Нобелевская премия по физике – 2019

Человечество испокон веков интересуется устройством окружающего мира и происхождением Вселенной, стремится к их познанию и исследованию. Значение развития науки неоценимо, она охватывает все сферы жизни.
Всем тем, для кого наука стала призванием и профессией, посвящён международный праздник – Всемирный день науки, ежегодно отмечаемый 10 ноября.
Мы поздравляем всех, кто имеет отношение к миру науки, с праздником и желаем профессиональных свершений!

В 2019 году Нобелевская премия по физике стала самой космической из всех, что вручались за последние годы. Она была присуждена учёным за космологические исследования происхождения Вселенной и открытие экзопланеты на орбите солнцеподобной звезды.

8 октября 2019 года Королевская Академия наук Швеции назвала имена новых лауреатов Нобелевской премии по физике. Ими стали астрономы и астрофизики: один из главных теоретиков современной космологии, канадско-американский физик, профессор Принстона Джеймс Пиблз и швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Кело. Пиблзу премия присуждена «за теоретические открытия в физической космологии», а Майору и Кело - «за открытие экзопланеты, обращающейся вокруг звезды солнечного типа».

Нобелевские премии по физике 2019 года получили ученые-классики, чьи работы уже давно стали достоянием истории науки. Шведские академики объяснили свой выбор новых лауреатов весьма кратко: ученые удостоены высшей в мире научной награды «за вклад в наше понимание эволюции Вселенной и место Земли в космосе». Следует отметить, что и в прошлом году премии были присуждены за исследования более чем тридцатилетней давности.

Почетный профессор Принстонского университета Джеймс Пиблз удостоился Нобелевской премии за теоретические исследования, которые он начал в середине 1960-х годов и продолжал в последующие десятилетия. Джеймс Пиблз стоял у истоков космологической теории, которая описывала, как рождалась и развивалась Вселенная. Однако не он один. Более точным было бы сказать, что Джеймс Пиблз вместе с Яковом Зельдовичем заложил основы теоретической космологии. 

С середины 60-х по середину 70-х годов двадцатого века теорией развития Вселенной параллельно занимались два коллектива: на западе - команда канадца Пиблза c несколькими соавторами, и в СССР - команда Якова Зельдовича с его учениками, среди которых особенно выделялся Рашид Сюняев. Интересно то, что обе эти независимые группы ученых получали параллельные, очень схожие важные результаты, касающиеся образования структуры Вселенной с ее галактиками и скоплениями галактик и свойства реликтового излучения. В частности, Пиблз, Зельдович и Сюняев делали предсказания того, как температура реликтового излучения зависит от направления на небесной сфере. 

В 1984 году Пиблз внес вклад в возрождение космологической постоянной Эйнштейна, являющейся энергией пустого пространства. Она называется темной энергией и заполняет собой 69% космоса, и вместе с обычной материей и холодной темной материей этого достаточно, чтобы поддержать идею плоской Вселенной.

Предсказания Джеймса Пиблза, в основном, были посвящены спектру реликтового излучения — одного из немногих объектов, напрямую связанных с ранней эпохой жизни Вселенной. Реликтовое излучение теоретически было предсказано Георгием Гамовым в 1948 году, а в 1965 году его случайным образом зарегистрировали Арно Пензиас и Роберт Вильсон, впоследствии получившие в 1978 году за это открытие Нобелевскую премию по физике. Предсказания Пиблза связаны именно со свойствами реликтового излучения, а не с самим фактом его существования. Джеймс Пиблз показал, что реликтовое излучение играет важную роль в формировании галактик; рассчитал спектр флуктуаций реликтового излучения — в частности, оценил, как излучение будет выглядеть, если добавить к обычной материи холодную темную материю, и показал, что в такой модели относительная амплитуда колебаний температуры излучения находится на уровне 5×10−6 C; кроме того, он добавил в модель темную энергию с отрицательной плотностью и снова пересчитал спектр излучения. 

Помимо этого, Пиблз изучил, как введенные им гипотетические сущности сказываются на эволюции Вселенной в целом и формировании галактик в частности. Современный стандарт представлений о Вселенной называется моделью ΛCDM (“лямбда-сидиэм”). Работы теоретика Джеймса Пиблза, можно сказать, внесли свой вклад в заложение фундамента этой модели. Пиблз один из тех, кто доводил модель ΛCDM до современного состояния, и многие теоретические предсказания, получившие свое подтверждение в астрофизике в последние десятилетия, принадлежали именно ему.

Впоследствии эти теоретические предсказания были подтверждены спутниками WMAP, COBE и  Planck. Итак, именно благодаря расчетам космологов и измерениям спутников на данный момент известно, что Вселенная на 5 процентов состоит из обычной материи, на 26 процентов из темной материи и на 69 процентов из темной энергии.

В описании вышеуказанной картины участвовало огромное число ученых-теоретиков, среди которых немало наших соотечественников. Кроме Пиблза в этом ряду также такие ученые как Гамов, Зельдович, Сюняев, Лифшиц, Фридман. В некотором смысле можно сказать, что Джеймс Пиблз получил премию сразу за всех, так как вел активную работу практически над всеми фундаментальными вопросами современной космологии, внеся свой вклад в каждый из них. По словам самого Джеймса Пиблза, в конкретную заслугу ему поставить что-то одно сложно, поскольку, цитируя высказывание учёного: "Это была работа длиною в жизнь".

Большинство космологов на данный момент сходятся во мнении, что модель Большого взрыва представляет собой истинную историю происхождения и развития космоса, несмотря на то, что по сути всего 5% его материи и энергии изучены. Эти 5% в итоге сформировались во все, что нас окружает, в том числе, в звезды и планеты, и в людей, конечно, тоже. Человечество с давних пор мучает вопрос, существует ли жизнь где-то еще – на других планетах, которые вращаются вокруг своих "Солнц". Ответ на этот вопрос до сих пор не найден, но теперь стало достоверно известно, что наше Солнце – не единственная звезда, у которой есть собственные планеты. И, более того, можно с уверенностью утверждать, что большинство из нескольких миллиардов звезд галактики Млечный путь наверняка также имеют собственное, так называемое, "сопровождение". 

На сегодняшний день ученым известно более 4000 планет за пределами Солнечной системы, называемых экзопланетами. И первая из экзопланет оказалась настолько удивительной и необычной, что были сомнения в реальности ее существования, поскольку она находится слишком близко к своей звезде и по своим размерам слишком велика. Вторую половину Нобелевской премии по физике – 2019 получили швейцарские астрономы Мишель Майор и Дидье Кело за открытие первой в истории экзопланеты на орбите "звезды солнечного типа". В момент этого открытия стало ясно, что вокруг звезд, подобных Солнцу, раскаленных газовых гигантов, вращаются тела, которые подобны планетам Солнечной системы.

Нобелевские лауреаты Майор и Кело в 1994 г. начали регулярное измерение лучевых скоростей у 142 солнцеподобных звёзд, расположенных относительно близко к Солнцу, с помощью оптического спектрографа ELODIE, измеряющего доплеровское смещение линий. Довольно быстро ими были обнаружены «покачивания» звезды 51 Пегаса, происходившие с периодом 4,23 суток, вызванные влиянием на звезду обращающейся вокруг неё планеты. Сравнительно большая масса планеты и малый радиус орбиты облегчили её обнаружение. Планета, обнаруженная в 1995 году Майором и Кело с помощью оптического спектрографа ELODIE, вошла в историю астрономии. Это была первая планета, которую удалось обнаружить на орбите звезды солнечного типа, и она получила название 51 Пегаса b. 

Открытая планета быстро вращается вокруг звезды 51 Пегаса, которая находится на расстоянии 50 световых лет от Земли. Полный оборот по орбите планета совершает за 4,2 земных дня, что говорит о том, что она вращается на небольшом расстоянии от звезды, составляющем порядка 7,5 миллионов километров. 51 Пегаса разогревает планету до 1000° C и выше. Обнаруженная планета представляет собой газообразный шар, сравнимый по размерам с самым большим газовым гигантом Солнечной системы Юпитером. Согласно прежним представлениям о формировании планетных систем, планеты, сопоставимые по размерам с Юпитером, должны формироваться вдали от своих звезд-хозяек и, соответственно, тратить на один оборот по орбите много времени. Так, для того, чтобы Юпитеру обогнуть Солнце, необходимо 12 земных лет. Поэтому короткий орбитальный период 51 Пегаса b явился для ученых полной неожиданностью.

Таким образом, оказалось, что Солнечная система не уникальна в том смысле, что вокруг других звезд тоже вращаются планеты, и это изменило прежнее представление о мире. Следовательно, появились основания ожидать, что некоторые из планет могут быть похожи на Землю, и на каких-то из них могла бы быть жизнь.

Вскоре два американских астронома Пол Батлер и Джеффри Марси с помощью своего телескопа подтвердили революционное открытие экзопланеты 51 Пегаса b, сделанное Майором и Кело. Спустя несколько месяцев, Батлер и Марси открыли две новые экзопланеты, вращающиеся вокруг солнцеподобных звезд.

Майор и Кело открыли первую планету из того семейства, которое позднее стали называть горячими юпитерами. Обе экзопланеты, о которых позднее сообщили американцы Батлер и Марси, принадлежат той же группе.

На момент объявления Нобелевской премии было достоверно обнаружено более 4100 экзопланет, а всего четверть века назад их количество равнялось нулю. В нашем столетии были разработаны приборы следующих поколений, предназначенные для поиска экзопланет. Благодаря этому число известных экзопланет растет быстрыми темпами. Первое открытие экзопланеты, вращающейся вокруг солнцеподобной звезды, положило начало революции в астрономии. Были открыты тысячи новых миров. При этом новые планетные системы уже обнаруживаются не только с помощью телескопов на Земле, а также и со спутников.

Открытые экзопланеты поражают разнообразием своих орбит, размеров и форм. Они перевернули общепринятые ранее представления о планетных системах и заставили ученых пересмотреть теории о физических процессах, ответственных за рождение планет. Возможно, запуск множества проектов по поиску экзопланет позволит, наконец, получить ответ на вопрос о существовании другой жизни во Вселенной. Можно уже с уверенностью сказать, что Майор и Кело действительно вывели астрономию на новый путь.

Что общего у ученых, получивших Нобелевские премии по физике в 2019 году? Нобелевские лауреаты 2019 года Джеймс Пиблз, Мишель Майор и Дидье Кело своими научными работами изменили ранее существовавшие представления о космосе, открыв огромнейшее богатство новых направлений в его изучении. Теоретические открытия Пиблза способствовали более глубокому пониманию развития Вселенной после Большого взрыва, а Майор и Кело исследовали космос в поисках неизвестных планет. Открытия, сделанные Нобелевскими лауреатами Пиблзом, Майором и Кело, перевернули современную астрофизику, дав серьезный толчок ее развитию на многие и многие годы вперед.

14.11.2019 15:39:00

Возврат к списку