Юрий Шахбазян - Амбарцумян

• Название: Амбарцумян
• Автор: Юрий Шахбазян
• Издательство: Молодая гвардия
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2011
• ISBN: 978-5-235-03437-2

Астрофизик Виктор Амазаспович Амбарцумян (1908–1996) относится к числу тех выдающихся умов, кому оказалось под силу изменить мировоззрение человечества. Его научные концепции совершили революцию в астрономии XX века и признаны учеными всей планеты. Он — основоположник отечественной теоретической астрофизики и национальный герой Армении.

Автор — член Международного астрономического союза, кандидат физико-математических наук Юрий Левонович Шахбазян, долго проработавший в Пулковской астрономической и Бюраканской астрофизической обсерваториях и тесно общавшийся с Амбарцумяном, сделал попытку вникнуть в уникальный творческий мир ученого и, по мере возможности, доступно рассказать о жизни и научных достижениях Амбарцумяна и его научной школы.

---

Знаменитое изречение Канта: «Две вещи на свете наполняют мою душу священным трепетом — звёздное небо над головой и нравственный закон внутри нас» — свидетельствует о его намерении сказать своё весомое слово в этих увлекательных, поражающих воображение вопросах.

Пользуясь строгим математическим, аксиоматическим методом рассуждений и скрупулёзно изучив астрономию, Кант, почти не входя в противоречие со своими древними предшественниками, предложил свою гипотезу. Деликатно обойдя библейский постулат сотворения Мира Богом из «ничего» и одновременно не нарушая закон сохранения массы, он формулирует «небулярную гипотезу», предполагая, что в пространстве первично существовала хаотически бесформенная, но равномерно рассеянная материя, состоящая из пыли и газа. В этой среде, как утверждал Кант, частицы с большей плотностью благодаря ньютоновскому гравитационному притяжению «соберут вокруг себя материю с меньшим удельным весом, и в итоге образуются различные сгустки в виде звёзд и планет». Однако нелишне вспомнить, что до Канта Ньютон тоже думал об этом и, не совершив специальных расчётов, изложил своё предчувствие: «Мне кажется, что если бы вещество нашего Солнца и планет, и всё вещество Вселенной было равномерно распределено по всему небу, и каждая частица обладала бы присущим ей тяготением ко всем остальным частицам, и всё пространство, по которому распределено вещество, было бы конечным, то вещество, находящееся во внешних областях этого пространства, под действием тяготения стремилось бы к веществу во внутренней области и, вследствие этого, упало бы в середину пространства, образовав там одну большую сферическую массу. Но если бы вещество было равномерно размещено по бесконечному пространству, то оно никогда не собралось бы в единую массу».

К этому времени ещё не была доказана гравитационная неустойчивость равномерно распределённых частиц — задача N тел (задача Вейерштрасса). Частные же точные решения взаимодействия трёх тел в гравитационном поле были решены Эйлером[95], Лагранжем[96] и Анри Пуанкаре.

Но Кант интуитивно почувствовал, что хаотически распределённая материя неустойчива и должна распадаться, как он говорил, «должна стремиться к формированию». В этом гениальное интуитивное предвидение Канта.

Но следующий шаг Канта был менее обоснован и заключался в следующей гипотезе: «…в результате распада хаотически распределённой материи образовались все тела не только Солнечной системы, но и всей Вселенной». Свою гипотезу он возвёл в ранг всемирного закона и опубликовал в 1755 году анонимно под названием «Физико-астрономическая теория мироздания». Это была первая серьёзная публикация, положившая начало исследованиям по гравитационному сжатию и теории конденсации.

Скрыть своё 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 Кёнигсбергском университете.

Кант как личность, философ и величайший мыслитель вызывает у каждого думающего человека преклонение и трепет. В Кёнигсбергском университете он читал блестящие лекции по математике, физике, астрономии, богословию и этике. Никогда не выезжая из Кёнигсберга, чтобы не прерывать свои исследования по философии, он увлечённо 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 сочинения до своих последних дней. С особым увлечением он вдумывался в глубочайшие рассуждения Канта о пределах человеческого разума в работах «Критика чистого разума» и «Критика практического 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 десятипроцентный барьер — это уже будет говорить о вашем таланте». Особенно нравились ему лестные отзывы Канта в адрес армян. У Канта есть и такая работа, посвящённая качественному сравнению различных наций.

Гипотеза Канта восторжествовала в полную силу только после вторжения в эту проблему блестящего французского математика и астронома Лапласа.

Лаплас, так же как и Кант, считал основным механизмом образования планет Солнечной системы процесс гравитационного сжатия. Однако вместо кантовского эволюционного развития хаотической холодной пылевой туманности, в ходе которого сначала возникало центральное массивное тело — будущее Солнце, а затем и планеты, Лаплас рассматривает эволюцию первоначально существующей газовой, очень горячей туманности, находящейся в состоянии быстрого вращения. Такая туманность, вследствие закона сохранения момента количества движения, уменьшая свои размеры и вращаясь всё быстрее и быстрее под воздействием увеличивающихся центробежных сил, возникающих в экваториальном поясе, должна была выбрасывать, выпускать кольцеобразные сгустки материи. Из этих колец, вследствие конденсации, и должны были образоваться 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 распределённой хаотичной среды может распадаться любым способом, в том числе и в виде быстрого вращения, как показали впоследствии многочисленные исследователи этого направления.

Сторонники Лапласа этим вращением пытались объяснить вращение и образование спиральных галактик под действием силы притяжения ядер галактик.

Но основным 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 эту концепцию и принято называть гипотезой Канта — Лапласа. С момента создания этой гипотезы и до пятидесятых годов прошлого столетия теория гравитационного сжатия не только существовала как основная космогоническая концепция в астрономии, но и интенсивно развивалась.

Гравитационный радиус Шварцшильда

Американский астрофизик Мартин Шварцшильд[97] теоретически исследовал возможный процесс гравитационного коллапса — катастрофически быстрого сжатия массивных тел под действием ньютоновских сил притяжения.

О чём говорит его теория? Она доказывает, что при гравитационном коллапсе наступает катастрофическое захлопывание — то есть сжатие звезды за каких-нибудь несколько минут в сверхплотную «точку». Была рассчитана предельная масса этой «предельной точки». Она оказалась не более двух масс Солнца.

Итак, в рамках этой теории завершающий этап эволюции звезды очень прост: по мере того как звёзды расходуют ядерное горючее, они теряют свою механическую устойчивость, начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру, и внутренняя, центральная область звезды становится телом с почти бесконечной плотностью, то есть происходит коллапс.

Шварцшильд вывел формулу для гравитационного радиуса сферы (Rgr), на которой сила тяготения, создаваемая массой (M), лежащей внутри этой сферы, стремится к своему максимальному значению:

R=2MG/c2.

Здесь G — гравитационная постоянная, с — скорость света в вакууме.

Гравитационный радиус обычных небесных тел, по Шварцшильду, ничтожно мал: Например, для Солнца Rgr≈3 км, а для Земли Rgr≈0,9 см. Это означает, что если тело коллапсирует, то есть сожмётся до размеров гравитационного радиуса, то никакое излучение или частицы не смогут преодолеть поле тяготения и выйти из сферы к удалённому наблюдателю. Гравитационный радиус носит имя своего изобретателя — радиус Шварцшильда.

Чтобы проще понять это 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 радиусу Шварцшильда. 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 всё реже и реже и, наконец, перестают поступать и вовсе… А между тем астронавт по своим часам посылает строго секундные сигналы до своего поглощения коллапсировавшей звездой. Это известное явление замедления времени в теории относительности.