедиции на Марс, причем полететь туда и там остаться. Это мне
кажется абсолютно ненужным. Вот полет туда и обратно на Луну —
это правильно. Кстати, считается, что первыми на Луну ступили
американцы в 1969 г. Я и сам так считал. Помню, я в это время был
в США, сам их искреннее поздравлял. Через год Нил Армстронг
приезжал в Ленинград. Он подарил мне карту лунной поверхности и
надписал. Но позже я засомневался, что в 1969 г. они там на самом
деле были. То есть нет сомнений, что их аппарат тогда спускался
на Луну, собрал грунт и привез его на Землю. А вот то, что тогда
там были люди... Но я думаю, что позже они все-таки смогли сесть.
Однако это мнение разделяют не все.
А вы участвовали в каких-то космических программах как
теоретики?
Да. Как теоретики, естественно, мы принимаем участие в обработке
и интерпретации наблюдательных данных, полученных в ходе
космических экспериментов. В частности, совместно с московскими
коллегами была построена модель формирования мощной
аннигиляционной линии от центра нашей Галактики. Эта линия
наблюдалась приборами международной специализированной станции
«Интеграл», которая и сейчас работает на орбите.
Кстати, именно здесь, в Физтехе, впервые был создан луноход,
который доставили на Луну. Еще раньше наш аппарат впервые облетел
наш естественный спутник, и все увидели, что с обратной стороны
поверхность Луны сильно отличается от той, которую мы видим. Ведь
Луна всегда повернута к нам одной стороной. Позже наш аппарат с
луноходом на борту первым сел на поверхность Луны. Тогда луноход
перемещался по поверхности и измерял состав грунта в 38 различных
точках. Это длилось около 11 земных месяцев. В результате были
получены уникальные данные по химическому составу грунта.
Дмитрий Александрович, расскажите, пожалуйста, о себе. Вы
ведь коренной ленинградец?
Да, и я называю Петербург Ленинградом, потому что здесь родился и
большая часть жизни прошла здесь.
Я прочитала, что вы были эвакуированы из блокадного
города.
Я мальчишкой был отправлен с другими детьми и попал в детский дом
в Ярославской области.
А родители ваши оставались здесь?
Нет, только бабушка, мать отца. Моя мама была родом из
Свердловска, она в момент начала войны была там. И потом она из
Свердловска, тайком, поскольку пассажирские поезда в сторону
фронта не ходили, ехала под брезентом с пушками. Было известно,
что детей из Ленинграда отвозили в Ярославскую область, но куда
именно, она не знала. И она несколько дней ходила пешком, искала
меня. В итоге нашла. Но надо сказать, что я к тому времени
настолько физически ослаб, что не смог подняться к ней навстречу.
А начальство детдома решило, что раз я не встал, значит, это не
моя мама.
Но вас в итоге отпустили?
Да. Мы приехали в Свердловск, а там — страшный голод. Люди
умирали на улицах. Мама устроилась на военный завод, в
мартеновский цех, там она должна была взвешивать слитки из
раскаленного металла. По образованию она была биолог, но ей нужно
было кормить нас с бабушкой. Ей выдали рабочую карточку, и мы
получали больше хлеба. Смена начиналась в полночь, а ведь темно,
электричества тогда не было. На оборонном заводе был закон:
опоздаешь больше, чем на 15 минут,— трибунал. А мама однажды
опоздала на 20 минут, ее спасла только случайность.
Вы вернулись в Ленинград уже после войны?
Нет, во время войны. Как только мы с мамой узнали, что снята
блокада, 27 января, мы решили ехать домой. Билетов не продавали,
так как нужно было иметь специальное разрешение. У нас его не
было. Но мама вместе со мной попросилась к военным, которые везли
пушки в сторону фронта, мы залезли на платформу и ехали без
билета. На перекладных мы добрались до Ленинграда. Пришли домой,
в доме ни одного человека. У нас был большой шестиэтажный дом.
Нашли свою квартиру. Там все было полностью сожжено.
Единственное, что осталось, — это металлическая кровать. Окна
были выбиты и заклеены картоном, поэтому было темно. И ни души...
Ходили по всем квартирам, пытались найти хотя бы одного человека.
А двери все были открыты?
Да, все было открыто — и никого. Тогда же, в марте 1944 г., еще
до окончания войны, я пошел в школу в третий класс. Мне повезло,
меня посадили на парту с мальчиком, который стал моим другом, и
мы с ним до сих пор дружим. Мама устроилась в Военно-медицинскую
академию на кафедру общей биологии. И я после школы там все время
находился.
То есть вы могли тоже стать биологом, как ваша
мама?
Наверное. Но я, конечно, счастлив, что занялся астрофизикой. И
что у меня здесь сложилась своя научная школа. Многие из наших
выпускников работают сейчас в разных странах мира.
Разъехались?
Да, здесь был период, когда у нас негде было работать. Но
они нас не забывают. Когда у Физтеха был юбилей, нам прислали
поздравления из 19 стран, многие приехали. Например, мой
докторант С.А. Гуляев. Он блестяще здесь защитился, потом поехал
в Новую Зеландию. Там построил на их деньги уникальный
радиотелескоп, такого нет нигде в мире. Сейчас он там директор.
Другой выпускник, Н.Ю. Гнедин, в США, руководит в Чикаго отделом
астрофизики. Мне ни за кого из них не стыдно, они все очень
достойные люди. Понимаете, сейчас всюду очень много политики и
всего... А небо — оно над всеми нами одно. Поэтому наша наука —
астрофизика — относится ко всем людям. В самом широком смысле
этого слова.
■
Беседовала Ольга Беленицкая
Название видео
