Екатерина Шульман
о новой роли
российского парламента

Четвертый астрономический «Нобель»

Нобелевская премия по физике вручена за открытие ускорения расширения Вселенной

Николай Подорванюк 04.10.2011, 14:59
Нобелевские лауреаты по физике 2011 года — американцы Сол Перлмуттер и Адам Райес usatoday.com, lbl.gov
Нобелевские лауреаты по физике 2011 года — американцы Сол Перлмуттер и Адам Райес

Лауреатами Нобелевской премии по физике 2011 года за открытие ускорения расширения Вселенной стали американцы Сол Перлмуттер из Университета Калифорнии в Беркли и Адам Райес из Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, а также Брайан Шмидт из Австралийского национального университета. Нынешние лауреаты называлась главными фаворитами в 2010 году, но тогда премию получили Андрей Гейм и Константин Новоселов.

В нынешнем году Нобелевский комитет в четвертый раз в истории присудил премию по физике астрономам. В 1974 году комитет отметил британцев Мартина Райла и Энтони Хьюиша «за пионерские исследования в радиоастрофизике. Райла – за результаты научных наблюдений и изобретения, в частности метода апертурного синтеза. Хьюиша – за его определяющую роль в открытии пульсаров». В 1978 году американцы Арно Пензиас и Роберт Вилсон были отмечены «за открытие микроволнового реликтового излучения». Нобелевская премия по физике за 2006 год присуждена американским астрофизикам Джорджу Ф. Смуту и Джону С. Мэйзеру за «открытие чернотельности спектра и анизотропии микроволнового фонового излучения».

Теперь же лауреатами стали американские ученые, открывшие противоречащий фундаментальному закону Хаббла феномен ускоряющегося расширения Вселенной, а также роль темной энергии в нем. Одну половину премии получит Сол Перлмуттер, другую половину поделят Адам Райес и Брайан Шмидт, имеющий также австралийское гражданство. Сол Перлмуттер родился в 1959 году, он профессор факультета физики Университета Калифорнии в Беркли и лауреат престижной «преднобелевской» премии Шоу 2006 года. Адам Райес родился в 1969 году в Вашингтоне, ныне является сотрудником Университета Джонса Хопкинса. Брайан Шмидт родился в 1967 году, в настоящее время работает в Австралийском национальном университете.

«Уже начиная, наверное, с 1998 года авторов открытия ускоренного расширения Вселенной считали номинантами на «Нобеля», — пояснил «Газете.Ru» доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ Сергей Попов. — Интересно, что сейчас данные по сверхновым уже не считаются лучшими аргументами в пользу ускоренного расширения Вселенной.

Сегодня мы имеем большой комплекс независимых данных, свидетельствующих о том, что около 70 процентов плотности Вселенной определяется чем-то непонятным, что мы называем темной энергией.

Но, несмотря на все дискуссии о данных по сверхновым, получается, что основные выводы работ 1998 года были правильными. Так что и премия абсолютно заслуженная».

«Ощущение можно сравнить с рождением собственных детей, — признался профессор Брайан Шмидт, один из новоиспеченных лауреатов. — Я очень рад, удивлен самой ситуацией. Я не ожидал звонка. Люди говорили мне о том, что такая возможность есть, но я не думал об этом. Сейчас у меня, в Австралии, 9 часов вечера, я погуляю и попробую заснуть. А завтра, думаю, будем отмечать это событие. Не знаю, как это будет происходить. У меня завтра занятие по космологии, и теперь, думаю, мне нужно поразмышлять несколько часов над тем, как его провести».

Наблюдательный факт расширения Вселенной установил Эдвин Пауэлл Хаббл, который в 1929 году, наблюдая далекие галактики с помощью 100-дюймового телескопа, вывел линейную зависимость их красного смещения (то есть сдвиг линий в спектре, вызванный эффектом Допплера вследствие удаления объекта от наблюдателя) от расстояния до них. То есть Хаббл (именно в его честь назван знаменитый космический телескоп) показал, что чем дальше от нас астрономический объект, тем больше его относительная скорость.

То, как происходило расширение Вселенной миллиарды лет назад, было определено в конце XX века в рамках двух наблюдательных проектов. Один проект, «Сверхновые для космологии» (Supernova Cosmology Project, SCP), возглавил Сол Перлмуттер. Другой проект, под названием «Поиск сверхновых на больших красных смещениях» (high-z Supernova Search Team), возглавили Адам Райес и Брайан Шмидт. Сверхновые звезды делятся на несколько типов, и для наблюдений важны сверхновые типа Ia, которые обладают свойством «стандартной свечи», т. е. имеют примерно одинаковую светимость в максимуме блеска. Тогда по наблюдениям блеска можно немедленно определить расстояние до галактики, в которой вспыхнула сверхновая.

Используя разные методы анализа и разные наблюдения, обе группы ученых показали наличие ускорения расширения Вселенной.

Группа Перлмуттера объявила об открытии первой, но группа Райеса — Шмидта опередила ее в публикации.

Эти наблюдения были интересны еще и с той точки зрения, что к концу прошлого столетия наблюдательные данные показали наличие массы порядка половины массы Вселенной, которая определяется чем-то неизвестным и при этом равномерно распределена во Вселенной. Эту часть массы стало популярным связывать с так называемым Λ-членом, который был введен еще Альбертом Эйнштейном для того, чтобы сделать Вселенную стационарной (по легенде, он сам называл введение этого члена в свои уравнения своей «самой большой ошибкой»). Впоследствии Эйнштейн отказался от этого члена, а наука отказалась от стационарности Вселенной.

Но благодаря открытию ускорения расширения Вселенной Λ-член пришлось вводить заново. Теперь он носит название «космологическая постоянная» и является физической постоянной, которая характеризует свойства вакуума.

«Наблюдения этого процесса расширения Вселенной изменили наше понимание всей Вселенной, — заявил представитель Нобелевского комитета, объявляя имена лауреатов 2011 года. — Теперь мы осознаем, что Вселенная до 95 процентов состоит из объектов, о которых мы ничего не знаем, это так называемые темная материя и темная энергия. И только 5 процентов — это то, что мы видим. Это открытие очень фундаментальное, оно очень много значит для космологии. И это большой вызов для многих поколений ученых».

Согласно прогнозу авторитетного международного агентства Thomson Reuters, фаворитами в области физики были Джон Саджев (Университет Торонто, Канада) и Эли Яблонович (Калифорнийский университет в Беркли, США), которые создали фотонные кристаллы — материалы, обладающие фотонной запрещенной зоной, то есть они пропускают свет заранее выбранной длины волн. Фотонные кристаллы находят широкое практическое применение, так как могут быть прекрасными проводниками (проводить свет на большие расстояния с малыми потерями), диэлектриками (выполняя роль практически идеального зеркала), полупроводниками (выборочно отражать фотоны определённой длины волны) и сверхпроводниками, в которых, благодаря коллективным явлениям, фотоны способны распространяться практически на неограниченные расстояния.

Другими фаворитами являлись Ален Аспект (Институт оптики, Палезо, Франция), Джон Клозер (Уолнат Крик, США) и Антон Зелингер (Институт квантовой оптики и квантовой информации Австрийской академии наук) за эксперименты по нарушению неравенства Белла (о подобных экспериментах «Газета.Ru» рассказывала в 2008 году) и за исследования квантовой запутанности (об этом эффекте «Газета.Ru» также писала). Еще одним кандидатом на «физического Нобеля» был Хидео Оно (Университет Тохоку, Япония), вклад которого в изучение ферромагнетизма в магнитных полупроводниках позволил, например, стереть грань между жёстким диском и оперативной памятью.

Среди отечественных деятелей науки и культуры самыми успешными в плане получения Нобелевских премий являются именно физики.

Они получали престижную награду семь раз. В 1958 году премию получили Павел Черенков, Игорь Тамм и Илья Франк «за открытие и интерпретацию эффекта Черенкова». Через четыре года лауреатом стал Лев Ландау «за пионерские теории в области физики конденсированного состояния, в особенности жидкого гелия». Еще через два года Нобелевский комитет отметил Николая Басова и Александра Прохорова «за фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию осцилляторов и усилителей, основанных на мазерно-лазерном принципе». В 1978 году Петр Капица получил награду «за основополагающие изобретения и открытия в области физики низких температур». В 2000 году лауреатом стал Жорес Алферов «за разработку полупроводниковых гетероструктур, используемых в высокоскоростной и оптической электронике». Еще одна «российская» Нобелевская премия досталась в 2003 году Алексею Абрикосову и Виталию Гинзбургу «за пионерский вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести». Наконец, в прошлом году лауреатами «за новаторские эксперименты, касающиеся двумерного материала графена» стали выходцы из России Андрей Гейм, ныне подданный Нидерландов, и имеющий российское и британское гражданство Константин Новоселов.

Напомним, что лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине 2011 года стали американец Брюс Бойтлер и уроженец Люксембурга Жюль Хоффманн за их открытие в области врожденного иммунитета, а также родившийся в Канаде, но работавший в США Ральф Штайнман за открытие роли дендритных клеток в приобретенном иммунитете. Спустя несколько часов после объявления имен лауреатов стало известно, что Штайнман скончался в пятницу, 30 сентября, однако Нобелевский комитет постановил, что не будет пересматривать свое решение.

В среду будут объявлены лауреаты Нобелевской премии 2011 года по химии.