Отец темной материи

1Фриц Цвикки, прославившийся как «отец темной материи», родился в Болгарии в семье швейцарца и чешки; получил образование в престижной Швейцарской высшей технической школе в Цюрихе, а всю свою карьеру провел в Соединенных Штатах, по большей части в Калифорнийском технологическом институте. Там он стал первым в мире астрофизиком, совместив свои познания в физике с увлечением астрономией.

Это был независимый оригинальный мыслитель, идеи которого многие современники встречали с насмешкой, но впоследствии многие из этих идей легли в основу современных представлений о Вселенной: предположения о существовании темной материи, нейтронных звезд, гравитационных линз, объяснение процесса образования сверхновых.

Предположение о существовании темной материи, являлось всего лишь одним из научных достижений этого ученого, которое было сделано в 1933 году.

Фриц Цвикки, наблюдая за шестью сотнями галактик в скоплении Кома, расположенном в 300 млн световых лет от Млечного Пути в направлении созвездия Волосы Вероники (Coma Berenices), обнаружил, что масса этого скопления, определенная исходя из скорости движения галактик (так называемая динамическая масса), в 50 раз больше массы, вычисленной с помощью оценки светимости звезд. С такой же нехваткой массы в галактическом кластере Вирго тремя годами позже столкнулся американец Синклер Смит. Столь серьезное расхождение было невозможно объяснить погрешностью расчетов, поэтому ученые пришли к заключению, что Млечный Путь и некоторые спиральные галактики содержат несветящееся вещество, масса которого значительно превышает массу звезд. Это «невидимое» вещество Цвикки в 1933 году назвал темной материей. Голландский астроном Ян Оорт предложил этот термин годом раньше, но использовал его для изложения ошибочной гипотезы. Поэтому отцом темной материи считается все же Цвикки.

vero

Скопление звезд в созвездии Волосы Вероники

В начале 1930-х гг. Цвикки занимался физикой твёрдого тела, ионизованного газа и термодинамикой, а затем перешёл к изучению новых и сверхновых звезд и космических лучей. В 1943-1961 гг. Цвикки был главным научным консультантом фирмы «Аэроджет дженерал корпорейшн» (Азуза, шт. Калифорния). Ему принадлежат 50 патентов, в основном в области ракетной техники. Цвикки изобрёл ряд реактивных двигателей. Принимал участие в разработке ракетных ускорителей для взлёта тяжёлых самолетов. В октябре 1946 г. под руководством Цвикки с помощью ракеты «Фау-2» был осуществлён запуск «искусственных метеоров» — первый эксперимент по созданию искусственных астрономических объектов.

Инженерная практика Цвикки является классическим примером применения морфологического анализа. Пользуясь им, он в 1943 г. синтезировал 575 вариантов двигателей ракетных аппаратов. В их числе оказались и секретные немецкие самолёты-снаряды «Фау-1» и ракета «Фау-2». В дальнейших исследованиях в 1951 г. он получил 36 864 вариантов реактивного двигателя.

Цвикки опубликовал целую серию работ, в которых описал разработанный им метод, названный морфологическим подходом. Он успешно применял его много лет при изучении различных систем, сделав ряд открытий, в частности нейтронные звёзды и чёрные дыры. Цвикки так описывает этот метод: «Цель морфологического исследования — увидеть перспективу полного «поля знаний» о предмете. Это может быть поле материальных объектов, поле явлений или поле отношений, концепций, идей или теорий».

fau2

Фау 2. 1944 год

В начале XX века нидерландский астроном Герцшнрунг и американский астрофизик Рассел построили диаграмму «Спектр — светимость». На одной оси этой диаграммы указаны спектральные классы, а на другой — светимость звёзд. Оказалось, что каждому спектральному классу звёзд соответствует определённая светимость. В бесчисленное множество звёзд сразу был внесён порядок — звёзды разместились на диаграмме по одной линии («главная последовательность»). Более того, упорядочилось и представление о развитии звёзд: с увеличением возраста меняется спектр звезды; звезда перемещается на диаграмме вдоль линии «главной последовательности».

Диаграмма Герцшпрунга — Рассела оказала огромное влияние на астрономическое мышление (как таблица Менделеева — на мышление химиков). В последующие годы она уточнялась, развивалась, были найдены новые линии для звёзд-гигантов, звёзд-карликов и т. д., были построены новые двухмерные и трехмерные диаграммы. В 1939 году Ф. Цвикки, анализируя белые пятна на диаграмме «Масса — светимость», сделал выдающееся открытие — теоретически доказал существование нейтронных звёзд. Три года спустя, когда Цвикки привлекли к ракетным разработкам, он перенёс метод построения многомерных диаграмм в технику, назвав его морфологическим методом. Сущность этого метода заключается в построении многомерных таблиц (морфологических ящиков), в которых осями берутся основные показатели данной совокупности объектов».

Те же его идеи, что не нашли признания в научном сообществе (ядерные гоблины, перемещение Солнечной системы и изменение ее планет, создание искусственных метеоров), до сих пор пользуются популярностью в научной фантастике. Цвикки не просто мыслил нестандартно, он активно старался раздвигать границы мышления. Он разработал морфологический анализ — метод научного исследования, задуманный еще Гёте. Такой метод основан на сборе всех данных, казалось бы, совершенно не связанных между собой, и распределении их в матрице, позволяющей перебирать все возможные пути решения проблемы, пусть даже самые неожиданные и нелогичные.

Ходит история о том, что он однажды приказал своему ассистенту стрелять в воздух, чтобы устранить турбулентные потоки перед объективом телескопа; в данном случае метод не сработал, но это прекрасная иллюстрация его радикального подхода к решению проблем. Блестящую научную репутацию Цвикки несколько омрачало его бесцеремонное отношение к коллегам и студентам; будучи убежденным гуманистом, в общении с людьми он вел себя далеко не идеально, совершенно не терпел глупости, всегда был уверен в своей правоте и критиковал всех подряд, даже Оппенгеймера.

Незадолго до своей смерти он все еще яростно полемизировал с некоторыми своими бывшими учениками по поводу довольно едкого предисловия к «Каталогу избранных компактных галактик» (1971), в котором изображал себя героем-одиночкой, а других — недалекими подхалимами и льстецами.

Поделись статьей с друзьями!