Історія досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Історія досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата історичних наук

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Космологія є вченням про Всесвіт як ціле. На сьогодні вона охоплює всі основні досягнення фізичної науки від загальної теорії відносності до теорії елементарних частинок. Зародження та становлення космології пов'язано передусім з іменами А. Ейнштейна, В. де Ситтера, О.О. Фрідмана, Дж. Гамова, Е.Б. Глінера, Я.Б. Зельдовича, Д.І. Новікова, П.І. Фоміна, С. Хокінга, Р. Пенроуза, А.Лінде, Д.В. Волкова, Д.А.Кіржніца, О.Віленкіна. В її формуванні досягнення українських вчених та вихідців з України відіграють не останню роль. Так, П.І. Фоміним була вперше запропонована модель виникнення Всесвіту внаслідок вакуумних флуктуацій; вихідцем з України Дж. Гамовим - модель Великого вибуху - модель розширення Всесвіту, в якій перед розширенням Всесвіт знаходився в сингулярному стані; Д.В. Волковим побудувано теорію супергравітації - фізичну теорію, що включає додаткові виміри, суперсиметрію та гравітацію.

Важливу роль в космології відіграє тяжіння, оскільки воно визначає взаємодію мас на великих відстанях, характерних для космології, а отже і динаміку космічної матерії. В 1915 р. А. Ейнштейн опублікував загальну теорію відносності - геометричну теорію тяжіння. Він записав рівняння гравітаційного поля, дав систематичне викладення фізичних основ і математичного апарату релятивістської теорії гравітації та пояснив фізичну сутність тяжіння. В рамках цієї теорії постулюється, що гравітаційні ефекти викликаються не силовою взаємодією тіл та полів, що знаходяться в просторі-часі, а є проявами деформації самого простору-часу. Через два роки А. Ейнштейн, виходячи із загальної теорії відносності та використовуючи нову теорію простору і часу у застосованні до Всесвіту, запропонував першу релятивістську модель стаціонарного, незмінного і нескінченного в часі Всесвіту. Водночас релятивістську модель Всесвіту дав також В.де Ситтер. У 1922-1924 рр. О.О. Фрідман знайшов новий розв`язок рівнянь загальної теорії відносності і показав, що Всесвіт нестаціонарний, замкнений і невпинно розширюється. У 1929 р. ця модель була експериментально підтверджена відкриттям явища розбігання галактик. У 1933 р. фізик українського походження М.П. Бронштейн запропонував космологічну модель: незбереження енергії враховується ефективно в рівняннях загальної теорії відносності у вигляді лямбда-члена, який залежить від часу. Тим самим ним була застосована у фізиці мікросвіту ейнштейнівська теорія гравітації. В 1935 р. М.П. Бронштейн поставив питання про можливість народження Всесвіту в результаті квантових процесів та показав, що слабкі осцилляції просторово-часової метрики з точки зору квантової фізики є ансамблями особливих елементарних частинок (гравітонів), які беруть участь у гравітаційній взаємодії. В 1946-1948 рр. вихідець з України Дж. Гамов сформулював модель Великого вибуху, яка була підтверджена в 1965 р. відкриттям космічного фонового (реліктового) випромінювання - залишкового випромінювання ранньої стадії еволюції Всесвіту. І в тому ж році вихідець з України Е.Б. Глінер вказав на можливість існування стадії експоненціального розширення Всесвіту у вакуумноподібному стані. Невдовзі А.Лінде розвинув модель хаотичної інфляції.

У 1973 р. український фізик П.І. Фомін показав можливість спонтанного квантового народження просторово замкненого Всесвіту з вакууму. Нині космологія надзвичайно активно розвивається і впливає на формування наукової картини світу. Вона пов'язана з точним природознавством - математикою, астрономією та фізикою, з усіма науками про природу в їх сукупності, утворюючи разом з ними деяку єдину систему знань або уявлень про Всесвіт. Висновки космології мають велике світоглядне значення.

Дослідження в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні проводяться в Інституті теоретичної фізики ім.М.М. Боголюбова НАН України, Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут», Головній астрономічній обсерваторії НАН України, Дніпропетровському та Одеському університетах, астрономічних обсерваторіях Львівського та Київського університетів, Інституті прикладних проблем механіки і математики НАН України. Однак на сьогодні цілісного збалансованого розгляду історії досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні не існує. В зв'язку з цим виникла необхідність показати зародження та розвиток цих галузей науки в Україні та внесок у них українських вчених, причому в світовому контексті. Важливо простежити також, як сприймалася теорія відносності на початку свого розвитку науковими колами України, висвітлити їх роль у поширенні нових ідей, а також пріоритетні результати, одержані українськими вченими в галузі загальної теорії відносності та космології. Необхідно показати основні наукові центри України, в яких проводяться дослідження в цих галузях та сучасний стан їх розвитку в Україні. Актуальним є також питання внеску зарубіжних вчених - вихідців з України в загальну теорію відносності та космологію.

Зв'язок дисертації з науковими програмами, планами, темами. Тема дисертаційного дослідження є складовою планів науково-дослідних робіт Центру досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г.М. Доброва НАН України в галузі історії науки і техніки, зокрема теми: «Фундаментальні ідеї і теорії сучасного природознавства: історико-культурний і світоглядний контекст» (номер державної реєстрації 0104U006358)

Мета і завдання дослідження.

Мета дослідження - здійснити історико-науковий аналіз розвитку досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні на основі комплексного вивчення архівних матеріалів та першоджерел, реконструювати наукові біографії майже забутих науковців, які працювали у цих напрямках, показати пріоритетні результати українських учених.

Досягнення мети здійснювалося шляхом вирішення таких завдань:

– встановити ступінь дослідження проблеми, провести аналіз стану та характеру джерельної бази;

– дати періодизацію космології;

– виявити маловідомі праці українських вчених в галузі загальної теорії відносності та космології;

– реконструювати наукові біографії перших фізиків-теоретиків України: Л.Й. Кордиша та Л.Я. Штрума;

– довести пріоритет П.І. Фоміна в побудові вакуумної космологічної моделі;

– дослідити сучасний стан розвитку космології та загальної теорії відносності в Україні і визначити роль і місце космологів України в світовому контексті;

– встановити внесок вихідців з України в розвиток досліджуваних галузей.

Хронологічні межі дослідження - від створення А. Ейнштейном загальної теорії відносності до побудови сучасних космологічних моделей (1915-1990).

Об'єкт дослідження - становлення та розвиток космології і загальної теорії відносності.

Предмет дослідження - праці вчених України з космології та загальної теорії відносності.

Методи дослідження - історико-науковий підхід використаний для оцінювання наукових результатів українських вчених та вчених-вихідців з України в досліджуваних галузях; порівняльний аналіз праць вітчизняних та зарубіжних вчених - з метою визначення внеску науковців України в світову науку; хронологічне порівняння результатів українських та зарубіжних вчених використане з метою встановлення наукових пріоритетів. В роботі використовувались принципи науковості, історизму, об'єктивності, логічного аналізу, узагальнення тощо.

Наукова новизна одержаних результатів. Дисертаційне дослідження є першим історико-науковим аналізом розвитку досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні. Наукова новизна полягає в наступному:

– вперше запропоновано періодизацію космології;

– вперше введено до наукового обігу маловідомі та забуті праці українських учених із загальної теорії відносності і відтворюється їх сприйняття нової теорії;

– вперше реконструйовано наукові біографії забутих фізиків-теоретиків - Л.Й. Кордиша та Л.Я. Штрума;

– оцінено науковий внесок українських учених і вихідців з України в загальну теорію відносності та космологію;

– з'ясовано місце космологів України в світовій науці.

Практичне значення дослідження. Докладно описано розвиток досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні. Фактологічний матеріал, викладений в дисертації, може бути використаний в працях з історії фізики, філософії та методології науки. Запровадження в науковий обіг нових та маловідомих фактів з історії загальної теорії відносності та космології, відновлення пріоритетів дає можливість докладніше висвітлити історію національної науки України. Матеріали дослідження можна використовувати: в курсах лекцій з історії науки і техніки, з історії фізики, при створенні монографічних видань з природознавства в Україні.

Апробація дослідження. Викладені результати доповідались на наукових семінарах відділу історії науки і техніки ЦДПІН ім.Г.М. Доброва НАН України, конференціях, симпозіумах: П`ята щорічна конференція з наукознавства та історії науки (Добровські читання) 9 березня 2005 р. (ЦДПІН НАНУ); Memorial International Conference devoted to 100-th anniversary of Sergij Kostyantynovych Vsekhsvyatsky and 160-th anniversary of Astronomical Observatory of National Taras Shevchenko University of Kyiv 22-26 травень 2005 р. (Астрономічна обсерваторія Київського університету); Десята конференція молодих істориків освіти, науки і техніки 27 травня 2005 р. (ЦДПІН НАНУ); XII International Congress of History of Science 24-30 червня 2005 р. (Китай, Пекін); Студентська ювілейна наукова конференція «Альберт Ейнштейн і фізика» 17 листопада 2005 р. (Національний педагогічний університет ім. М.П. Драгоманова); Шоста щорічна конференція з наукознавства та історії науки (Добровські читання) 7 березня 2006 р. (ЦДПІН НАНУ); Одинадцята конференція молодих істориків освіти, науки і техніки

21 квітня 2006 р. (ЦДПІН НАНУ); Четверта молодіжна науково-практична конференція «Історія розвитку науки, техніки та освіти» 16 травня 2006 р. (НТУУ «КПІ»); Сьома щорічна конференція з наукознавства та історії науки (Добровські читання) 6 березня 2007 р. (ЦДПІН НАНУ); Дванадцята конференція молодих істориків освіти, науки і техніки 20 квітня 2007 р. (ЦДПІН НАНУ); Всеросійська наукова конференція студентів-фізиків та молодих науковців 20-26 квітня 2007 р. (м. Ростов-на-Дону, Росія); П'ята молодіжна науково-практична конференція «Історія розвитку науки, техніки та освіти» 15 травня 2007 р. (НТУУ «КПІ»).

Публікації. З теми дисертації опубліковано 10 праць, з яких 7 - у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 2 - в матеріалах конференцій з історії науки та техніки; 1 - теза доповіді в матеріалах ХІІ Міжнародного конгресу з історії науки та техніки.

Структура дисертації. Робота складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаних джерел. Зміст роботи викладено на 199 сторінках. Обсяг основного тексту 175 сторінок, список використаних джерел - 289 найменувань.

Основний зміст

У Вступі розкривається актуальність теми, показано зв'язок роботи з науковою темою, визначено мету, завдання, об'єкт і предмет дослідження, встановлено хронологічні межі та методи дослідження; розкриваються наукова новизна та практичне значення роботи, особистий внесок здобувача, апробація роботи та структура дисертації.

У першому розділі «Історіографія проблеми та джерельна база дослідження» здійснено історіографічний аналіз літератури, який охоплював джерела, що відображають історичні, біографічні та спеціально-професійні питання наукової діяльності. Історіографічний аналіз стану наукової розробки питання розвитку досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні показав, що дана тема не була предметом дисертаційного дослідження.

Основними історіографічними джерелами, в яких йдеться про космологічні уявлення на території України до ХХст. стали праці з історії розвитку освітніх закладів та з фізики й астрономії. Так, в «Нарисах розвитку вітчизняної астрономії» 1992 р. подаються уявлення про будову Всесвіту древніх народів, зокрема тих, що населяли землі сучасної України. В монографії «Природознавство в Україні до початку ХХ ст.» 2001 р. розглядається історія природознавства в контексті соціокультурного процесу в Україні, на тлі загальносвітового цивілізаційного поступу. Монографія складається з шести розділів, де подається історія розвитку наукових знань в ту чи іншу історичну добу. Однією з перших спроб встановлення питання сприйняття геліоцентричної системи в Росії була праця Б.Є. Райкова «Нариси з історії геліоцентричного світогляду в Росії. З минулого російського природознавства» 1937 р., де подано також фрагментарні відомості про сприйняття моделі Коперника в Україні. Цікавим історіографічним джерелом є праця М.В. Головка «Використання матеріалів з історії вітчизняної науки при вивченні фізики та астрономії» 1998 р. Автор коротко висвітлює наукові знання, що панували на терені України до ХХ ст., та основні досягнення в галузі фізики та астрономії.

Історіографічними джерелами для з'ясування питання розвитку досліджень українських вчених в галузі загальної теорії відносності та космології в ХХ ст. стали ювілейні видання університетів, інститутів та кафедр. Ці видання відіграють роль узагальненого фактичного матеріалу і потребують аналізу. Їх опрацювання показало, що українські науковці майже не займалися загальною теорією відносності та космологією до 50-х рр. ХХ ст. Сучасний формат досліджень з теорії відносності та космології бере початок від 70-х рр., коли в Київ переїхали відомі теоретики О.З. Петров та П.І. Фомін, в Дніпропетровську в даному напрямку розпочала роботи М.П. Коркіна, в Харкові - Д.В. Волков, на Львівщині розгорнув діяльність осередок дослідників загальної теорії відносності завдяки ініціативі М.Т. Сеньківа та В.Я. Скоробогатька.

Однією з перших спроб показати сприйняття теорії відносності в СРСР була стаття В.П.Візгіна та Г.Є. Гореліка «Сприйняття теорії відносності в Росії та СРСР» 1988 р. В ній містяться фрагментарна інформація про праці українських вчених з теорії відносності. Питаннями сприйняття революційних ідей у фізиці на початку ХХ ст., зокрема, науковою спадщиною першого фізика-теоретика України Л.Й. Кордиша займаються історики науки м. Дніпропетровськ - В.С. Савчук та О.А. Щербак. В їх працях розглядається сприймання українськими вченими ідей Ейнштейна в Україні в першій половині ХХ ст., праці професора Л.Й. Кордиша з даної тематики та його науковий доробок. Увага приділялась також біографічним довідкам про вчених, що займалися досліджуваними питаннями, в довідниках або словниках. Необхідно відзначити біографічний довідник «Астрономи» та «Історію фізики» Ю.О. Храмова.

Джерельною базою слугували передусім:

– монографії науковців, статті в періодичних виданнях, препринти за темою дисертації. Насамперед були опрацьовані наступні журнали: «Український фізичний журнал», «Zeitschrift fьr Physik», «Университетские известия», «ЖЭТФ», «Українські фізичні записки», «Наукові записки», «УФН», «Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion», «Nature» та інші;

– фонди Державного архіву м. Києва, Центрального державного архіву вищих органів влади та управління України, галузевого архіву Служби безпеки України, Центрального державного архіву громадських об'єднань України, архіву Президії НАН України, архівів університетів та інститутів (Інституту фізики, Інституту теоретичної фізики, Київського Політехнічного інституту, Київського університету), тощо;

– проведені автором інтерв'ю та анкетування провідних науковців в досліджуваних галузях (член-кореспондент НАН України П.І. Фомін, директор Астрономічної обсерваторії Львівського університету Б.С. Новосядлий, кандидат фізико-математичних наук В.В. Кузьмичов, доктор фізико-математичних наук В.Є. Кузьмичов, доктор фізико-математичних наук В.І. Жданов, директор Інституту космології О.В.Віленкін (Tufts University, USA)).

До опрацьованих матеріалів фондів архівів входять, в першу чергу, такі документи: особова справа Л.Й. Кордиша, метрична книга Київської римсько-католицької приходської церкви, списки учнів Київської 2-ої гімназії, протоколи Української (Всеукраїнської) академії наук, списки викладачів КПІ та Київського університету, протоколи засідань та звіти вищих жіночих курсів, протоколи та звіти науково-дослідної катедри фізики та кафедри електротехніки при КПІ, особові справи В.Є. Лашкарьова (КПІ, Київський університет), О.Ф. Богородського (Київський університет) та А.Є. Левашева (Київський університет), архівні справи Служби безпеки України на Л.Я. Штрума (слідчі справи терористичної троцкістської організації) та інші.

У другому розділі «Космологія: предмет, задачі, методи та періодизація» подаються визначення космології, етимологія та еволюція поняття «Всесвіт», предмет, об'єкт та задачі космології. Згідно з сучасним визначенням у фізичній енциклопедії: «Космологія - це вчення, яке вивчає Всесвіт як ціле та включає в себе вивчення структури та еволюції всієї частини Всесвіту, яку охоплюють астрономічні спостереження».

До 60-70-х рр. ХХ ст. космологія переважно вважалась розділом астрономії, іноді фізики і навіть філософії. В рамках сучасного інфляційного сценарію космологія з «розділу астрономії, пограничного з фізикою і філософією», перетворюється у галузь знань, в якій природничо-наукові дисципліни «зрівняні в правах» з більш загальними й абстрактними (наприклад, філософією, математикою). Під час дисертаційного дослідження проводились анкетування серед провідних космологів України та вихідців з України. Щодо питання, чи можна вважати космологію сьогодні окремою наукою, український космолог Ю.В. Штанов говорить, що сьогодні - це вже окрема наука, а не розділ астрономії, як вважалось ще 30 років тому. В ній використовуються всі основні наукові методи: спостереження - спостережна космологія; узагальнення або формулювання гіпотез - цими питаннями займаються в більшості фізики-теоретики; прогноз - формулювання наслідків із запропонованної гіпотези та перевірка прогнозуючих наслідків. Вихідець з України, один з провідних космологів сучасності О.В.Віленкін, також пише, що космологія сьогодні є окремою наукою. В цьому розділі нами також запропонований логічно обгрунтований варіант періодизації космології, який дає змогу чітко прослідкувати її розвиток.

I. Передісторія космології (донаукові уявлення про Всесвіт, до XVIІ ст).

1. Міфологічні уявлення в Стародавньому світі (до IV ст. до н.е.).

2. Перші ідеї геоцентризму (IV ст. до н.е. - II ст.).

3. Панування геоцентричної моделі Всесвіту (IІ ст.-XV ст.).

4. Формування геліоцентризму (середина XVI ст. - XVIІ ст.).

II. Дорелятивістська космологія (кінець XVIІ ст. - початок XХ ст.).

1. Перші теорії гравітації і наукові моделі Всесвіту (кінець XVII ст. - середина XVIIІ ст.).

2. Етап ієрархічної будови Всесвіту (середина XVIIІ ст. - початок ХХ ст.).

III. Період релятивістської космології (початок ХХ ст. - 60-ті рр. ХХст.).

1. Початок релятивістської космології та перші релятивістські моделі Всесвіту (початок XX ст. - 20-ті рр. ХХ ст.).

2. Моделі динамічного Всесвіту (20-40-і рр. ХХ ст.).

3. Розробка та становлення моделі Великого Вибуху (40-60-ті рр. ХХст.).

IV. Період інфляційної космології (з 70-х рр. ХХ ст.).

1. Квантові моделі народження Всесвіту (70-90-ті рр. ХХ ст.).

2. Етап «надточної космології» (від 90-х рр. ХХ ст.).

На теренах нашої країни до часів Київської Русі панували міфологічні уявлення про розвиток і будову Всесвіту. В XVII ст. в навчальних закладах України викладали поширені на той час моделі світу: геоцентричну, геліоцентричну, модель Тихо Браге. В XVIIІ ст. в лекціях для студентів з'являються поняття руху Декарта, а пізніше закони Кеплера, філософія Канта, система Канта-Лапласа походження Сонячної системи. Наукова та викладацька діяльність вчених-педагогів в ХІХ ст. підготувала грунт для подальшого розвитку фізичної та астрономічної науки в Україні. Теорія відносності вперше розглядається в 1911 р. До першої третини

ХХ ст. вона широко обговорюється в наукових колах. Одні вчені сприймали її та поширювали серед студентів, інші - виступали проти теорії відносності. З 20-х рр. ХХ ст. в аналіз нових ідей Ейнштейна долучились філософи-марксисти. Виходить чимало статей з негативними відгуками щодо теорії тяжіння. Українські вчені в період першої третини ХХ ст. уточнювали та модифікували виведення перетворень Лоренца та розглядали проблеми релятивістської механіки. В їх працях присутні аналіз та обговорення ідей зарубіжних науковців. З періоду інфляційної космології починається фактично розвиток сучасної космології в Україні - П.І. Фомін запропонував модель виникнення Всесвіту, Д.В. Волков побудував теорію супергравітації, яка об'єднує в собі різні фізичні взаємодії. Нині науковці України беруть участь у формуванні нових моделей Всесвіту, які узгоджувались би з надточними спостережуваними даними.

У третьому розділі «Передісторія формування модельних уявлень про Всесвіт» розглянуто модельні уявлення про Всесвіт до появи теорії відносності, простежено еволюцію моделей Всесвіту від давнини до Ейнштейна. В українських літописах починаючи з ХІ-ХІІ ст., з'являються описи будови світу. В часи Київської Русі астрономічні знання синтезували в собі різні погляди на будову світу. В Києво-Могилянській академії студентам викладали всі існуючі на той час моделі Всесвіту: модель Птолемея, Коперника та Тихо Браге. Але основною ідеєю виникнення Всесвіту в той час залишалось божествене творіння, так Ф. Прокопович, не дивлячись на те, що в своїх лекціях знайомив студентів з усіма моделями світу, зазначав, що найбільшим і найочевиднішим доказом того, що світ виник не випадково, не внаслідок сліпого змішування атомів, а був створений якимось наймудрішим і одночасно наймогутнішим творцем, є сама величина цього світу, його краса, різноманітність, будова, різні роди речей, що містяться в ньому і властиві окремим формам. Пізніше в університетах викладають моделі Декарта, Канта, Лапласа.

У четвертому розділі «Загальна теорія відносності та релятивістська космологія (світовий контекст)» висвітлено становлення та розвиток сучасної космології: з появи теорії відносності до сьогодення. Детально розглядається еволюція застосування в космології інших наукових знань. Так в 20-их рр. ХХ ст. виникла еволюційна картина Всесвіту (О.О. Фрідман), Дж. Гамов в середині ХХ ст. застосував ядерну фізику та фізику елементарних частинок до космології. Нині для побудови нових знань в ній використовуються всі важливі наукові методи: спостереження - спостережна космологія; узагальнення або формулювання гіпотез - цими питаннями займаються в більшості фізики-теоретики; прогноз - формулювання наслідків із запропонованої гіпотези та перевірка прогнозуючих наслідків. Протягом останніх років в космології було зроблено важливе відкриття: в 1992 р. відкрито флуктуації (анізотропію) реліктового випромінювання з американського супутника «COBE» (Cоsmic Background Explorer). Анізотропія - це різниця температури реліктового випромінювання в різних напрямках на небі.

В 2006 р. запропоновано циклічну модель Всесвіту (Л. Баум, П. Фремптон), перша версія якої з'явилась ще 1934 р. Однак тоді вона була відкинута через невідповідність фундаментальним основам фізики, зокрема другому закону термодинаміки. Модель, що запропонували американські вчені Л. Баум та П. Фремптон, передбачає чотири стадії: розширення, точку повороту, стягування й відштовхування речовини. Їх сценарій виключає момент Великого вибуху, підчас якого, як вважається, утворився Всесвіт. Перевіркою цієї теорії «займеться» новий супутник Європейського космічного агентства, якого буде виведено на орбіту в 2007 р., він збиратиме інформацію про темну енергію.

У п'ятому розділі «Розвиток загальної теорії відносності та космології в Україні» відображено становлення та розвиток досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні. Першими працями в галузі теорії відносності були праці 1911 р.: першого фізика-теоретика Л.Й. Кордиша «Елементарне виведення основних формул теорії відносності» та професора Харківського університету О.П. Грузінцева «Перетворення Лоренца і принцип відносності». Взагалі питаннями теорії відносності в Україні в першій третині ХХ ст. займалися Л.Й. Кордиш, Б.П. Герасимович, В.Є. Дяченко, М. Столяров, С. Чорний, І.Ю. Огієвецький, Л.Я. Штрум, В.Є. Лашкарьов, Я.І. Грдіна. Л.Й. Кордиш аналізував та виклав теорію відносності в Україні, запропонував виведення рівняння інтервалу теорії гравітації з ньютонівських потеціалів. Б.П. Герасимович, В.Є. Дяченко застосовували в своїх працях механіку Ейнштейна до питань астрономії. М. Столяров та С. Чорний висвітлили основи теоретичної механіки таким чином, щоб довести, що дані принципу релятивізму узгоджуються з основами класичної механіки. І.Ю. Огієвецький аналізував поняття про простір та час. Л.Я. Штрум розглядав питання про теоретичну можливість існування швидкостей більших за швидкість світла.

В дисертаційному дослідженні реконструйовано науковий доробок напівзабутих українських фізиків. В роботі висвітлюється біографія та наукові праці Л.Й. Кордиша та Л.Я. Штрума. Крім того, з'ясовано питання про присудження Л.Й. Кордишу звання члена-кореспондента ВУАН. Із залученням архівних даних було з`ясовано, що кандидатура Л.Й. Кордиша в 1929 р. подавалась на звання члена-кореспондента ВУАН, але він написав відмову від неї і надалі не розглядався як кандидат до ВУАН.

Із залученням матеріалів архіву СБУ було реконструйовано біографію, що була не відома дотепер, репресованого в 1936 р. професора Л.Я. Штрума. Він народився 11 листопада 1890 р. в с. Мельники Чигиринського повіту Київської губернії в родині службовця. В 1914 р. закінчив фізико-математичний факультет Петербургського університету. В подальшому, вчений працює в Києві. В ряді праць Л.Я. Штрум розглянув питання про критичну швидкість в теорії відносності і показав, що роль критичної швидкості відіграє не тільки швидкість світла, але й ще одна величина, яка дорівнює квадратові швидкості світла, поділеному на швидкість руху матеріальної системи. Таким чином ще до появи хвильової механіки було показано особливу роль фазової швидкості. Л.Я. Штрум провів аналіз значення фазової швидкості в кінематиці теорії відносності і дійшов висновку, що відносними є не тільки поняття про одночасність і тривалість інтервалів часу, але самий напрям деяких процесів. В теорії будови атомного ядра Л.Я. Штрум розглянув питання про стійкість атомного ядра в зв'язку з взаємовідношенням між кількістю компонентів ядра. Він показав залежність між дефектом маси ядра, його повною масою і кількістю компонентів ядра. Аналіз кривої дефекту маси, який провів Л.Я. Штрум, приводить до висновку про будову ядра з протонів і нейтронів, що стало ще одним доказом протон-нейтроної моделі ядра Іваненка. Будова атомних ядер виявляє закономірності в послідовному утворенні ядер, що більше ускладнюються. На основі цих закономірностей Л.Я. Штрум побудував систему ізотопів, яка об'єднує різновиди атомів різних елементів і дозволяє прогнозувати існування низки невиявлених ізотопів. Під час дослідження було складено списки основних праць Л.Й. Кордиша та Л.Я. Штрума.

В середині ХХ ст. в Україні проводяться вченими дослідження тільки в галузі загальної теорії відносності. Подружжя А.Є.Лєвашева та О.С.Іваницької розробляли питання фізичної інтерпретації загальної теорії відносності. О.Ф. Богородський розглядав різноманітні питання в галузі теорії відносності та її застосування до астрономічних проблем. Серед питань, що розв'язав вчений, були: фізична природа основного для позагалактичної астрономії явища червого зміщення; релятивістська небесна механіка системи двох скінченних мас; природа гравітаційних рівнянь.

В 70-х рр. ХХ ст. збільшується коло наукових інститутів, які розглядають питання вже не тільки загальної теорії відносності, але й космології.

В Дніпропетровському університеті зароджується науковий гурток навколо

Марії Петрівни Коркіної, яка займається питаннями загальної теорії відносності. Марія Петрівна знайшла розв'язок рівнянь Ейнштейна для сферично симетричного гравітаційного поля в гауссових координатах. Його можна використовувати для описання гравітаційного поля частинки будь-яких розмірів, в тому числі й точкової. Вона показала, за яких умов із знайденого розв'язку можна одержати розв'язок Шварцшильда та розв'язок рівнянь Ейнштейна в Т-області. М.П. Коркіна розробила новий метод знаходження точних статичних сферично симетричних розв'язків рівнянь загальної теорії відносності з рівнянням стану рідини.

В 1973 р. вийшла праця П.І. Фоміна «Гравітаційна нестійкість вакууму і космологічна проблема». Під час дисертаційного дослідження було доведено пріоритет побудови вакуумної космологічної моделі цим автором. Оскільки, в грудні 1973 р. в журналі «Nature» надруковано працю «Чи є Всесвіт флуктуацією вакууму» Е. Трайона з подібною до моделі Фоміна гіпотезою народження Всесвіту з вакууму. В цій праці була запропонована подібна модель, але, крім того, що вона вийшла пізніше препринту П.І. Фоміна, вона не містила математичного доведення можливості існування стадії народження Всесвіту з вакууму. Відповідно до вакуумної моделі, вакуум - це початковий стан Всесвіту. Внаслідок його флуктуацій можуть з'являтися пари - частинки та античастинки. Всесвіт народжується з вакууму в якусь мить, потім його маса й ентропія зростають внаслідок диссоціації вакууму, це зростання сприяє розширенню Всесвіту.

В Українському фізико-технічному інституті в 70-х рр. ХХ ст. Д.В. Волков узагальнив основні положення загальної теорії відносності Ейнштейна та побудував її новий варіант - супергравітацію, яка відрізняється від гравітації тим, що гравітаційна взаємодія переноситься не лише гравітоном, а й суперсиметричною сім `єю, в тому числі новими частинками, що отримали назву гравітіно. Перша праця, в якій алгебра Пуанкаре була розширена антикомутуючими спінорними генераторами, була опублікована в 1971 р. Я. Гольфандом і Є.Ліхтманом, потім в 1972 р. з'явилася стаття Д.І. Волкова і В.П. Акулова по нелінійних реалізаціях цієї алгебри, що згодом отримала назву алгебри суперсиметрії. Проте серед фізиків суперсиметрія завоювала популярність лише через два роки після праць Дж. Весса та Б. Зуміно і А. Салама та Дж. Страсді, в яких вперше був записаний суперсиметричний лагранжіан квантової теорії поля.

На сьогодні дослідження в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні проводяться в Інституті теоретичної фізики ім.М.М. Боголюбова НАН України, Національному науковому центрі «Харківський фізико-технічний інститут», Головній астрономічній обсерваторії, Дніпропетровському та Одеському університетах, астрономічних обсерваторіях Львівського та Київського університетів, Інституті прикладних проблем механіки і математики ім.Я.С.Підстригача. В Інституті теоретичної фізики ім.М.М. Боголюбова НАН України досліджуванними галузями займаються П.І. Фомін, В.Є. Кузьмичов, В.В. Кузьмичов, Ю.В. Штанов. В 90-х рр. ХХ ст. В.В. Кузьмичовим та П.Ф. Фоміним при дослідженні задачі зовнішньої метрики аксиального квадруполя було знайдено неточність в підрахунках Вейля. Вони показали, що метрика в межах m>0, характеризується нульовою повною масою, але не нульовими мультипольними моментами. Отриманий ними осесиметричний розв'язок рівнянь загальної теорії відносності, що описує конфігурацію нульової повної маси, але ненульового квадрупольного моменту, достойно поповнює арсенал класичних розв'язків загальної теорії відносності. В.Є. Кузьмичов та В.В. Кузьмичов займаються питаннями квантової космології, яка має за мету описати Всесвіт на основі квантової теорії. Необхідно забезпечити рівняння загальної теорії відносності відповідними граничними (або початковими) умовами, які приводять до прийнятного сценарію еволюції раннього Всесвіту. Вони вперше показали, що за певних умов квантовий Всесвіт може знаходитись у квазістаціонарних станах. Їх праці стосуються питань прихованої маси та енергії, прискореного розширення Всесвіту, моделі Надвсесвіту. В 1994 р. вийшла їх праця «Модель Надвсесвіту у квантовій космології», в якій вивчається новий об'єкт - Надвсесвіт. Вони знайшли хвильові функції початкового (основного) та кінцевого (після народження) станів як розв'язання квантового космологічного рівняння; знайшли умову, яка описує еволюцію скалярного фактора, та обчислили імовірність народження Надвсесвіту. Вони показали, що в моделі мінісуперпростору Надвсесвіт складається з двох частин, які репрезентують зарядово спряжені Всесвіти з додатніми густинами мас. Наш Всесвіт може розглядатися як одна з його частин.

Ю.В. Штанов є одним з небагатьох науковців, який займається браною космологією в Україні (під браною розуміють тривимірну гіперповерхню, з якою зв'язана матерія в чотиривимірному просторі). Його наукові дослідження стосуються космології раннього Всесвіту, квантової космології, багатовимірної теорії гравітації. Разом з П.І. Фоміним та О.В. Барабашом Ю.В. Штанов в 2000 р. вперше розробив схему, яка містить послідовне трактування фізичного змісту хвильової функції Всесвіту і розрахував імовірність квантового народження (тунелювання) замкнутого малого Всесвіту від великого материнського Всесвіту, а також розглянув простір-час, утворений кількома частинами, що мають спільну часоподібну межу. Було встановлено граничні умови для полів різних спінів і виведено закони проходження хвиль через спільну межу. Ці закони виявляються однаковими для полів всіх спінів. Як приклад було розглянуто випадок розгалудженого чотиривимірного простору-часу, що може виникати в теорії квантового утворення замкнутого Всесвіту на тлі великого материнського Всесвіту. В 2005 р. Ю.В. Штанов відкрив властивість бранної космології, яку було названо «космічною мімікрією». Виявляється, що в широкій області величин параметрів модель бран поводиться, як Всесвіт у моделі LCDM (стандартна космологічна модель з космологічною сталою) з ефективним параметром густини Щ_m, що є різним у різні епохи. Крім того, параметр густини, отриманий із спостережень за великомасштабною структурою та космічним мікрохвильовим випромінюванням, в принципі може різнитися від параметра густини, визначеного з неокласичних тестів (наприклад, із спостережень за Надновими).

В кінці 90-х рр. ХХ ст. Б.С. Новосядлим з обсерваторії Львівського університету спільно з зарубіжними вченими Р. Валдарніні (Трієст, Італія) та Т. Кахніашвілі (Тбілісі, Грузія) вперше числовими методами аналізу було доведено, що моделі із змішаною прихованою масою (холодна і гаряча, або аксіонна і нейтринна) та космологічною сталою пояснюють всю сукупність спостережуваних даних (станом 1997 р.) про великомасштабну структуру Всесвіту.

Питаннями спостережної космології в Україні займаються в Головній астрономічній обсерваторії НАН України. У лабораторії фізики галактик з активним зореутворенням обсерваторії працюють над питаннями визначення первісного вмісту He-4 і баріонної маси Всесвіту, в лабораторії швидкоплинних процесів у зорях - над питаннями пов'язаними з чорними дірками. Якщо первинні маломасивні чорні дірки існують у Всесвіті, то це має впливати на багато зір й планетних тіл. Це може мати відношення до найближчої до нас зорі, до Юпітера та Сатурна. Наявність навіть маломасивної дірки може призвести до суттєвих змін в еволюцйному сценарії небесних тіл у шкалі космологічного часу. В 2006 р. П.П. Берцик за участю зарубіжних вчених вперше вирішив задачу динамічного злиття чорних дірок у центральних областях галактик, яка є принципово важливою для розуміння еволюції чорних дірок в ядрах галактик.

В Одеському університеті О.І. Жук отримав нові розв'язки багатовимірних космологічних моделей, які розбиваються на два класи. Характерною рисою першого класу є ізотропізація розширення у всіх напрямках, коли динамічний об'єм Всесвіту в лоренцівській області прямує до нескінченності. Для другого класу розв'язків характерним є заморожування внутрішніх просторів у цьому граничному випадку. У випадку малих геометрій (коли динамічний Всесвіт прямує до нуля) характерним для обох класів розв'язків є перехід до узагальненої казнерівської стадії еволюції. Якщо випадок великих геометрій відповідає класично забороненій евклідовій області, то для обох класів розв'язків характерним є існування асимптотичних просторових областей, що з'єднуються одна з одною через горловину, тобто евклідових кротових нір. Вчений також побудував багатовимірну космологічну модель, в якій зовнішній простір Всесвіту, котрий народжено внаслідок квантового тунелювання з класично забороненої евклідової області, зазнає інфляційного розширення, а внутрішні простори скорочуються до планківських масштабів. Таким чином О.І. Жук показав можливість існування багатовимірних моделей з інфляцією зовнішнього простору (це дозволяє розв'язати відомі проблеми стандартного фрідманівського сценарію) і з компактифікацією внутрішніх просторів.

В останньому розділі дисертації розкрито внесок вчених-вихідців з України в дослідження загальної теорії відносності та космології. Є багато науковців, що народились в Україні, але через певні причини працювали в наукових інститутах інших країн. Всесвітньо відомими є прізвища:

Д.Д.Іваненко побудував рівняння Дірака в гравітаційному полі - коефіцієнти Фока-Іваненка для спінорної зв'язності в рімановій геометрії; вперше висловив гіпотезу про будову атомного ядра з протонів та нейтронів; розробив першу модель квантування гравітаційного поля.

Г.А. Гамов першим в світі побудував теорію альфа-розпаду; першу послідовну теорію еволюції зір з термоядерним джерелом енергії; розробив модель Великого Вибуху, в рамках якої передбачив існування реліктового випромінювання та оцінив його температуру.

М.П. Бронштейн був одним з перших, хто поставив питання про можливість народження Всесвіту як цілого у результаті квантових процесів. Він показав, що слабкі осцилляції просторово-часової метрики з точки зору квантової фізики є ансамблями особливих елементарних частинок (гравітонів), які беруть участь у гравітаційній взаємодії.

У багаторічних спільних дослідженнях Є.М.Ліфшиця та І.М. Халатнікова, до яких пізніше приєднався І.М.Ліфшиць, було подано картину динаміки неоднорідних та анізотропних космологічних моделей поблизу космологічної сингулярності.

А.Л. Зельманов - один із засновників радянської космологічної школи, з ім'ям якого пов'язано становлення та розвиток розділу науки, що отримав згодом назву математична космологія. Математичний апарат розроблений вченим застосовується не тільки в космології, але й в астрофізиці. На його працях грунтуються при аналізі поведінки електромагнітних та гравітаційних полів в околицях нейтроної зорі та чорних дірок. Вчений створив ряд нових математичних методів в загальній теорії відносності, пов'язаних з можливістю розщеплення чотиривимірного простору-часу на тривимірний простір та час.

О.С. Компанеєц вніс фундаментальний внесок у встановлення рівноваги між речовиною та випромінюванням. В 1949 р. вчений прояснив питання про особливості встановлення рівноваги в розрідженій плазмі, де розсіяння фотонів відбувається частіше, ніж народження нових фотонів. Ця праця широко застосовується в астрофізиці, в теорії гарячого Всесвіту та теорії рентгенівських джерел.

Е.Б. Глінер висловив ідею, що з початку розширення Всесвіту матерія в ній знаходилась в вакуумноподібному стані, що створює гравітаційне відштовхування, яке й стало першопричиною, що призвела до появи великих початкових швидкостей розширення, тобто призвело до сценарію еволюції раннього Всесвіту, відомим сьогодні, як інфляційний.

Одним з найвідоміших українських імен сьогодення є О.В.Віленкін. Визнання прийшло до нього після виходу праці «Створення Всесвіту з нічого», в якій він довів можливість створення Всесвіту з вакууму завдяки просторово-часовим флуктуаціям квантової енергії. Пізніше разом із А. Борде довів, що Всесвіт, котрий вічно інфляціонує в майбутнє, не може бути геодезично повним у минулому, а тому в минулому повинна існувати первина сингулярність, тобто початок.

Висновки

Проведене дослідження дозволяє сформулювати деякі узагальнюючі висновки, найважливішими з яких є:

1. Вперше запропонований логічно обгрунтований варіант періодизації космології, який дає змогу чітко прослідкувати її розвиток.

2. Вперше показано формування та розвиток космології та теорії відносності в Україні як органічної складової частини світової науки, зокрема сучасний стан досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології в Україні. Науковими центрами з загальної теорії відносності та космології в Україні є Інститут теоретичної фізики ім.М.М. Боголюбова НАН України, Дніпропетровський та Одеський університети, обсерваторії Львівського та Київського університетів, Головна астрономічна обсерваторія, Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» та Інститут прикладних проблем механіки і математики НАН України.

3. Висвітлено внесок українських вчених у розвиток загальної теорії відносності та космології. Серед ключових результатів наступні: П.І. Фомін спільно з В.В. Кузьмичовим дали точний розв'язок Вейля для рівнянь Ейнштейна. М.П. Коркіною запропоновано розв'язок рівнянь Ейнштейна для сферично симетричного гравітаційного поля в гауссовських координатах. Б.С. Новосядлий разом із зарубіжними фахівцями вперше числовими методами аналізу довів, що моделі зі змішаною прихованою масою та космологічною сталою пояснюють всю сукупність спостережуваних даних про великомасштабну структуру Всесвіту.

4. Реконструйовано наукові біографії забутих фізиків-теоретиків України - Л.Й. Кордиша та Л.Я. Штрума. Під час дослідження було з'ясовано спірне питання про присудження звання члена-кореспондента ВУАН Л.Й. Кордишу, введено у науковий обіг документи, які встановлюють його дату народження. Із залученням архівних даних було з`ясовано, що кандидатура Л.Й. Кордиша в 1929 р. подавалась на звання члена-кореспондента ВУАН, але він написав відмову від неї і надалі не розглядався як кандидат до ВУАН. В роботі вперше розкривається науковий доробок репресованого в 1936 р. професора Л.Я. Штрума.

5. Документально доведено пріоритет українського фізика-теоретика П.І. Фоміна стосовно побудови вакуумної космологічної моделі.

6. Знайдено маловідомі праці з загальної теорії відносності науковців першої половини ХХ ст.: І.Є. Огієвецького, М.П. Кравчука, В.Е. Лашкарьова, Л.Я. Штрума, Я.І. Грдіни, О.П. Грузінцева, Б.П. Герасимовича, Л.Й. Кордиша, Б. Дюшена, М. Столярова, С. Чорного, В.Є. Дяченко. Аналіз цих праць дав підстави стверджувати, що сприйняття теорії відносності було пов'язано з її розумінням в контексті електромагнітної картини світу. В першій третині ХХ ст. в Україні було сформовано ставлення до теорії відносності: Л.Й. Кордиш, М.П. Кравчук, І.Ю. Огієвецький, визнавали теорію Ейнштейна та розуміли її некласичний характер. Я.І. Грдіна та М.П. Кастерін прагнули зберегти концепцію ефіру та класичні уявлення про простір і час.

7. Вперше показано внесок та місце зарубіжних вчених - вихідців з України в розвиток досліджень в галузі загальної теорії відносності та космології. Всесвітньо відомими іменами фахівців з загальної теорії відносності та космології, які народились в Україні є Д.Д.Іваненко, Г.А. Гамов, М.П. Бронштейн, А.Л. Зельманов, О.С. Компанєєц, Є.М.Ліфшиць, І.С. Шкловський, І.М. Халатніков, І.Б. Хріплович, В.І. Огієвецький, Е.Б. Глінер, О.В.Віленкін. Серед ключових результатів вихідців з України наступні: Дж. Гамовим побудував модель Великого вибуху, М.П. Бронштейн застосував у фізиці мікросвіту ейнштейнівську теорію гравітації, Е.Б. Глінер вказав на можливість існування стадії експоненціального розширення Всесвіту у вакуумноподібному стані, О.В.Віленкін довів можливість створення Всесвіту з вакууму завдяки просторово-часовим флуктуаціям квантової енергії.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Колтачихіна О.Ю. «Альберт Ейнштейн - засновник релятивістської космології і сучасний погляд на Всесвіт» // Наука та наукознавство. - 2005. - №3. - С. 111-116.

2. Колтачихіна О.Ю. «Леон Йосифович Кордиш - один із перших дослідників теорії відносності в Україні» // Нариси з історії природознавства і техніки. - К.: Фенікс, 2005. - Вип. 45. - С. 63-66.

3. Колтачихіна О.Ю. «Внесок вчених України у загальну теорію відносності та космологію» // Наука та наукознавство. - 2005. - №4. - С. 64-66.

4. Колтачихіна О.Ю. «Дослідження в галузі загальної теорії відносності та космології в Дніпропетровському університеті в другій половині ХХ ст.» // Історія української науки на межі тисячоліть. - 2006. - В. 25. - С. 129-134.

5. Колтачихіна О.Ю. «Сприйняття теорії відносності в Україні в першій третині ХХ ст.» // Наука та наукознавство. - 2006. - №4. - С. 84-88.

6. Колтачихіна О.Ю. «Нові сторінки з життя фізика-теоретика Леона Йосифовича Кордиша» // Наука та наукознавство. - 2006. - №4. - С. 61-70.

7. Колтачихіна О.Ю. «Матвій Петрович Бронштейн» // Наука та наукознавство. - 2006. - №4. - С. 102-104.

8. Koltachykhina O. «The historical stages of the Universe modelling» /

9. Колтачихіна О.Ю. «Значення робіт українського фізика П.І. Фоміна в галузі космології для формування інфляційного сценарію Всесвіту» // Десята конференція молодих істориків освіти, науки і техніки. Матеріали конференції. - К., 2005. - С. 60-63.

10. Колтачихіна О.Ю. «Внесок вихідців з України в загальну теорію відносності та космологію» // Одинадцята конференція молодих істориків освіти, науки і техніки. Матеріали конференції. - К., 2006. - С. 57-60.

Размещено на Allbest.ru