Геодезията помага при всички експерименти, които използват гигантски конструкции
Български учени доказаха предположение на Алберт Айнщайн в „Обща теория на относителността“. Учените от Лаборатория по физика и астрофизика на частиците към Института за ядрени изследвания и ядрена енергетика на БАН са част от международен проект астрофизичен гама-експеримент MAGIC. Те се занимават с наблюдението на явлението „Гравитационна леща“, предсказано от гениалния физик през 1915 г. в неговата „Обща теория на относителността“. На кратко става дума за преминаване на светлинен лъч покрай много масивно тяло, при което голямата маса на тялото привлича лъчa и той се изкривява. Експериментът е възможен заради наземен комплекс за регистрация на космически гама-лъчи, разположен на остров Ла Палма на Канарите. Системата е изградена от два 17-метрови телескопа.
В програмата от българска страна участват доц. Петър Темников, доц. Галина Манева, гл. асистент Мартин Макариев и Васил Вергилов. Освен тях още 160 изследователи от Германия, Испания, Италия, Швейцария, Полша, Финландия, Хърватия, Индия и Япония също са включени в експеримента.
Българите наблюдават обект, който се намира по средата на разстоянието от Земята до „Края на света“ и ако не съществуваше тази гравитационна леща по пътя на светлината от него към нас, той нямаше да бъде видим. Това е най-далечният регистриран засега в областта на най-високите енергии на гама-лъчите обект във Вселената – наречен блазар QSO B0218 + 357, галактика съдържаща свръхмасивна черна дупка. (Блазарите са гигантски галактики около черна дупка, чиято маса е милиарди пъти по-голяма от тази на Слънцето. Черната дупка поглъща всяко вещество около себе си, като предизвиква мощно излъчване на електромагнитни вълни).
Преди повече от 7 милиарда години след гигантска експлозия мощен поток от гама-лъчи е тръгнал към Земята, а един милиард години по-късно тези фотони са преминали в околностите на далечната галактика B0218 + 357G, където изкривяват своята траектория. Фотоните достигнаха до Земята на 14 юли 2014 г. и бяха регистрирани от гама-телескоп на борда на орбиталния спътник Ферми, който сканира цялото небе на всеки 3 часа.
За първи път българските учени потвърждават валидността на Общата теория на относителността при енергии, милиарди и трилиони пъти по-големи от енергията на видимата светлина.
Доц. Темников е ръководител на Лабораторията по физика и астрофизика на частиците в Института зяа ядрени изследвания и ядрена енергитика на БАН. Завършил е теоретична ядрена физика в Московския държавен университет. Работил е 11 години в Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна (Русия), над 7 години в Националния ядрен институт на Италия (INFN), бил е многократно на работни посещения в ЦЕРН, а също така в някои от институтите за ядрени и астрофизични изследвания на Франция (CNRS) и Испания (IFAE, IAC).
Наскоро стана ясно, че вашият екип успява да докаже предположение на Алберт Айнщайн в „Обща теория на относителността“ за съществуването на гравитационна леща. Какво е да наблюдаваш обект, който се намира по средата на пътя до края на света?
Вълнувахте ли се като открихте гравитационната леща?
За да бъдем точни – гравитационната леща беше наблюдавана и по-рано, но в оптичния и радио диапазони, т.е. при енергии на електромагнитно лъчени стотици милиарди пъти по-малки. Не беше доказано, че теорията на Айнщайн е валидна и при огромните енергии, които измерва нашият експеримент MAGIC. За нас естествено това откритие беше много вълнуващо – стъпихме в съвсем неизследвана област. Заради такива моменти учените работят. Един учен за да стигне нормална степен на квалификация трябва да учи и да „чиракува“ най-малко десетина години. После се развива като учен, т.е. човек, който открива неизвестното за хората. Работата ни изисква да решаваме „задачите“, поставени от природата, всеки ден по 8-10 часа. И го правим през целия си живот. Моментите на успех, даже малък, носят голяма радост.
Как ще отговорите на скептиците, които са вторачени в пъпа си – каква е ползата от подобно откритие?
Каква е ползата от картините на великите художници, от музиката, от поезията…?
Науката носи Знание, и то, заедно с изкуството, осмисля живота ни.
Знанието често води до практическа полза, но обикновено след много години. Например спомената теория на Алберт Айнщайн е създадена през 1916 г. и чак след 90 г. започна да се използва при GPS връзките – за корекции на изменението на честотата на вълните в гравитационното поле на Земята. Квантовата механика, създадена през 20-те г. на ХХ век и възприемана като странна абстракция, десетилетия по-късно обуслови създаването на електрониката, лазерите, новите материали, ядрената енергетика и коренно промени живота на човечеството.
Участието ни в проучванията на ЦЕРН носи приходи на България, поне така се рекламират вашите колеги. Можем ли да направим изчисления какво би спечелила страната ни от вашето откритие?
Не. Нека да припомня легенда за великия американски физик Робърт Уилсън, който ръководеше построяването на най-големия за времето ускорител на елементарни частици. Когато го извикали в американския сенат и го попитали с какво ще допринесе този ускорител за сигурността на САЩ, той отговорил: „Америка ще има какво да отбранява“.
Какво е усещането ви – интересуват ли се хората от физика? Напоследък науката ви стана много на мода благодарение на откриването на Хигс бозона. Вече почти всички са чували и за тъмната материя. Как гледате на популяризирането на науката ви?
Много е важно популяризирането на науката – ние го дължим на гражданите. Важно е специално за България, където разбирането за наука е на много ниско ниво. Мнозина и сред политиците не са образовани достатъчно, не знаят какво е наука. Много мислят, че науката се състои в практическите приложения на Знанието, получено от цялото човечество. И то е важно, но е само много малка част от науката. Други „умници“ казват: „Получаването на нови знания и правене на фундаментални изследвания е много скъпо. Нека другите го правят. Ние ще използваме наготово резултатите“. Сякаш развитите нации са много наивни и не разбират тази „хитрост“. Не! Тези нации затова са развити, че не следват подобна елементарна логика. Повечето от европейските страни, не много по-големи от България, дават 50-100 пъти повече средства за фундаменталната наука, отнесени към глава от населението. Например Финландия, която е по-малка от България, дава 3.5 % от БНП за наука (в България – 0.25%), а брутният национален доход на Финландия е 10 пъти по-голям от българския.
Да поговорим за тъмната материя – кога ще ни „просветне” какво представлява тя? Можете ли да направите някаква прогноза?
Не можем да дадем прогноза, но търсенето й става на два фронта: на макро ниво в астрофизиката и на микро ниво във физиката на елементарните частици.
Надеждата ни е, че ще стане при изучаването на Космоса. Не случайно интересът на учените от физика на частиците се премества към астрофизиката. Например, половината от учените, работещи в MAGIC идват от физика на елементарните частици. И всички колеги от нашата лаборатория работиха до преди 10 години в експериментите в ЦЕРН и в Дубна.
Напоследък може би най-известният ви колега в света – астрофизикът Стивън Хокинг предупреждава, че трябва да внимаваме с търсенето на извънземни, с изкуствения интелект и с опазването на природата. Как гледате на тези предупреждения? Все пак вие сте „погледнали” най-дълбоко или най-далече във Вселената ни и може би вашият поглед е най-задълбочен?
Да, това са правилни предупреждения и екологичнитe опасения възникнаха преди повече от 40 години вследствие на математически доказани предсказания от „Римския клуб“. Относно извънземните – ние не мислим, че е възможен пряк физически контакт с тях заради огромните разстояния до най-близките възможни обитаеми планети. Даже ако те намерят фантастичен начин да стигнат до нас, те няма да бъдат толкова неразумни да ни унищожават (или да рисуват чрез мачкане на посевите някакви елементарни фигури).
Много малко българи знаят, че в границите на София има ядрен реактор. Само на 3-4 километра от народното събрание, на „Цариградско шосе” се намира мини ядрен реактор, построен през 50-те години. Каква е съдбата му в момента? Опасен ли е?
Този реактор e изследователски (с много малка мощност) и не функционира повече от 30 години. Горивото от него отдавна е изнесено от страната, не се провеждат никакви дейности с него.
Реакторът не е опасен – не се експлоатира и даже слабо радиоктивните остатъци от горивото са изнесени в Русия. От гледна точка на радиоактивната ситуация е по-опасно да летите със самолет или да се качвате на Витоша.
Работите в БАН от дълги години – чувствате ли се „синодални старци” вече? Усещате ли институционална подкрепа?
Не бих могъл да се чувствам стар (поне в ментален смисъл). Работата ми в един от най-успешните гама експерименти в света изисква непрекъсната мозъчна активност и усвояване на нови умения. Вярвам, че е така за всеки активен учен. Разбира се, че има и пасивни, както във всяка област на човешката дейност. Който не твори – той е „синодален старец“, независимо от възрастта.
Малко статистика: с какъв бюджет разполагате на година? Колко хора работят във вашата лаборатория?
В лабораторията работят 8 души. Хората получават само заплати от БАН. От 4 години нямаме друго финансиране. Преди това имахме 3-годишен договор с Фонд научни изследвания, благодарение на който купихме компютри и участвахме в сеансите на наблюдения и работните съвещания на колаборацията. От 4 години нашите колеги от по-развитите страни (включително и Хърватия) плащат за нашите разходи, защото оценяват нашия принос при анализа на данните и извличането на физическия резултат, с тези вече остарели компютри.
Благодарение на нашата работа в експеримента MAGIC колектив от български физици, включващ и учени от Софийски университет, бе поканен да участва, и бе приет без предварителна финансова вноска в новия астрофизичен експеримент CTA, който обединява над 1300 физици от над 30 страни по цял свят. За сравнение, например, словенската група бе приета с встъпителна вноска от 1 милион евро, а групите от САЩ платиха 170 милиона долара, за да правото да участват в CTA.
Правили ли сте изчисления какви приходи генерирате за държавата?
Директен приход генерират приложните науки, но техните знания се базират на фундаменталната наука, т.е. познанието, което няма непосредствен икономически ефект. Приходите от фундаменталната наука стават ясни след дълъг период от време. Точно за това, във всички развити страни фундаменталната наука се финансира основно от държавата – за да има скок на обществото в бъдеще.
Набира ли популярност сред младите вашата наука?
Да, т.н. „астрофизика на частиците“ е много популярна в развитите страни. В колаборацията MAGIC повече от половината учени са под 35 години. За съжаление младите българи, които искат да се занимават с наука, масово напускат страната, поради пълното неразбиране от обществото на необходимостта за съществуване на наука в България.
Бихте ли споделили накратко дали имате други открития и в какво се заключават те?
За да не влизаме в дискусия какво от научните постижения можем да наречем откритие, ще използвам един прост критерий. В науката съществуват две супер-реномирани списания, посветени на публикуване на научни открития. Едно от тях е „Science“ . За период от 66 години (тяхната електронна база данни дава информация, започвайки от 1950 г.) има 13 статии с автори, които имат в адреса думата „България“, т.е. автори, работещи в български институции. На пет от тези 13 статии сме автори ние, физиците от експеримента MAGIC. В една от тези статии е представено откритието ни, че Вселената е по-тъмна и по-прозрачна, отколкото се мислеше до скоро. Друго забележително откритие е, че пулсиращата неутронна звезда в Ракообразната мъглявина излъчва много по-високи енергии, отколкото предсказваха всички теории до сега.
Научните ни статии са публикувани в най-реномираните списания по физика (Physical Reviеw, Physical Review Letters, Astrophysical Journal), в които има много други интересни резултати. Някои от тях са с „отрицателен“ резултат, т.е. очакваното явление не се наблюдава при много високите енергии, но поставяме ограничения за свойствата или вероятността за съществуване на даден обект. Например, се гордеем с нашите „отрицателни“ (т.е. ограничаващи теорията) резултати за търсене на тъмна материя, за независимостта на скоростта на електромагнитното лъчение от неговата енергия (проверка на някои екзотични предсказания на модели за квантова гравитация). Тези резултати обикновено се получават след дълги наблюдения и деликатен и сложен анализ на резултатите. И тези статии като правило много високо се оценяват от другите учени, те са между най-цитираните ни публикации.
Кои са ви най-близките до вас учени от други области? Списанието ни е за геодезисти, част от които се занимават с дефиниране на геоида. Преплитали ли ви се научните пътища някога с тях?
Астрофизика на частиците е обединение на знанията и методите на физика на микромира (физика на елементарните частици) и астрономията.
Не сме сътрудничили досега с геодезисти. Но инженерната геодезия се използва при всички астрофизични и физически експерименти, които използват гигантски по размери установки (тунели за ускорители, неутринни експерименти с детектори, разположени на стотици километри един от друг). Експериментите с космични неутрино измерват неутринния поток от противоположни страни на Земята, което налага точно знание за формата и състава на земната кора. Във физика на частиците има идеи за построяване на гигантски ускорители, сравними по размер с радиуса на земното кълбо. Безспорно и тук са необходими геодезични знания.
Къде виждате мястото на България на световната карта на астрофизиците?
Радваме се на висока оценка от международната астрофизична общност. Така, въпреки нулевото финансиране от българска страна, участваме в експериментите MAGIC и CTA. Бъдещата перспектива е доста мрачна, имайки предвид пълното неразбиране за необходимостта от фундаментална наука от българските управници.
За какво мечтаете в професионален план?
Да продължа да работя в науката. И още в българското общество да има разбиране, че творчеството и познанието (в науката и в изкуството) са целта, която определя смисъла на човешкия живот.
Какво още не сте открили, а бихте искали?
Знаем, че има още много неща, които ще ни изненадат. Както и повечето учени от нашата област, бих искал да науча от какво се състои тъмната материя, защо Вселената се разширява все по-бързо. Много бих искал да видя завършена теория, обединяваща гравитацията и квантовите идеи – това ще бъде ключ към тайните на черните дупки и произхода на Вселената.
Какво бихте погледнали с лупа и какво с телескоп? Макар че може би вие сте видели най-интересното нещо от всички хора на Земята през телескопа…
През първите 25 години от моята кариера изучавах елементарните частици (гледах с „лупа“ на нещата). Удивително е, че науката стигна до ниво, когато обектите за изучаване с „лупата“ и с телескопа са едни и същи.
