АРМЯНИН, РЕШИВШИЙ ЗАДАЧУ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ СТОЛЕТНЕЙ ДАВНОСТИ

Недавно на сайтах Zartonk и PanArmenia прошла информация о том, что главный научный сотрудник Бюраканской астрофизической Обсерватории, доктор физико-математических наук Гагик Тер-Казарян решил задачу столетней давности, существующую в рамках общей теории относительности Эйнштейна. Это известие было прокомментировано также на одном из видео в Youtube ("Это прорыв – армянин решил столетнюю задачу Эйнштейна": Эйсмонт.) ведущим научным сотрудником Института Космических Исследований Российской академии наук Натаном Эйсмонтом. Признавая широкую международную известность армянской школы астрофизики, заложенную академиком Амбарцумяном, и справедливо связывая это с древностью культуры Армении, он отмечает, что этот результат должен ещё найти подтверждение: "Здесь требуется оценка людей, которые глубоко погружены в эту тему". В то же время таким достижением Армения вторгается в когорту передовых стран в области теоретической физики.

От себя отметим, что в мировом научном сообществе, особенно в области фундаментальных наук, по-видимому, на подсознательном уровне, сложилось предубеждение, что выдающиеся достижения в науке являются, как правило, прерогативой учёных из крупных и богатых государств с развитой промышленностью и технологией, экспериментальной и теоретической базой, продвинутой организацией и финансированием научных исследований из разных источников. В наше время львиная доля работ выполняется совместно целыми группами учёных, часто – в рамках международной кооперации.

ГАГИК ТЕР-КАЗАРЯН – ВЫПУСКНИК ФИЗИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА ЕРЕВАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА 1972-ого ГОДА, профессиональный физик-теоретик, чьи работы тесно связаны с астрофизикой. Скромный и простой, незатейливо одетый и не любящий галстуков (в отличие от меня), он не производит впечатление выдающегося учёного. Если такой человек пройдёт мимо вас на улице, вы даже и не подумаете, что это прошёл великий талант. Он - лауреат международной премии Аль-Хорезми 1992-ого года в Тегеране (получивший её из числа представителей 52 стран за свои работы по теоретической физике). Эту награду ему вручил президент Ирана Хашеми Рафсанджани, чем вызвал настоящий шок в местной армянской общине которая даже не знала о нём.

Ныне Гагик (позволяю себе так фамильярно его называть, потому что он - мой давний коллега, которого я знаю с 1979-ого года и с которым мы работали в отделе теоретической астрофизики с 1987-ого по 1998-ой годы) - главный научный сотрудник обсерватории, возглавляющий отдел астрофизики высоких энергий и недавно ставший главным редактором журнала "Астрофизика", основанным академиком Амбарцумяном в 1965-ом году и издаваемым Академией наук Армении. После получения премии в Тегеране Гагик получил возможность двухмесячной командировки в Международный центр Теоретической Физики в Триесте ( Италия), где он выступил на большом семинаре с двухчасовым докладом о своих работах, одобрительно встреченным его коллегами из разных стран мира, и опубликовал препринт (G.Ter-Kazarian, Operator Manifold Approach to Geometry and Particle Physics, L.C.T.P., Trieste, IC / 94/290, 1994,No.1, стр. 1-76/ Италия). В этой публикации представлен новый подход к геометрии и физике элементарных частиц на основе идеи операторного многообразия.

ГАГИК ТЕР-КАЗАРЯН – УЧЁНЫЙ-ОДИНОЧКА. В СПИСКЕ ЕГО МНОГОЧИСЛЕННЫХ ПУБЛИКАЦИЙ, каждая из которых в среднем занимает большой объём (25-30 страниц), он является их единственным автором (за исключением нескольких, где он является главным лицом, что ничего не меняет в нашем определении его как учёного, который все свои работы выполняет в одиночку). Объём проделанной им совокупной работы во всех публикациях не измеряется только их числом. Общее количество написанных им страниц значительно превышает совокупный объём работы тех, чья продуктивность исчисляется сотней и большим числом опубликованных работ (как правило, в соавторстве с другими). Все его работы заслуживают обобщения и представления в виде отдельной монографии. Я об этом говорил ему ещё десять лет назад в Бюракане во время нашей беседы, когда подарил ему привезённую из США одну популярную книжку о топологических аспектах теории гравитации, написанную знаменитым английским физиком-теоретиком и математиком Стивеном Хокингом, которая при своей популярности представляла интерес для физиков-профессионалов. Настолько высок был в нём уровень изложения материала.

Работы Гагика изначально были направлены на решение астрофизических проблем, имеющих отношение к космогонической концепции Амбарцумяна об образовании звёзд и галактик из сверхплотных тел путём их дезинтеграции, а также роли активных ядер галактик в процессе их эволюции. Особенность и глубина этой проблемы требовали пересмотра фундаментальных аспектов теории гравитации и физики в целом вплоть до привлечения идеи об объединении всех существующих в природе физических взаимодействий. Не были известны такие процессы, в результате которых за короткое время высвобождалось бы такое огромное количество энергии, как это имеет место быть в целом классе активных астрофизических объектов (сегодня такие явления пытаются объяснить с помощью квантовой теории гравитации, основы которой были заложены почти пятьдесят лет тому назад).

После того, как Гагик официально поступил на работу в Бюраканскую обсерваторию в начале 80-ых, вскоре в Сообщениях Бюраканской Астрофизической Обсерватории (кратко - Сообщения БАО) отдельным выпуском вышла его "Теория искажения пространственно-временно континуума" (полная ссылка "Г. Тер-Казарян. Теория искажения пространственно-временного континуума.Сооб. Бюраканской обс. (1989), No.62, стр. 1-123."), посвящённая возможному решению этой фундаментальной проблемы физики. Обычно в каждом выпуске публикуются десятки статей сотрудников обсерватории, а здесь целый выпуск был посвящён только его работе объёмом в 124 страницы. Всему этому предшествовали консультации и обсуждения работы с глазу на глаз с Виктором Амазасповичем Амбарцумяном. Математический уровень этих работ является умопомрачающим, ибо был основан на привлечения очень абстрактных разделов математики: там и топология, и теория групп в многомерных пространствах, и теория квантовых операторов, и тензорный анализ в его наивысшем пилотаже. Эти методы математики активно использовались в то время в квантовой теории поля, объясняющей взаимодействия между элементарными частицами, и в теории гравитации, но в отдельных публикациях. Но так, чтобы столь объёмно они были представлены в одной работе, подчинённые одной цели и дополненные собственными математическими нововедениями автора – это было настоящим откровением.

Вскоре после этого Гагик отметился получением очень важного результата – оценки массы активных ядер галактик, вычисленных на основе развиваемого им подхода, о котором говорилось выше. Его расчёты приводили к существованию не зависящего от дальнейшего роста плотности материи предела в несколько сот миллионов солнечных масс, что очень хорошо согласовывалось с оценками, опубликованными в литературе. Обычно в качестве кандидатов на активные ядра галактик в научной литературе предлагаются сверхмассивные чёрные дыры. Но убедительной теории, показывающей нарастание массы чёрной дыры с течением времени, предложено не было, хотя поиски подходящих механизмов образования продолжаются до сих пор.

ДРУГИМ ПРИМЕЧАТЕЛЬНЫМ ФАКТОМ НАУЧНОЙ БИОГРАФИИ ГАГИКА ТЕР-КАЗАРЯНА является публикация его теории гравитации в самом авторитетном международном журнале по физике Нуово Чименто (Nuovo Cimento), издаваемого в Италии (с 1999-ого года объединённого с Европейским Физическим Журналом) ((G. Ter-Kazarian, Gravitation Gauge Group, Nuovo Cimento, 1997, v.112B, No6, pp.825-838, Italy). (В переводе это означает "Калибровочные группы теории тяготения". Это специальный класс математических преобразований физических полей, широко применяемый в электродинамике, в теории электрослабого и сильного взаимодействий, в которые вовлечены атомные ядра и элементарные частицы. Нахождение таких преобразований для гравитационного поля является важной проблемой и заслуживает отдельного места в списке теоретических достижений). Более того, целый выпуск международного журнала "Астрофизика и космические науки", 1992, 1 94, No.1, стр.1 -129. был посвящён работе Гагика (G. Ter-Kazarian, An Introduction to the Theory of Internal Structure of Supermassive Compact Celestial Bodies, Astrophysics & Space Sci., 1992, 194, No1, pp.1-129) ("Введение в теорию внутреннего строения сверхмассивных компактных небесных тел" с общим объёмом в 130 страниц (он показывал мне его). Образование такого рода тел является одной из передовых тем современной астрофизики.

Помнится, до этого Амбарцумян направил Гагика в командировку в Москву для обсуждения его теории с выдающимся советским математиком, первым из советских удостоившимся премии Филдса в 1970-ом году (аналог Нобелевской премии по математике), академиком Сергеем Новиковым, племянником бывшего президента Академии наук СССР академика Келдыша по материнской линии.

Сергей Новиков стал академиком АН СССР в 1981-ом году (в 43 года) и был выдающимся специалистом в области дифференциальной топологии. В то время он также возглавлял Московское математическое общество. По словам Гагика, он пришёл к нему с рекомендательным письмом от Амбарцумяна, но тот даже не стал его читать. Когда Гагик объяснил с какой целью он приехал, началась подробная разборка его теории. Новиков требовал доказательства тех или иных математических положений. На некоторые доказательства уходило время и приходилось возвращаться на следующий день для продолжения обсуждения. Так напряжённо прошли несколько дней, после чего претензий у Новикова больше не осталось. В конце он сказал Гагику, что если у того в будущем возникнут вопросы, пусть сразу приезжает к нему. И без всяких рекомендательных писем. Вот так лауреат премии Филдса одобрил работу того, кому было суждено решить непреодолимую задачу Эйнштейна спустя без малого сорок лет.

Интересно, что на видео в Youtube российский учёный, говоривший о прорывном решении армянского физика, не назвал его имени, хотя по показанным кадрам панорамы Бюраканской Обсерватории с высоты птичьего полёта и разговоре о школе Амбарцумяна, даже не зная заранее о достижении Гагика Тер-Казаряна, можно было легко догадаться, что речь идёт именно о нём. Тем, кто знает, чем и на каком уровне занимался и занимается Гагик, было бы сразу понятно, что кроме него другого человека в Бюракане нет, кто мог бы решать сложные проблемы общей теории относительности Эйнштейна и физики элементарных частиц.

УЗНАВ О НОВОСТИ, Я ПОСЛАЛ СВОИ ПОЗДРАВЛЕНИЯ ГАГИКУ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ и пожелал ему дальнейших успехов в виде получения Нобелевской премии по физике. Он поблагодарил меня за поздравления и послал копии двух статей, в которых решалась эта задача Эйнштейна. Они были опубликованы в 28- ом (1-ый номер) и 29- ом (2-ой номер) выпусках журнала "Gravitation and Cosmology" (Гравитация и Космология) за 2022-ой и 2023-ий годы. Кроме них была ещё и третья статья, опубликованная в том же журнале в 2024-ом году, где он решает другую проблему, которую, как он сообщил, ещё никто не рассматривал. Её продолжение должно выйти буквально в течение этого месяца.

Первая статья за 2022-ой года называется "О кинетических скоростях рецессии астрономических объектов". Скорость рецессии - это скорость убегания (удаления) объекта от наблюдателя – понятие, применимое к галактикам в расширяющейся Вселенной. Для пояснения сути всего нижеследующего обратимся немного к истории физики около ста лет назад.

В 1915-ом году Альберт Эйнштейн пришёл к окончательнойй формулировке общей теории относительности (получив носящие его имя уравнения гравитационного поля), которая представляет собой обобщениие классической теории тяготения Ньютона на случай очень сильных гравитационных полей, в которых движущиеся частицы приобретают релятивистские скорости (то есть, сравнимые со скоростью света, равной 300000 км в секунду и считающейся предельной скоростью для всех тел во Вселенной). Разработка такой теории потребовала применения принципиально нового на тот момент математического аппарата в физике – римановой геометрии, то есть геометрии искривлённого пространства-времени, которое на математическом языке определяется термином "риманово многообразие" (его самый простой пример – поверхность обычной сферы). Сила тяготения между гравитирующим центром и пробной частицей возникает в результате кривизны этого пространства. То есть, физическое взаимодействие – силовое притяжение – заменяется чисто геометрическим эффектом.

В теории Эйнштейна существовала задача определения скорости удаления астрономического объекта относительно наблюдателя в криволинейном пространстве. Эта задача приобретает особое значение для галактик, движущихся в расширяющейся Вселенной, которая описывается разными моделями с учётом кривизны пространства-времени. В результате этого расширения наблюдаемые линии излучения разных химических элементов в спектрах астрономических объектов смещаются в красную сторону относительно того положения, которое эти линии занимают в спектре в состоянии покоя источника излучения (так называемое "красное смещение"). По этому смещению можно установить скорость удаления галактики и определить расстояние до неё через так называемый параметр Хаббла. Для близлежащей к нам области Вселенной (то есть, в нашу космологическую эпоху), где красные смещения малы и скорости галактик намного меньше скорости света, этот параметр можно считать постоянным и равным примерно (по усреднённым данным за последнее десятилетие) 70 км/ceк на каждый мегапарсек расстояния (один мегапарсек - это расстояние, проходимое светом за 3 миллиона и 261 тысячу лет или примерно 31 триллионов километров, умноженных на один миллион (31 квинтиллионов километров)). На нормальном человеческом языке это означает, что при удалении от нас на расстояние в один мегапарсек скорость галактики увеличится за это время на 70 км/сек.).

Пояснение. Подчеркнём, что речь идёт о космологическом расширении, когда галактики, по большому счёту, остаются на своих местах на поверхности пространства-времени, но шкала расстояний между ними меняeтся со временем. Как расстояние между двумя фиксированными точками на поверхности раздувающегося воздушного шара. Выражение "по большому счёту" означает, что галактики имеют своё собственное движение, но оно существенно меньше скорости космологического расширения и не поддаётся наблюдательному обнаружению из-за огромности расстояний.

ОПИСАННАЯ ВЫШЕ ПРОСТАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СКОРОСТЕЙ космологического удаления галактик хорошо работает в той области Вселенной, пространство-время которой является плоским (координаты и время при скоростях, сравнимых со скоростью света, не отделимы друг от друга, как в нашем обычном плоском пространстве, где мы живём, а связаны специальными соотношениями, называемыми преобразованиями Лоренца. Поэтому они и составляют единое 4-мерное пространство- время: 3-мерное пространство плюс время в качестве 4-го измерения). В таком пространстве процедура параллельного переноса вектора скорости, на котором основаны оценки относительных скоростей удаления галактик от нас, давно и хорошо известна. Она применима на большей части пространства наблюдаемой Вселенной, которая считается плоской в рамках так называемой стандартной модели (это космологическая модель и её нельзя путать со стандартной моделью в физике элементарных частиц, предложенной для классификации последних) и принятой модели ускоряющейся Вселенной (где ускорение происходит за счёт влияния невидимой (тёмной) энергии на определённом этапе её эволюции). Проблема возникает для достаточно удалённых галактик, по времени относящихся к ранним стадиям эволюции Вселенной, когда занимаемый ею объём был сравнительно небольшим. Для них учёт кривизны пространства-времени становится существенным. Здесь общепринятый способ вычисления скоростей удаления галактик (скоростей рецессии) уже не проходит, и Гагику Тер-Казаряну удалось преодолеть эту трудность.

В своей второй работе, посвящённой этой проблеме, он пришёл к независящему от выбора координат способу определения относительных скоростей астрономических объектов в искривлённом (так называемом псевдоримановом) пространстве, которые оказались не превышающими скорость света, что приводит к сохранению принципа причинности в физике (о чём он писал и в первой работе) – одного из важнейших эвристических критериев, доказывающих надёжность теоретического построения в рамках конкретной научной дисциплины. Он апробировал свой метод на примере стандартной модели Вселенной, а также в различных моделях криволинейных пространств, широко задействованных в физике, практически доказав его универсальность. Эти модели имеют разные метрики пространства-времени, которые представляют собой математические выражения, определяющие расстояние между двумя его точками (в нашей обычной жизни это расстояние вычисляется с помощью простой теоремы Пифагора из школьной геометрии).

В НОВЫХ РАБОТАХ ГАГИК ТЕР-КАЗАРЯН УЖЕ ВВОДИТ НОВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ (их аналогов в других публикациях нет), такие, как деформация Лоренцевой симметрии и деформированная геометрия, теория главного пространства (master space) с индуцированной суперсимметрией, подчиняющейся определённым правилам. Поскольку среднестатистическому читателю и даже специалисту по физике очень трудно объяснить весь смысл проделанной Гагиком работы на обычном языке, я приведу объяснение смысла его последней статьи (которая должна скоро появиться в том же журнале) его собственными словами, а затем поясню смысл сказанного на "языке пешеходов" (выражение, принятое у физиков для популярного изложения сложного научного материала) в той мере, в какой смогу. По его словам, он разработал теорию "мастер-пространство-суперсимметрии" (совершенно новое понятие (Г.С.)), где выведен стандартный код движения Лоренца из глобальных двойных преобразований "мастер-пространство-суперсимметрии". Насколько нам известно, никогда никто не изучал саму природу равномерного движения и физические процессы, лежащие в его основе. Это требует полного пересмотра наших стандартных представлений о коде движения Лоренца, который теперь будет называться "индивидуальным кодом частицы", определяемым как её внутреннее свойство. Раскрывается природа физического пространства-времени специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна, которая оказывается прямым следствием движения. А именно: он вывел относительные временные и пространственные координаты физического пространства-времени СТО как функцию параметров базовой физической реальности.

А теперь – для пешеходов. Здесь (ни много, ни мало) речь идёт о пересмотре фундаментальных аспектов физики, в частности, такого понятия специальной теории относительности Эйнштйна, как инвариантность (то есть, неизменность) физических величин (характеристик физических полей) относительно преобразований Лоренца, указывающих, как перейти от одной системы координат к другой, движущейся по отношению к первой со скоростью, близкой к скорости света или сравнимой с ней. Признаки нарушения этой важнейшей особенности современной релятивистской теории были обнаружены в астрофизических процессах сверхвысоких энергий, где эквивалентные температуры достигают совершенно фантастических значений в несколько миллионов триллионов или триллионов триллионов градусов по шкале Кельвина. Такие температуры близки к условиям, имевшим место на ранних стадиях эволюции Вселенной. Речь идёт, например, о таких объектах, как космические лучи сверхвысоких энергий, гамма-барстеры (источники гамма излучения взрывного характера) и галактики Маркаряна 501, которая наряду с другой галактикой (Маркарян 421) показывает исключительную высокую энергетическую активность вдоль всего спектра (от радиодиапазона до очень жёсткого гамма излучения). Признаки нарушения Лоренц-инвариантности у таких объектов обнаруживаются по поведению их энергетического спектра, в котором появляются характерные провалы при определённых частотах. Это связано с тем, что при нарушении Лоренц-инвариантности меняется характер взаимодействия сверхвысоких частиц с излучением. То, что сделано Гагиком, направлено, в частности, на преодоление такого рода проблем, но метод, применяемый им, по своей фундаментальности простирается гораздо дальше самой проблемы.

У МЕНЯ НЕТ ТАКОЙ ПОДГОТОВКИ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ, ЧТОБЫ Я МОГ РАЗОБРАТЬСЯ В ТЕХНИЧЕСКИХ ДЕТАЛЯХ ЕГО РАБОТ. Но на основе прочтения той части текста статей, которые имеют общую направленность, осмелюсь предположить, что нас ожидает очередной прорыв в решении фундаментальных проблем физики, касающиеся свойств элементарных частиц и проливающих свет на ранние стадии эволюции Вселенной, которые по своей сложности могут затмить решение столетней задачи Эйнштейна. Можно сказать, что эта задача, несмотря на свою фундаментальность, – всего лишь промежуточный этап в процессе переосмысления ещё более фундаментальных физических принципов, которые могут изменить наши представления о мире. Остаётся пожелать крепкого здоровья Гагику (которому уже 75 лет), чтобы он с триумфом продолжал свои теоретические изыскания, длящиеся около 45 последних лет (это только с тех пор, как я его знаю).

То, что его последние достижения вызвали такой отклик в научных и общественных кругах, меня лично не удивляет. Меня удивляет, почему этого не произошло гораздо раньше, на основе его предыдущих работ, выполненных на уровне экстракласса, который не доступен многим профессиональным физикам - теоретикам. Его пример – доказательство того, что может сделать один человек, несмотря на недостаточное финансирование науки и отсутствие должного внимания со стороны государства к нуждам учёных. То есть, добиваться выдающихся результатов не благодаря, а вопреки сложившимся обстоятельствам. Хочу также пожелать, чтобы профессиональная зависть (которая, к сожалению, всегда присутствует) со стороны некоторых возможных недоброжелателей (а они были) не помешала Гагику в его дальнейшей деятельности во славу армянской науки и в достижении личных успехов.

P.S. Хочу привести один пример из истории того, как неосведомлённость о кривизне пространства может сыграть злую шутку с человеком. Он имеет весьма опосредованное отношение к астрономии, но является поучительным. О нём рассказано в известном романе "Таис Афинская" советского писателя-фантаста Ивана Ефремова. Роман посвящён походу Александра Македонского на восток, где он мечтал достичь края Земли, с которым ассоциировалась Индия.

Александр был учеником великого Аристотеля, который оценил, какое расстояние должен покрыть Александр в своём походе. Но Аристотель исходил из плоской модели Земли, доминирующей в то время, и тем самым недооценил её реальных размеров (шарообразность, то есть кривизна, Земли была доказана кругосветным путешествием Фердинанда Магеллана в 1519-1522-годах, хотя свидетельства в пользу её шарообразности приводил ещё Анания Ширакаци, а до него – некоторые древнегреческие астрономы. Но реальные размеры Земли известны не были). И когда Александр достиг края Индии, он увидел, что перед ним простирается огромная страна – Китай. Это означало, что для достижения реального края Земли ему понадобилось бы пройти такое же расстояние (и даже большее), как то, которое он уже покрыл. Но Александр об этом знать не мог, и на продолжение похода у него уже не было сил. Он был смертельно ранен и медленно умирал, а вскоре после его смерти созданная им империя быстро распалась (интересно, что Армения оказала достойное сопротивление войскам Александра и избежала участи быть включённой в состав его империи).

Этот пример показывает, к чему приводит неооценка кривизны пространства, в котором мы живём и которое мы исследуем. Есть предположение (https://habr.com/ru/articles/720116/), что искривлённая часть Вселенной в 250 раз превосходит её наблюдаемую часть, которую мы приближённо описываем плоской моделью.

P.P.S. Гагик Тер-Казарян был поставлен мною в известность о готовящейся статье для "Голоса Армении". Он указал на ряд неточностей в биографической части материала, предоставил ссылки на его публикации и предложил внести дополнение, поясняющее смысл последней работы, которая должна скоро выйти в журнале "Гравитация и Космология". Я ему очень признателен за исправление этих неточностей (за давностью лет я не мог точно вспомнить некоторых подробностей из наших разговоров в прошлом), высказанные замечания и предложения, без которых данная статья не имела бы тот вид, который я решил представить на суд читателя.