100 великих научных достижений России - Виорель Ломов

1967 г. – построение квантования полей с бесконечномерными группами инвариантности (поля Янга – Миллса, поле тяготения Эйнштейна) при помощи континуального интегрирования привело к открытию новых микрочастиц – кварков и лептонов. Совместно со своим учеником В.Н. Поповым Фаддеев «обнаружил» неизвестные дотоле в теории поля объекты, названные «духами Фаддеева – Попова». Теперь этих «духов» можно встретить во всех современных учебниках теоретической физики. Математики под ними понимают феномен, когда «реально осязаемые частицы могут быть порождены мыслью ученого». Свои идеи Фаддеев изложил в двухстраничной работе «Правила Фейнмана для квантования калибровочных теорий» и опубликовал в европейском журнале «Physics Letters».

Теория поначалу не привлекла особого внимания ученых, поскольку даже самые маститые ничего в ней не поняли. Л.Д. Ландау, например, отозвался о ней, что она мертва. Фаддееву в утверждении квантовой теории поля пришлось преодолеть немалый скептицизм коллег, пока эта работа, став основой теории стандартного взаимодействия элементарных частиц, не заняла в математике XX в. одно из главных мест. Теорию признала даже школа Ландау. Математические проблемы теории Янга – Миллса в дальнейшем легли в основу теории суперструн. И только из-за презрения (иначе не скажешь) Нобелевского комитета к российской науке и к российским ученым в 1999 г. Фаддееву не была вручена Нобелевская премия по физике за уравнения Янга – Миллса, которую, тем не менее, вручили двум американцам, развившим идеи Фаддеева. Еще до этого теорию выдвинули на Государственную премию СССР, но один из членов комиссии задал вопрос: а кто видел эти поля? Оказалось, никто. Не увидели премии и авторы.

1975 г. – Фаддеевым сформулировано квантование частицеподобных решений (солитонов) уравнений теории поля. «Солитоны – это волновые возбуждения в нелинейной среде, которые ведут себя подобно частицам: при взаимодействии друг с другом или другими возмущениями они не разрушаются, а расходятся, сохраняя свою структуру неизменной». Построенная Фаддеевым и его учениками квантовая теория солитонов открыла новый подход к квантовой теории поля и привела к возникновению новых математических структур – квантовых групп.

Математику трудно притянуть «за уши» к практике. Но все же кое-какие не чисто математические проблемы может решить только она одна. Во всяком случае, говоря о работах Фаддеева, непременно упоминают о том, что его «теория турбулентности» важна для проектирования подводных лодок и торпед; «задача многих тел» – первостепенна при решении проблемы одновременного движения в пространстве нескольких тел по разным траекториям; «теория удержания тел в магнитных полях» позволяет проектировать новые источники энергии типа «токамаков» и т. д.

Все упомянутые методы Фаддеева применяются ныне в разных областях математики, в квантовой механике, в теории конденсированного состояния и теории элементарных частиц. Самого ученого «физики считают… одним из крупнейших физиков-теоретиков мирового уровня, а математики – математиком мировой величины».

В настоящее время Фаддеев, относясь с крайним скептицизмом к реформе высшего образования и реформе РАН, занимается математическим решением одной из семи главных задач тысячелетия – объяснением появления массы у полей Янга – Миллса.

Не меньшее недоумение вызывает у него и проект «Сколково». «Если к нам приезжает Шварценеггер, чтобы рассказать, как будет работать наша «Силиконовая долина», то что уж получится?.. К своему счастью, я с проектом не связан. Мне никто не предлагал. Они же понимают, что я буду смеяться, как только они придут» (Е. Данилевич).

Астрономия, космология

КОМЕТЫ И МЕТЕОРЫ БРЕДИХИНА

Астроном, астрофизик, популяризатор науки, общественный деятель; профессор, декан физико-математического факультета Московского университета; академик Петербургской АН, член ряда отечественных и европейских академий и научных обществ, почетный доктор многих университетов России и Европы; организатор и глава первой русской астрофизической школы; президент Московского общества испытателей природы, член-учредитель Московского математического общества, первый президент Русского астрономического общества; директор Московской астрономической университетской обсерватории и Николаевской Главной астрономической обсерватории в Пулкове, Федор Александрович Бредихин (1831–1904) является автором более 150 научных трудов, создателем теории кометных форм и теории происхождения метеорных потоков из комет.

Прежде чем говорить о научном вкладе Ф.А. Бредихина, несколько слов о предмете астрономии. Воспользуемся энциклопедией.

Астрономия – наука о движении, строении и развитии небесных тел и их систем, от черных дыр до Солнца, от межзвездного вещества до Вселенной. Этой наукой занимались тысячи лет назад, о чем свидетельствуют египетские пирамиды, Стоунхендж, древнейшие манускрипты. Именно астрономия позволяла жрецам, земледельцам и мореплавателям предсказывать затмения Солнца, заниматься сельхозработами, не теряться в морях. А еще – вдохновлять философов и поэтов.

До 1609 г. ночным небосводом не только любовались, но и наблюдали его, а с изобретением телескопа стали устремлять свой взор и вовсе в неоглядные космические дали.

Из четырех основных задач астрономии (поиск закономерностей и причин видимых движений небесных тел; создание моделей строения небесных тел; выявление происхождения и развития небесных тел; построение теорий Метагалактики) во второй половине XIX в. решались главным образом две первые задачи, и то – в самом первом приближении.

Позднее, в XX в., астрономия разделилась на две взаимосвязанные ветви – наблюдательную и теоретическую. Наблюдательная наблюдает небесные тела, теоретическая объясняет результаты наблюдений, после чего наблюдательная наблюдает еще «глубже», дабы подтвердить выводы и гипотезы теоретической. И т. д. Ну а до этого астрофизика успешно совмещала в себе обе ипостаси, в первую очередь в самом ярком представителе этой науки – Ф.А. Бредихине.

Ф.А. Бредихин. Неизвестный художник

Исследования ученого, охватывавшие все основные разделы современной ему астрономии (наблюдения на меридианном круге, определение положений малых планет, изучение поверхности Солнца и планет, спектров комет и туманностей, составление рисунков диска Юпитера и «красного» пятна на нем и пр.), имели для самого ученого два центра притяжения: кометы и метеорные потоки. Именно в изучении этих небесных тел Федор Александрович добился самых выдающихся результатов, которые стали базой всех дальнейших изысканий в мире.

Кометами, издавна привлекавшими и пугавшими людей, называют небольшие небесные тела, имеющие туманный вид. Эти тела разной яркости обращаются вокруг Солнца, как правило, по вытянутым орбитам. К Солнцу комета подлетает в виде шарообразного облака из пыли и газа поперечником до 80 000 км вокруг ледяного ядра диаметром в несколько километров. Часто у комет появляется шлейф – хвост протяженностью до 1,5 млн км и более.

Первым изучать механическую природу комет начал Ф.В. Бессель в начале XIX в. Бредихин, поставив перед собой задачу – разъяснить процесс образования кометных хвостов, установить причины, обусловливающие разнообразие их форм, продолжил исследования немецкого коллеги и занялся познанием особенностей физического строения этих небесных тел и их химической природы, что привело его к созданию механической теории кометных форм, теории хвостов и к классификации хвостов, используемой в астрономии и поныне. Решение этой задачи стало возможным в связи с появлением спектрального анализа и фотографии, которые Бредихин буквально насадил во все российские обсерватории.

Начиная с первой печатной работы «Несколько слов о хвостах комет» (1861), магистерской – «О хвостах комет» (1862) и докторской диссертации – «О возмущениях комет, не зависящих от планетных притяжений» (1864) ученый базировался на предположении И. Кеплера, что главной силой, действующей при образовании кометных хвостов, является отталкивательная сила Солнца. Разное поведение комет с разными хвостами Бредихин объяснил различным химическим и физическим составом частиц, из которых состоят кометы, и наличием двух противоположно направленных сил – силы тяготения к Солнцу и светового давления от Солнца. Для определения величины отталкивательной силы электрического происхождения и скорости излияния материи из ядра ученый вывел соответствующие формулы гиперболического движения, которые помогли ему установить зависимость между этой силой и скоростью, а также характеристики хвостов комет. Эти соотношения объясняли также необъяснимые никакими другими соображениями волнистые очертания хвоста, поперечные полосы в хвосте и движение в хвосте облачных масс.