Интервю с Богдан Димитров, асистент в Института по ядрени изследвания, БАН

Г-н Димитров, Вие сте посветили огромна част от научните си изследвания на различни проблеми на астрофизиката, специализирали сте в Дубна, Русия, световен център, който се слави с натрупания опит, научна компетентност от страна на учените си; публикували сте най-вече в чужбина, и то, в реномирани научни издания. Бихте ли разказали на нашите читатели за ключовите моменти, събития и личности, които са белязали научното Ви развитие? Как сте се насочили към този клон на физиката?

Най-важното за насочване към определена професия е стремежът към красота, който всеки човек би могъл да изпита. За мен лично желанието да се занимавам с физика се появи още през ученическите ми години, докато бях в 10-11 клас. Колкото и да изглежда странно, бих могъл да сравня момента на избора на професия с първото влюбване. И не толкова дори напътствията на учени и колеги, колкото това чувство на стремеж към нещо красиво и хармонично е това, което крепи учения в неговия творчески път. Не случайно употребявам думата „красиво”, защото по своя замисъл и проявления, Вселената, физическите закони и явления са много красиви и хармонични.

В чисто конкретен професионален план, дължа много на двама мои „учители”, ако мога така да ги нарека – единият е проф. Сава Манов (1943-2005) – известен български специалист в областта на теорията на гравитационните взаимодействия, завършил своето образование в Германия. Именно проф. Манов ме въведе в науката за гравитационните взаимодействия и ми даваше първите напътствия.

Що се отнася до втория мой „учител”, тук  има една съществена особеност, която е характерна за съвременното информационно общество, и според мен тази тенденция ще се изявява в пълна сила в бъдеще, имам предвид не спрямо мен, а въобще. За втори „учител” аз лично считам проф. Сергей Копейкин, руски учен на работа в университет в САЩ. Особеното в случая е, че специалист като проф. Копейкин аз срещнах не в Обединения Институт за Ядрени Изследвания в град Дубна, Русия, където бях на работа 17 години, а се запознах с неговите публикации и новите му подходи, които е изградил благодарение на съвременните електронни технологии – Интернет, електронен достъп до списания, книги и т.н. Разбира се, след „електронното запознанство” последва и среща в Москва. И именно това е интересното, което ни дават информационните технологии – възможността за общуване с учени от цял свят. Поради това и днес всеки учен чувства, че интелектуално принадлежи към един отворен свят, и това е от важно значение, бих казал дори и с оглед на това да се постигне една „демократична” основа в науката. Имам предвид, когато всеки учен в научно отношение не е подчинен на непосредствените си началници, а може да чуе мнението на учени по цял свят, благодарение на електронните средства за комуникация.

 


РЕКЛАМА:

***

Би било интересно на читателите да узнаят с какво се занимава астрофизиката и какви са съвременните тенденции в тази наука, както и кои са основните и най-интересни сфери на приложение? Те имат ли интердисциплинарен характер?

 

Астрофизиката се занимава с интересни неща, а именно – какви закони управляват нашата Вселена, как физическите закони, които ние тук изследваме и прилагаме на Земята и в нашето ежедневие, се проявяват в Космоса, този Космос, който може да бъде отдалечен на милиони светлинни години от нас. Интересните обекти, които изследва съвременната астрофизика са черни дупки, Галактики, различни звезди и много, много други. Описанието на всички тези обекти е много сложно, и изисква прилагането на методите на много науки – не само физика, но и химия, компютърни технологии и сложна математика.

Така че, напълно правилна е тезата, че съвременната астрофизика е интердисциплинарна наука. За тази интердисциплинарност може много да се пише.

Но тук има нещо важно, което преди години ме удивяваше много. Отново, неоценима помощ да разбера тази тенденция ми оказаха трудовете на проф. Копейкин. Става въпрос за това, че в представите на много хора, особено на тези от по-възрастното поколение, астрофизиката, гравитацията, са нещо далечно, „неземно”, което ние изучаваме просто заради задоволяване на нашето любопитство. И разбира се, тъй като  тези науки не са непосредствено свързани с нашето ежедневие (както много хора погрешно смятат), то на тях може да им се придаде „второстепенно” значение. За съжаление, такава една «научна идеология» се оказва удобен повод за орязване на финансирането на фундаменталните науки, тъй като в представите на много непросветени хора (особено от управляващи политически структури), финансиране на фундаменталната наука е чиста загуба на пари, тъй като не води до нищо „практическо”. Отново, напълно погрешно схващане, което тотално се опровергава от съвременното развитие на физиката, и в частност именно астрофизиката и гравитационната физика опровергават такива разбирания. А истината е, че фундаменталната физика и астрофизика вървят ръка за ръка с приложната физика. Последното означава, че за разрешаването на чисто практически проблеми на съвременните астрофизични експерименти, „абстрактните”, фундаментални проблеми и подходи трябва да вървят ръка за ръка с чисто приложните. Нещо повече, именно приложните проблеми дават началото на много фундаментални подходи. Като правило, всяка нова свръхпрецизионна апаратура, която се използва в съвременните астрофизични експерименти, отначало като проблем се поставя на теоретично ниво, където се прилагат фундаментални подходи от съвременната теоретична и дори математическа физика.

Например, човечеството винаги се е стремяло  да проникне  колкото се може по-навътре в Космоса, в смисъл да „надзърне” в дълбините на необятния Космос, като за целта  учените трябва да изобретяват изключително съвършени технологии, които направо поразяват и най-смелото въображение. Ще спомена един пример – съвременните лазерни технологии позволяват да се установяват изменения в разстоянието между два спътника на околоземна орбита и на разстояние помежду им 240 км, с точност до… 1 микрон! – а това е размерът на кръвната клетка, неимоверно малко число (една милионна част от метъра), на фона на огромното число – 240 хиляди метра! Подобно, в бъдещия мащабен космически експеримент LISA  (Лазерна Интерферометрична Космическа Антена) разстоянието между три спътника (на орбита в пространството на Слънчевата Система) на разстояние помежду им 5 милиона километра, се измерва с относителна точност  10 на степен минус 28! Наистина, чудовищна точност, която ние не можем дори да осъзнаем и да осмислим сериозно, но това е необходимо с оглед  детектирането на гравитационни вълни, идващи от Черни дупки и други много отдалечени обекти. А такова нищожно изменение на разстоянието между спътниците е свързано именно с тези гравитационни вълни, тъй като те деформират пространство-времето, което и води до изменение на разстоянията.

Друг пример, също  свързан с абстрактната за много хора теория на гравитацията, но вече приложена към пространството около нашата Земя –  през 2009 година чрез известния космически експеримент GRACE експериментално се  установява  важен факт – топенето на ледените блокове на Северния полюс, което води до постепенно повишаване на нивото на Световния океан – факт, който е от жизнено значение за съществуванието на нашата цивилизация. И това става възможно, когато свръхпрецизионна апаратура успява да регистрира много, изключително слаби изменения на земното гравитационно поле, поради топенето на полярните ледове.  А последното, в чисто теоретичен план, е директно потвърждение на Айнщайновата теория на гравитацията. Тук трябва да се признае, че експериментът хвърли едно предизвикателство на теорията – в съвременните теоретични подходи на гравитационната физика, гравитационното поле се приема за стационарно, т.е. неизменящо се с времето. Но се оказва, че то не само че не е стационарно, но и се мени много бурно и бързо, като това личи недвусмислено от компютърните симулации на учени от Германия.

Навярно  най-красноречиво  съчетаването на фундаменталните и приложни подходи се проявява,  когато човечеството иска да „надзърне” в необятния Космос. Но за да се осъществи това,  съвременната апаратура трябва да е в състояние да отчита прецизионни отклонения на светлинните лъчи (идващи от далечни обекти като квазари, Черни дупки, Галактики и др.). Целта е разбираема – колкото се може повече светлинни кванти да попаднат в детекторите на фотони. На по–прецизионно ниво, обаче, тези отклонения се обуславят от действието на гравитационното поле, което се формира около всички космически обекти – и далечни, и близки.  По същество, именно тази необходимост залага основите на съвременната теория на разпространение на светлинни и електромагнитни сигнали в гравитационно поле, която се появява и получава силно развитие след 1988 година, и се развива за първи път от представители на известни руски научни школи в Москва и Санкт-Петербург.

С други думи, изследвайки това, което на пръв поглед ни се струва неземно, отвлечено и нереално, ние всъщност, може би и в началото без да осъзнаваме това, работим върху решаването на чисто практически проблеми, които са директно свързани с нашето ежедневие.

 

Кои са, според Вас, предизвикателствата пред астрофизиката и как очаквате тя да се развие в бъдеще?

Най-сериозното предизвикателство навярно не е пред астрофизиката, а е свързано със сериозното „преустройство” на нашето мислене и възприемане на астрофизическите явления. И както вече споменах, нашето мислене трябва да е такова, че да възприема „невидимите”, на пръв поглед загадъчни и откъснати от живота явления,  като нещо видимо и необходимо за съществуванието ни.

Както е написано и в Библията – „видимото ще стане невидимо, а невидимото – видимо”.  А това е така и защото познанията и възможностите на човека са ограничени  и той  не винаги може да определя правилно това, което е стойностно и важно в природата. Ако не беше така, човечеството нямаше така безогледно да унищожава природата на своята планета, както това се доказва от топенето на ледовете на Северния полюс на Земята.

Така че, ако науката спомогне и за преобразуването на нашата духовна същност, така както Библията го изисква – това би било най-голямото „предизвикателство” и пред нас.

 

Имат ли по-младите учени в България интерес към тази научна област? От какви познания те се нуждаят, за да могат да са ефективни и същевременно мотивирани? Можете ли да съпоставите мотивацията на младите изследователи у нас с тези в Русия и на други места по света?

 

Сложно е да се отговори дали по-младите учени в България имат интерес към тези нови научни области. От една страна, както вече се спомена, съвременното информационно общество предлага богати възможности за запознанство с върховите световни научни постижения. Но от друга страна, това не е достатъчно. Защото само запознаването е първата стъпка, а за да се изучат новите подходи, трябва систематизация, овладяване на сложни подходи и на огромна по обем и сложна по структура научна информация – с други думи, трябва умело и професионално научно ръководство. А когато на ключови позиции в науката се намират хора от други поколения, които по съвсем различен начин са израствали в научната кариера в предишните, социалистически времена, и по друг начин гледат на науката, то става ясно че всичко много се усложнява. Все пак, може да се каже, че интерес към астрономията в България има у доста млади хора, да се надяваме, че този интерес ще им помогне да се приобщят и към съвременните области от астрофизиката.

Що се отнася до съпоставяне на мотивацията на младите изследователи в Русия и в България, ако тази мотивация идва от непосредствения интерес към Космоса, астрофизиката – тогава тази мотивация е сходна. Има обаче и съществена разлика – Русия като голяма страна с традиции в науката притежава научни школи, които имат изградени традиции,  доказани постижения в науката и добре изградена система от научни контакти със западния научен свят, основно от немалко представители на руските научни школи, които през последните 20-25 години са заминали на работа в западни научни центрове и университети. И трябва да се признае, че много от тези специалисти, изградили се като такива в миналите времена в бившия Съветски съюз, понастоящем заемат водещи позиции в американските и европейски научни центрове. Така че, младите изследователи в Русия биха били силно „подпомогнати”, в сравнение с тези в България, независимо, че и в Русия понастоящем руската наука изпитва кризисни ситуации.

А младите изследователи в западните страни – безспорно, те са в най-привилегированата ситуация, тъй като имат компетентни ръководители, добро финансиране на техните проекти, възможности за контакти с учени по цял свят, участие в конференции по света. И руските учени участват в конференции, но трябва да се признае – за тях зад всяко едно участие се крие една истинска и много трудна борба за финансиране от фондации, от грантове, от правителството и т.н.  Което на западните учени е подсигурено, поне в по-голяма степен, в сравнение с руските учени.

 

С какви изследвания се занимавате в момента? 

 

Моите научни изследвания в момента са свързани с приложението на теория на гравитацията в някои практически дейности. Както беше споменато, за близо 20 години станаха наистина революционни промени в науката и теория на гравитацията се превърна от абстрактна наука в почти инженерна наука. В сериозните научни списания вече се срещат статии, озаглавени „Обща теория на относителността и съвременните технологии”. Науката за гравитацията вече се прилага навсякъде – и в геодезията, където през последните години възникна нова, интердисциплинарна област – релативистка геодезия, и в радиоастрономията, и в лазерната локация на Луната  (колкото и да звучи невероятно, но понастоящем точността на измерването на разстоянието между Земята и Луната е само…2-4 милиметра, а се поставя и задачата за достигане на точност по-малка (!) от 1 милиметър),  и в лазерната локация на спътници, и в т.нар. VLBI – интерферометрия със свръхдълга база – система от много радителескопи по цялото земно кълбо, които формират тази „свръхдълга база”. Понастоящем всеки сериозен обзор в най-авторитетните списания, свързан с радиотелескопи и VLBI (Very Large Baseline Interferometry) непременно засяга и ефектите на гравитационното поле. Преди 20 години обаче не е имало такива тенденции.

Моите конкретни научни изследвания са свързани с теорията на т.нар. Глобална Система на Позициониране, известна повече с английското си наименование – GPS (Global Positioning System). GPS – това са съвременните технологии, без които е невъзможен нашият живот понастоящем – и навигацията на самолети, превозни средства, GPS и GPRS вече се инсталират на почти всеки мобилен телефон.

Но за много хора е неизвестно, че GPS в съвременната си форма се основава също на специалната и обща теория на относителността (която всъщност е теория на гравитационното поле), тъй като точната локализация от спътници на даден наземен обект зависи от обмена на сигнали между спътника и наземните станции и/или съответните GPS устройства. А също така, най-същественият елемент на точната локация на наземни обекти е синхронизацията на часовниците на наземните станции и на спътниците. Всъщност, това не са обикновени часовници, а атомни часовници, основани на свръхфини атомни преходи, които имат много точно определено времетраене. И тук се проявява особено ярко ефектът на интердисциплинарността – гравитационната физика върви ръка за ръка с метеорологията, атомната физика, геодезията, сеизмологията.

А при разпространението на сигнали трябва да се отчита земното гравитационно поле, което може да предизвиква забавяне на сигнала. Става въпрос за забавяне на сигнал от порядъка на наносекунди и пикосекунди (и дори по-малки). Наносекундата е много малко число – една хилядо-милионна част от секундата, на всеки човек това би се сторило ужасно малко число, но за теорията на GPS-сигналите това съвсем не е така. Грешка от десетки наносекунди в показанията на наземни атомни часовници и атомни часовници на спътници може да доведе до грешка в позиционирането (локализацията) на наземни обекти от порядъка на 100 метра. А това вече не е точно позициониране и може да доведе дори до неприятни последици – представете си че GPS-навигатора ви укаже да завиете с колата си по улица, която е на повече от 100 метра от тази, по която всъщност вашата кола трябва да върви.

Конкретната ми научна дейност през последната година е свързана със създаването на математически модели за разпространение на сигнали между два спътника, като се отчита елиптичността (образно казано – „сплеснатостта” на елиптичната орбита) на спътника. С други думи, моето изследване е свързано със синхронизацията на часовниците между два спътника – отново, еднакви показания между часовниците на два спътника не може да има, тъй като дори тези часовници да са атомни (а понастоящем има вече и ядрени часовници), те изпитват силното влияние на гравитационното поле. В случая, изследването на процеса на синхронизация между часовници на два спътника (а не между часовниците на спътник и на наземна станция) се обуславя от една нова тенденция в спътниковите технологии, която НАСА би искала да установи – всеки спътник да бъде автономна единица, комуникираща само с другите спътници на орбита в продължение поне на 6 месеца. Понятието «автономност» в случая означава,  че даденият спътник в продължение на тези 6 месеца не трябва да получава никакви команди от наземни  станции. По такива теоретични модели вече се работи от няколко години, като в разработките участват учени от такива известни университети като Калифорнийския Технологически Институт  (Caltech) в САЩ, а също и отделни руски учени от МГУ (Московския Държавен Университет). Досегашните модели, в преобладаващата си част публикувани след „разсекретяването” на GPS-теорията след 2000-та година, бяха изградени на обмена на сигнали между спътник и наземна станция.

В перспектива, предвиждам разработването на много други подходи, като например отчитането на неравномерното въртене на Земята върху процеса на генерация на потенциала на земното гравитационно поле. Завършил съм също и теоретично изследване, посветено на приложението на един по-нестандартен подход, свързан с  Принципа на Еквивалентност в Обща Теория на Относителността (ОТО)  в теорията на разпространението на GPS-сигнали. Приложението на такъв подход ще докаже тезата, че най-абстрактните подходи биха могли да имат практически приложения. Изразено по друг начин, колкото и даден научен подход да изглежда абстрактно-теоретичен и необозрим и неразбираем, ако подходът е правилен, той неминуемо ще намери своето конкретно приложение. В голяма степен, това е логиката на съвременната фундаментална наука.

Интервюто взе Невяна Рогожерова


Европейска нощ на учените 2022 г.: