Лекция Сергея Попова «Расширение вселенной»
«Космология. Как увидеть расширение вселенной»
Представить себе расширение вселенной непросто. Более того, чтобы это сделать, нужно разобраться в нескольких важных концепциях!
Показать полностью.
На лекции мы начнем с основ. Разберем какими бывают расстояния и горизонты в космологии, обсудим, как можно определить скорости, говоря о космологическом движении галактик, и почему здесь существует несколько вариантов.
Поймем, почему сверхсветовые скорости в космологии никого не пугают. А самое главное — разберемся, как мы можем увидеть динамику расширения вселенной.
Сергей Борисович Попов
Астрофизик. Доктор физико-математических наук. Ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ. Профессор РАН.
В рамках лекции состоится презентация новой книги Сергея Попова «Все формулы мира. Как математика объясняет законы природы» (издательство «Альпина нон-фикшн»).
Лекция Сергея Попова «Расширение вселенной» запись закреплена
Лекция Сергея Попова «Космология. Как увидеть расширение вселенной»
1 февраля | 17:00 | Парк науки ННГУ
Представить себе расширение вселенной непросто. Более того, чтобы это сделать, нужно разобраться в нескольких важных концепциях!
На лекции мы начнем с основ. Разберем какими бывают расстояния и горизонты в космологии, обсудим, как можно определить скорости, говоря о космологическом движении галактик, и почему здесь существует несколько вариантов. Поймем, почему сверхсветовые скорости в космологии никого не пугают. А самое главное — разберемся, как мы можем увидеть динамику расширения вселенной.
Сергей Борисович Попов — астрофизик, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ, профессор РАН.
- Все записи
- Новости организаторов
- Поиск
Лекция Сергея Попова «Расширение вселенной» запись закреплена
• Лекция «О рождении и смерти черных дыр»
Что такое черные дыры: как они устроены, какие у них свойства, как они образуются и как их наблюдают астрономы.
Показать полностью. 
Эмиль Ахмедов — доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник и профессор МФТИ.
• Лекция «Детектирование гравитационных волн: сто лет исследований»
Гравитационные волны предсказаны общей теорией относительности, сформулированной Эйнштейном в 1915 году. Сам Эйнштейном считал, что гравитационные волны никогда не будут обнаружены экспериментально. Однако прошло 100 лет, и это удалось сделать. Почему понадобилось сто лет? Целых сто лет или всего сто лет?
Ефим Хазанов — доктор физико-математических наук,
академик РАН, главный научный сотрудник, заведующий отделом нелинейной и лазерной оптики.
Продолжительность каждой лекции: 50 минут + вопросы
Вход свободный! Необходима регистрация 
lobachevskylab.timepad.ru/event/1616081/
Источник
Сергей Борисович Попов
Астрофизик. Доктор физико-математических наук.
Ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ . Профессор РАН.
16 мая Москва. Политехнический музей в гостях у HyundaiMotorStudio. , 100 вопросов ученому. , 12-00.
Календарь событий
Мои книги
Курсы лекций
Нейтронные звезды и черные дыры
13 видеолекций на Постанауке о физике компактных объектов
12 видеолекций на Постнауке о планетах, вращающихся вокруг других звезд
Астрофизика для школьников с формулами
Видеолекции на канале Интернет Урок
Астрофизика для 1-го курса Физфака
12 видеолекций в МГУ
Искусство в космосе
10 роликов-интервью с Ростаном Тавасиевым
Современная феноменология Нейтронных звезд и черных дыр
Спецкурс в МГУ для студентов 5-6 курса Астрономического отделения
Источник
«Вселенная молчит»: астрофизик Сергей Попов — о чёрных дырах, гравитационных волнах и внеземных цивилизациях
— Сергей Борисович, как была сделана первая фотография чёрной дыры?
— Это не обычная фотография, а радиоизображение чёрной дыры в галактике Messier 87 в созвездии Девы. Оно было получено с помощью нескольких радиотелескопов, разбросанных по всему миру. Важной составной частью данного проекта было компьютерное моделирование.
— Можно ли сказать, что до получения этого изображения само существование чёрных дыр было лишь теорией?
— Чёрная дыра — очень хорошая консервативная гипотеза, которая позволяет объяснить существование ряда астрономических объектов. Сама природа чёрной дыры такова, что очень трудно доказать, что это именно она, а не ещё более экзотический объект, который на неё похож. В течение десятилетий люди получали различные данные, которые позволяли отбрасывать другие гипотезы или существенно их ограничивать. Получение изображения — это ещё один важный аргумент в пользу гипотезы чёрной дыры, прекрасный научный результат, самый сильный со времён первой регистрации гравитационно-волнового всплеска от слияния чёрных дыр.
— Расскажите о самом объекте. Как он был выбран? Насколько известно, это одна из самых массивных чёрных дыр во Вселенной.
— Действительно. Учёные наблюдали за двумя сверхмассивными чёрными дырами в центре нашей галактики и в M87. В астрономических наблюдениях для нас всегда важен не линейный, а угловой размер объекта — насколько это большая «дыра» на небе. Чёрные дыры устроены просто: чем больше масса, тем больше размер. Например, если теоретически сжать Солнце до состояния чёрной дыры, то получится шарик диаметром в 6 км. Чёрная дыра в центре нашей галактики в 4 млн раз тяжелее, чем Солнце в сжатом виде, и её диаметр составляет 24 млн км. А диаметр чёрной дыры в М87 — 24 млрд км. Она в тысячу раз массивнее, чем объект в центре нашей галактики. Чёрные дыры в M87 и в нашей галактике были выбраны как две наиболее доступные цели для наблюдения. Однако объект в центре нашей галактики не такой уж большой, окружающее его вещество вращается быстро, и картинка немного смазывается. Поэтому она до сих пор не получена. Работать с более массивной и отдалённой чёрной дырой в М87 оказалось легче, поскольку она достаточно медленно меняется. За восемь часов наблюдений её изображение остаётся несмазанным.
— Как получение этого изображения повлияло на науку?
— Важно показать, что сама технология работает и её можно совершенствовать. Всегда важен демонстрационный, пилотный шаг. Чёрная дыра в М87 — это активный объект, условный прототип других ядер галактик, которых очень много. Изучение одного из них позволяет нам узнать, как устроены другие.
— В апреле этого года после модернизации оборудования в обсерваториях начался новый период наблюдений. Что уже удалось увидеть?
— Мы сразу поняли, что очень сильно возросла чувствительность установок. Мы рассчитывали на то, что будем наблюдать в среднем одно событие в неделю, но они регистрируются чаще. В основном мы наблюдаем за слиянием двух чёрных дыр. Это помогает собирать статистические данные. У нас появляется шанс обнаружить интересные пары, например вращающиеся в разные стороны объекты. Ещё одним важным шагом стало обнаружение слияний нейтронных звёзд с другими нейтронными звёздами и с чёрными дырами. Это помогает лучше понять, как устроены эти космические объекты. Часто люди утверждают, что незачем их исследовать, поскольку они находятся далеко от нас и мы никогда к ним не полетим. Однако изучение внутреннего строения нейтронных звёзд содействует развитию ядерной физики и других прикладных областей знаний.
— Вы можете назвать самые главные открытия в астрофизике последних лет и те, на которые учёные рассчитывают в будущем?
— В 1960-е годы были открыты квазары, пульсары, реликтовые излучения, то есть окончательно оформилась теория горячего Большого взрыва. В 1990-е учёные обнаружили экзопланеты, сделали открытие об ускоренном расширении Вселенной, а в 2015 году зарегистрировали гравитационные волны. Сейчас на орбите работает телескоп «Гея» (Gaia), собравший данные о более чем миллиарде звёзд. Он видит астероиды в Солнечной системе и далёкие галактики. В ближайшие годы мы получим первую трёхмерную карту Млечного Пути. Через несколько лет начнут работать большие наземные оптические телескопы нового поколения. С их помощью в 2020-х годах мы получим первые данные об атмосфере землеподобных экзопланет и обнаружим планеты с большим содержанием кислорода. Также ждём запуска ультрасовременного космического телескопа «Джеймс Уэбб».
— Почему открытие гравитационных волн было так важно?
— Можно представить пространство и время как ткань, трёхмерную структуру, которая искажается из-за наличия массивных тел. Если мы будем вращать массивное симметричное тело, то его показатели не изменятся. Но если мы станем крутить объект в форме сигары или огурца, то увидим трансформации, поскольку часть симметрии будет потеряна. Когда предмет вращается с определёнными периодом и частотой, мы видим изменение гравитационного поля. С конца 1960-х годов люди пытались зарегистрировать волны далёких источников, строили более чувствительные детекторы. Они были спроектированы таким образом, чтобы гарантированно получить результат. В 2015 году было зафиксировано первое событие, как и предсказывалось. Для наблюдения за чёрными дырами, у которых нет никаких проявлений, кроме гравитационных, это не просто лучший, а единственный способ изучения.
— Давайте поговорим о парадоксе Ферми — отсутствии видимых следов деятельности инопланетных цивилизаций. Почему же молчит Вселенная?
— Начиная с 1960-х годов люди активно ищут следы инопланетной жизни. Несмотря на десятилетия тщательных исследований, мы ничего не обнаружили — Вселенная молчит. На пике холодной войны была популярна точка зрения, что высокоразвитые цивилизации долго не живут. Также есть мнение, что разумная жизнь — очень редкое явление, поэтому мы такие одни, по крайней мере в значительной части нашей галактики. Когда мы получим возможность изучать атмосферу землеподобных планет, то будем знать больше.
— Как вы относитесь к проектам по поиску внеземных цивилизаций?
— До первого возможного контакта с инопланетной расой — целая пропасть, поскольку нам мешают большие космические расстояния. Пока мы мечтаем о том, чтобы отправить человека на Марс. Это очень близкая и лёгкая цель. Я думаю, что нет никакой опасности в поиске следов инопланетной жизни и передаче в космос посланий о нашем существовании. Высокоразвитые технические цивилизации, обладающие средствами перемещения между звёздами, смогут нас легко обнаружить, даже если мы выключим все радиотелескопы. Земля много что излучает: работают радары, телевизионные станции.
— Как вы относитесь к моде на астрофизику, которая появилась в последние годы?
— Всегда есть какая-то наука, которая популярнее других. Астрофизика переживает период быстрого экстенсивного развития: часто создаются крупные телескопы, спутники, которые позволяют нам получать новые данные. Это интересная, достоверная и понятная информация. Например, астрономы открыли самую близкую экзопланету. В этой новости все слова ясны. А если вы начнёте читать про какое-нибудь важное открытие в физике твёрдого тела, то не поймёте в нём ни одного слова. Поэтому астрофизика, будучи очень маленькой наукой, занимает большую часть новостного потока в СМИ, выдаёт много интересных открытий с красивыми картинками. Когда-нибудь это закончится, и в моду вместо астрофизики, возможно, войдёт биология или фундаментальная медицина.
Источник
«Наше одиночество во Вселенной — это научно наблюдаемый факт»: интервью с астрофизиком Сергеем Поповым
Иван Мин
Сергей Попов, астрофизик и ведущий научный сотрудник Института Штернберга, утверждает, что астрономия — это лицо современной науки. С этим трудно спорить, потому что сегодня и физика, и химия, и десяток других дисциплин работают на стыке астрономических исследований, которые не только расширяют наше знание о Вселенной и получают Нобелевские премии, но и становятся частью поп-культуры. После лекции ученого на Geek Picnic T&P узнали у него о том, как частный космос поможет науке, одиноки ли мы во вселенной и как надежду найти обитаемую планету можно сравнить с шансами обрести свою вторую половинку.
— Какое вообще место у астрофизики в контексте современной науки?
— С течением времени менялось основное содержание астрономии. Древний астроном — это человек, который изучал положение звезд или, например, следил за тем, когда происходят затмения. Поэтому и тысячу, и пятьсот лет назад астрономию можно было назвать астрометрией. Потом наступила эпоха после Кеплера и Ньютона, когда появилась небесная механика, и астрономия превратилась в точное изучение движения небесных тел. С конца XIX века астрофизика просто стала основной и доминирующей частью астрономии, сейчас это почти синонимы.
«И не надо тешить себя иллюзией, что наступит время, и мы все полетим на Марс. Никуда мы не полетим, потому что на Земле нет ресурсов отправить шесть миллиардов человек на другую планету. Биосфера не выдержит такой нагрузки. Если не сделать какой-то скачок и не отказаться от всех мыслимых сегодня способов перемещения, то сделать совсем дешево и совсем массово, просто не получится»
Астрономия более человечна, чем многие современные естественные науки, она чаще апеллирует к вопросам, которые одновременно очень глобальны и вроде бы достаточно понятны. С другой стороны, неслучайно во всех фильмах 60–70-х годов главными героями были, в основном, физики, а астрономы слыли такими странноватым учеными — почти как Радж с точки зрения Шелдона в «Теории Большого взрыва». Сейчас ситуация изменилась, и астрономия переживает очень счастливую стадию. Так будет до тех пор, пока будут совершенствоваться телескопы и другие чувствительные приборы. Со временем эта лафа закончится. Также как компьютерная мощность не может повышаться вечно и достигнет своего предела, на место астрономии придет что-то другое, потому что станет крайне тяжело каждые несколько лет вводить в строй более мощные приборы. Может быть, биология, психология, или еще что-то.
— Сегодня начинается эра частного космоса. Как развитие внегосударственных космических инициатив повлияет на астрономию? Станет ли космос дешевле и доступнее для ученых?
— Чуда не произойдет. В советское время ресторанов было мало, и чтобы туда попасть, нужно было дать взятку, сравнимую с месячной стипендией, а сейчас кафе на каждом углу — но коммунизм не наступил и бесплатными они не стали.
Сегодня отправка одного килограмма груза на орбиту стоит несколько тысяч долларов. Допустим цена упадет до тысячи, но вряд ли эффект будет сильнее. Космос всегда будет дорогим. И не надо тешить себя иллюзией, что наступит время, и мы все полетим на Марс. Никуда мы не полетим, потому что на Земле нет ресурсов отправить шесть миллиардов человек на другую планету. Биосфера не выдержит такой нагрузки. Если не сделать какой-то скачок и не отказаться от всех мыслимых сегодня способов перемещения, то сделать совсем дешево и совсем массово, просто не получится.
— Два главных прорыва в астрофизике последних десятилетий — это открытие ускоренно расширяющейся Вселенной и большого количества экзопланет. Когда вы наблюдаете за такой Вселенной, у вас не рождаются какие-либо религиозные чувства? Как вообще астрофизика соотносится с религией?
— Все люди разные — у рождаются, у нет. Статистика показывает, что ученые в среднем менее религиозны, чем основная популяция людей. С другой стороны, мне кажется, что если в XIX веке научные открытия серьезно колебали религиозную культуру и догматику, что приводило к тому, что многие ученые были яростными атеистами, то сегодня мы пришли к ситуации, когда такого жесткого противостояния нет.
Меня поражает иногда, что вы можете найти замечательного врача, который верит в гороскопы, или инженера, который пользуется гомеопатией. То есть в своей узкой профессиональной области человек действует так, как надо, рационально, он очень хорошо знает, как устроен мир в его области, а когда его уводят в другую сторону, он начинает говорить: «Может быть, а я слышал, знакомым помогло…». С этой точки зрения ученые ничем не отличаются от простых людей. Конечно, вряд ли вы найдете астронома, верящего в гороскопы, но принимающего гомеопатию — пожалуйста. И можно объяснять им про двойной слепой метод клинических испытаний, но они покивают и пойдут дальше пить эту ерунду.
— С этой точки зрения большое пространство для спекуляций оставляет наличие экзопланет. Какие сегодня главные направления исследований в этой области?
— Сейчас, на самом деле, на орбите нет специализированных аппаратов, предназначенных для исследования экзопланет. Кризис 2008 года сильно подкосил бюджеты. Но сегодня работают крупные наземные телескопы. С их помощью не только ищут крупные планеты, вроде горячих и не очень горячих Юпитеров, но что еще интереснее — измеряют химический состав атмосферы. Предстоит исследовать еще 20 000 кандидатов, и среди них могут обнаружиться очень интересные планеты.
— Что значит интересные?
— Вот есть пара планет, и они крутятся вокруг одной звезды. У них очень близкие орбиты и страшно разные свойства. Одна — ледяной гигант, другая — каменная маленькая планета. Теперь очень интересно объяснить, как это могло случиться. Сегодня строятся 30-метровые наземные телескопы. С их помощью можно будет получать спектры для менее заметных экзопланет, и это здорово продвинет исследования в данном направлении. На орбите все-таки появятся новые спутники для изучения экзопланет, и мы сможем обнаружить больше планет типа Земли в зонах обитания звезд типа Солнца. В принципе через одно поколение развития исследовательских инструментов мы ожидаем обнаружить планету типа Земли в зоне обитаемости — или по крайней мере, просто с атмосферой.
— Приближает ли нас наличие экзопланет как таковых к идее о том, что мы не одиноки во Вселенной?
— Это сложный вопрос. Представьте, что вы ищете любовь всей своей жизни, свою вторую половинку. И вот вы попадаете на большое мероприятие типа Geek Picnic, вы ходите по нему, видите, что тут много других половинок, но вы уже долго ходите, а идеальной нет. Внушает ли это вам оптимизм или пессимизм? Вы можете сказать: «Я уже столько искал, и ничего нет! Значит никогда не найти…».
«Сейчас тело номер один в солнечной системе — Энцелад, спутник Сатурна. Там мы видим водяные гейзеры. Это совершенно потрясающее зрелище — край спутника, и оттуда бьют струи воды. Но думать о том, что там разумные дельфины плавают, я бы не стал. Вряд ли там есть высокоорганизованные, пусть и неразумные существа»
Тот факт, что планеты очень распространены, но при этом наше небо не бороздят корабли пришельцев, говорит о том, что жизнь как таковая может и не уникальна, но разумная жизнь в виде технологических цивилизаций, видимо, вещь фантастически редкая. Очень важно понимать, что на том уровне чувствительности, который сейчас есть, наше одиночество во Вселенной — это научно наблюдаемый факт.
— А если сократить масштаб поисков до размеров солнечной системы, какие будут перспективы?
— Перспективы обнаружения жизни в Солнечной системе все время смещаются. Двести лет назад говорили про жителей Луны, потому что она близко. Затем в центре внимания оказался Марс, а потом долгое время номером один была Европа — спутник Юпитера. Мы знаем, что у нее есть ледяная корка, и предполагаем, что под этим льдом есть водяной океан. Но эта корка очень толстая и покрывает собой абсолютно все, поэтому есть ли там океан или нет — мы точно не знаем. Исследование Европы — задача довольно сложная. Для ее осуществления необходимо отправить на спутник буровую установку. Эта миссия — не из области научной фантастики и технологически осуществима, но будет очень дорогой.
Сейчас тело номер один в солнечной системе — Энцелад, спутник Сатурна. Там мы видим водяные гейзеры. Это совершенно потрясающее зрелище — край спутника, и оттуда бьют струи воды. Там не надо ничего бурить, туда надо прилететь со стаканом и взять эту воду. Удивительно даже, почему это не является жестким приоритетом космических агентств. Но, к сожалению, это факт — нет ни одной детально проработанной миссии ни у европейцев, ни у американцев, ни тем более у нас. Наверное, это сейчас лучшая мишень. К тому же, совсем недавно нашлось подтверждение того, что Энцелад обладает глобальным океаном, это резко повышает шансы на то, что там есть жизнь. Но думать о том, что в этом океане какие-то разумные дельфины плавают, я бы не стал. Вряд ли там есть высокоорганизованные, пусть и неразумные существа, поэтому мы говорим о жизни в самой простейшей форме, на уровне бактерий и водорослей.
— Помимо экзопланет, большим полем исследований для астрофизики являются черные дыры. Немногие знают, что наличие черных дыр — это не научно доказанный факт. Вы говорите, что к 2016 году эта проблема будет решена?
— На самом деле, это преувеличение. Черная дыра, по определению такой хитрый объект, что прямо вот доказать-доказать что-то здесь будет очень тяжело. Пожалуй, даже невозможно для удаленного наблюдателя. Мы всегда находимся в ситуации, когда есть объект, природу которого мы не знаем достоверно и строим разные гипотезы.
Представим, что есть такое свойство — чернодырность, и мы все лучше и лучше изучаем его, находя аргументы в пользу каких-то гипотез. И вот, обнаружение гравитационных волн сливающихся черных дыр заведомо и на долгое время убьет все альтернативные теории и даст сильные, но не прямые подтверждения существования черных дыр.
С астрофизической точки зрения, это будет открытие, которое мы не можем потрогать руками. Но для хардкорных физиков, которым все надо потрогать, останется возможность для создания какой-нибудь теории с помощью какой-нибудь новой физики, где удастся объяснить наблюдения без черных дыр. Но сейчас серьезные специалисты не видят таких разумных путей, и поэтому никто серьезно не верит, что у этого действительно есть какие-то перспективы. Выглядит все очень убедительно — как подтверждение существования черных дыр.
— Вы специализируетесь на нейтронных звездах, почему именно они и что вы стремитесь в этом направлении достичь?
— В детстве я прочел книжку Павла Амнуэля «Небо в рентгеновских лучах». Тогда ог был астрофизиком, начинавшим писать фантастику, а сейчас известен в основном как . Эта книжка меня сильно заинтересовала и я понял, что нейтронные звезды — действительно очень интересный объект. Это, конечно, немножко отражает тенденции тех лет и психологическое нежелание заниматься мейнстримом. Мне никогда не хотелось заниматься тем, чем занимаются все вокруг, например, гамма-всплесками или космологией.
Потом, когда я уже поступил на астрономическое отделение, я очень правильно выбрал научного руководителя — Владимира Липунова, который тоже занимался нейтронными звездами и писал книжки. Де-факто, начав профессионально этим заниматься, я все больше убеждался, что это очень интересная и перспективная область. Это объекты с интересной физикой и интересной астрофизикой, что не всегда сочетается. То есть экзопланеты — они астрофизически очень интересны, непонятно, как они образовывались, но никакой новой физики там нет. В космологии ранней Вселенной есть фантастически интересная новая физика, которую можно обсуждать, и нет никаких наблюдений. А нейтронные звезды — такая очень хорошая комбинация одного и другого.
Изучая гравитационные волны от столкновений двух черных дыр, ученые надеются доказать их существование
«Кеплер» — астрономический спутник НАСА для поиска экзопланет. Открыл 132 планеты, но в начале мая этого года вышел из строя
Последняя из найденных экзопланет Kepler 69c — самая маленькая планета в зоне обитаемости звезды солнечного типа с периодом обращения 242 дня
Европа, спутник Юпитера. Есть надежда, что под верхней ледяной коркой находится достаточно большой объем воды
Энцелад, спутник Сатурна — только на нем в Солнечной системе обнаружены жидкая вода, углерод и азот в форме аммиака
Вещество нейтронной звезды — самая плотная форма материи
— Из современной школы ушла астрономия — как вы к этому относитесь?
— Меня коллеги не любят за то, что я не считаю это чем-то страшным. Безусловно, было бы хорошо, если бы она никуда не уходила. Но я, в отличие от них, восемь лет преподавал в школе, и понимаю, что невозможно сделать в школе предмет, который преподается один час в выпускном классе. Он невозможен с точки зрения подготовки учителей, формирования расписания и мотивации учащихся. Это должен быть курс, который содержит хотя бы пять–шесть недельных часов.
С другой стороны, мы говорили, что астрономия сейчас — лицо науки, и ее необходимо использовать. Есть огромное количество вещей в физике, которые лучше описываются примерами из астрономии. Это сногсшибательно красивая наука, которую можно максимально использовать в физике. Может быть, другим наукам надо понять, что это прекрасный инструмент и ресурс. Поэтому астрономию нужно очень правильно инкорпорировать, на мой взгляд, во все эти курсы, а для гуманитариев сделать даже вместо курса физики. А вообще, задумайтесь — вся наша страна живет на геологии, и нет никакого школьного курса геологии, а нефтянка и никель прекрасно добываются, и это никому не мешает.
— В США и Европе в области астрономии функционирует множество разных любительских инициатив. Например, Planet Hunters — энтузиасты, разыскивающие экзопланеты. Вы как-то контактируете с подобными сообществами в своей работе и есть ли подобные примеры в России?
— Все эти инициативы появились, развились и существуют в рамках американской науки, где работа в условиях близкого контакта с обществом выгодна и оправдана. В Штатах немыслимо, если к ученому придет вменяемый журналист и начнет что-то спрашивать, а тот просто скажет: «Нет времени объяснять». Это невозможно, но не потому, что все так построено и принято, а потому что это работает в плюс науке.
Источник