Владимир Губайловский - Люди мира. Русское научное зарубежье

Алексей Старобинский вспоминает:

…Среди всех учеников Зельдовича было два человека, про которых все понимали, что они к нему ближе всех, — это Рашид Сюняев и Сергей Шандарин. Это было не только научное сотрудничество, но и очевидная человеческая теплота и близость.

Однако у Шандарина отношения с Зельдовичем сложились не сразу. В первый год аспиранту Шандарину было поручено написать компьютерную программу и провести численную оценку точности теперь знаменитого «приближения Зельдовича», которое автор называл «теорией блинов». Одно из следствий этой теории — ячеисто-сетчатая крупномасштабная структура ранней Вселенной, или «космическая сеть», образуемая пересекающимися «блинами». Хотя на ФОПФе (факультете общей и прикладной физики МФТИ) и преподавался начальный курс численных методов, но отдельного курса программирования еще не было. Как работать на новом, только что установленном в ИПМ компьютере БЭСМ-6, пришлось постигать самостоятельно.

Машинного времени постоянно не хватало. У отделов, которые занимались математическим обеспечением нужд космонавтики или ядерной энергетики, был приоритет, а космологии выделялся примерно один час в неделю — в основном ночного времени. Поэтому доступ к компьютеру временами был возможен только раз в сутки: приходилось оставлять колоду перфокарт диспетчеру в конце дня перед уходом из института и следующим утром получать результат счета, а в период отладки — сообщение об ошибках. Раз в две недели Зельдович вызывал к себе аспиранта и задавал вопрос: что с программой? Ответ был один и тот же: идет отладка. Зельдович был очень недоволен тем, что дела идут слишком медленно. И только позже, уже после защиты диссертации, Шандарин и Зельдович стали работать теснее.

«У Шандарина была прямая счастливая научная дорога», — замечает Старобинский. Это подтверждает и сам Шандарин:

Моя научная работа в Институте прикладной математики началась со статьи Зельдовича, которая дала начало теории образования крупномасштабных структур Вселенной, так называемой «теории блинов», чем я и занимался всю жизнь. Зельдович поставил мне задачу: «Вы должны доказать всему миру, что это правильная теория».

Вся дальнейшая научная жизнь Шандарина показала, что ученик с задачей учителя справился. Вот как пишет об этом знаменитый популяризатор астрофизики Владимир Сурдин в книге «Астрономия: век XXI»:

До начала 1980-х годов крупнейшими объектами Вселенной считались галактики и их скопления. Но оказалось, что иерархия космических систем на них не заканчивается. Открытие сверхскоплений галактик — основы так называемой крупномасштабной структуры — стало первым шагом к построению Стандартной космологической модели. Крупномасштабная структура Вселенной была предсказана в работах выдающегося советского ученого академика Я. Б. Зельдовича, а также его учеников — А. Г. Дорошкевича и С. Ф. Шандарина. Анализируя законы эволюции малых возмущений плотности в расширяющейся Вселенной, Я. Б. Зельдович сделал любопытный прогноз: если в молодой и почти однородной Вселенной малые возмущения плотности и скорости не обладали сферической симметрией (а в природе идеальной симметрии не бывает!), то по мере их роста отклонения формы от сферической под действием гравитации возрастали. В конце концов образовались объекты в виде трехмерных структур с тремя неравными поперечными размерами, причем один из них значительно меньше двух других. Такие структуры напоминают блины. Свою теорию Зельдович так и назвал — «теория блинов». Ее предсказания блестяще подтвердились наблюдениями.

Важное развитие эта теория получила как раз в начале 1980-х, с новыми наблюдательными данными от американских астрономов, на основе которых Зельдович, Шандарин и эстонский астроном Яан Эйнасто опубликовали статью в Nature . Дело в том, что из Эстонии было значительно легче ездить за границу, чем из Москвы, и Эйнасто, съездив на зарубежную конференцию, получил разрешение от американских коллег на использование данных каталога из приблизительно 600 галактик и расстояний до них. Зельдович с Шандариным предложили статистически-перколяционный метод анализа этих данных, с помощью которого стало понятно, что эти галактики образуют сети. Об этом упоминает Чернин в своем очерке об Яане Эйнасто:

Яан Эйнасто первым среди астрономов обратил внимание на войды как на базовый элемент крупномасштабного устройства Вселенной. Яков Борисович Зельдович заметил важную роль сверхскоплений и войдов в физическом процессе формирования космических структур самого большого масштаба. Зельдович, ЯЭ и Сергей Федорович Шандарин (сотрудник Якова Борисовича) опубликовали в Nature в 1982 году статью под названием «Гигантские войды во Вселенной», которая вызвала необычайно большое число откликов. Но это был только первый шаг к главной цели исследования, достижение которой потребовало еще 15 лет упорного труда. В итоге тщательного анализа наблюдательного материала, многочисленных дискуссий (временами весьма острых) с коллегами в разных странах, где активно работали группы энергичных космологов (космология стала к тому времени уже почти что массовой профессией), в том же журнале в 1997 году появилась статья ЯЭ и еще девяти авторов, которая называлась «Периодичность масштаба 120 мегапарсек в трехмерном распределении сверхскоплений галактик».

Войдам была посвящена первая совместная статья Шандарина и Зельдовича. В русскоязычной традиции войды принято называть «гигантскими черными областями». Эти образования загадочны как с физической, так и с математической точки зрения. Их размеры превышают среднее расстояние между галактиками в десятки раз, достигая сотен мегапарсек. Было ясно, что их образование связано с какой-то особой причиной. Такая причина легко нашлась в популярной в начале 1980-х космологической модели, предполагавшей, что темное вещество состоит из нейтрино с массой около 30 электрон-вольт. В этой модели, известной под названием «модель горячего темного вещества», практически отсутствуют начальные возмущения в масштабах менее нескольких десятков мегапарсек. Это сразу объясняет отсутствие галактик в войдах.

«Теория блинов» очень хорошо описывала крупномасштабную структуру в нейтринной Вселенной, включая образование войдов с нужными размерами. Однако к концу 1980-х годов стало ясно, что масса нейтрино значительно меньше, чем нужно, и нейтринная модель Вселенной была отвергнута. Большинство западных космологов, отказавшись от нейтринной Вселенной, в очередной раз отвергли и «теорию блинов», тем самым выплеснув с водой и ребенка. Модель, пришедшая на смену горячему темному веществу, получила название «модель холодного темного вещества». В ней начальные неоднородности присутствовали в галактических и более мелких масштабах. Последнее обстоятельство и послужило главным аргументом против «теории блинов».