Прорывная работа казахстанского физика теоретика в области космологии и теории гравитации

Уровень развития фундаментальных научных работ в области математики, физики, биологии и химии определяет научно-технический процесс в целом и является показателем развития государства и ее места в научном мире.

Одной из важных показателей развития физической науки в стране являются достижения в области теоретической физики и ее международная оценка и оценка  государством.

Недавно в республиканских СМИ опубликован список работ рекомендованных к соисканию  Государственной премии Республики Казахстан в области науки и техники имени аль-Фараби 2017 года. Среди множества достойных Государственной премии  научных работ,  особое место занимает  цикл работ “Развитие теории гравитации для описания свойств реальной Вселенной, способствующей выходу казахстанской фундаментальной науки на уровень передовых достижений в мире”. Автором    этого цикла работ является  известный  физик-теоретик, член-корреспондент  НАН РК,  доктор физико-математических наук, профессор Ратбай Мырзакулов.  В настоящее время  цикл работ Р. Мырзакулова   получил высокое международное признание зарубежных специалистов в области астрофизики, гравитации и космологии.

 

В 1998 году, при наблюдениях за сверхновыми типа Ia, было открыто ускоренное расширение нашей Вселенной. Значимость этого открытия заключается в том, что до этого времени считалось, что Вселенная расширяется, но с замедлением, что следовало из уравнений Эйнштейна и соответствующих решений этих уравнений. Для объяснения этого явления было привлечено много моделей: введение новых типов материй – темная энергия, новая фундаментальная постоянная – космологическая постоянная, модифицирование общей теории относительности и так далее.

 

В работах профессора Р. Мырзакулова развивается одна из таких моделей: так называемые F(T) гравитации. Отличие этой теории, используемой до настоящего времени, теории гравитации Эйнштейна заключается в том, что фундаментальным физическим объектом в F(T) гравитации становится кручение, в отличии от общей теории относительности, где таким объектом является метрика. Результаты Р. Мырзакулова показывают, что в F(T) гравитации существуют решения, имеющие все характерные черты, объясняющие современное расширение Вселенной. Ему удалось показать, что многие космологические решения в общей теории относительности соответствуют некоторым специфическим F(T) теориям с зависимостью F(T), определяемой выбранным космологическим решением. В рамках этого направления было исследовано соответствие между F(T) гравитациями и такими широко известными космологическими решениями как: ΛCDM модель; космологические решения с пылью, с идеальной и жёсткой жидкостями, с двумя жидкостями, с различными уравнениями состояния и так далее. Решалась также и обратная задача: нахождение космологических решений для данного вида F(T) гравитации.

 

Другое направление исследований профессора Р. Мырзакулова заключается в исследовании связи между вышеупомянутой F(T) гравитации и моделями гравитации типа k –эссенции. Сущность гравитаций типа k – эссенции заключается в фундаментальном изменении законов, управляющих движением материи. Можно сказать, что сущность этих изменений заключается в том, что изменяется правило вычисления кинетической энергии, что и приводит к тому, что появляется возможность объяснить современное ускоренное расширение Вселенной. В одной из статей профессор Р. Мырзакулов исследовал различного рода гравитации типа k – эссенции, записанные в некоей единообразной форме. Были получены космологические решения для различных типов k – эссенции. Полученные решения могут быть применены для описания современного ускоренного расширения Вселенной. Это означает, что исследования в этом направлении являются весьма плодотворными и приводят к результатам, имеющим ясный физический смысл при объяснении наблюдаемых космологических явлений.

 

Другим весьма плодотворным исследованиям в этом и вышеупомянутом направлениях является установление взаимосвязи между F(T) гравитациями и моделями гравитации типа k – эссенции. Давно замечено, что исследование взаимосвязей между какими–либо физическими теориями приводит к существенному прогрессу в обеих теориях.

 

Профессором Р. Мырзакуловым изучается газ Чаплыгина как модель темной энергии, приводящего к ускоренному расширению Вселенной. Было показано, что расчеты в космологических моделей, основанных на газе Чаплыгина и меняющихся во времени таких фундаментальных постоянных как гравитационная и космологическая постоянные, приводят к предсказаниям, совпадающим с современными наблюдательными данными. Такие результаты очень важны в теоретической физике, так как свидетельствуют о правильном выборе физической модели исследуемого явления. Для более полного изучения такого рода моделей был проведен качественный анализ системы дифференциальных уравнений, описывающих газ Чаплыгина в общей теории относительности Эйнштейна. Одной из целей в такого рода исследований является поиск, так называемых критических точек, которые достаточно полно характеризуют поведение нашей Вселенной во времени.

 

В своих работах профессор Р. Мырзакулов предложил рассматривать наряду с F(R) и F(T) гравитациями также и объединенную теорию F(R,T). Известно, что с математической точки зрения существуют всего три геометрические структуры: метрика, описывающая длины между двумя точками; связность, описывающая, что такое параллельный перенос и мера, описывающая как измерить объем. В F(R) и F(T)  теориях гравитационным полем являются соответственно метрика и кручение, которое является частью связности. Таким образом, F(R,T) гравитации являются обобщением общей теории относительности, модифицированных гравитаций и теорий, основанных на кручении. Такие теории очень сложны для исследований, но в работах Мырзакулова получены конкретные результаты, описывающие возможные космологические сценарии для нашей Вселенной. Показано, что эти результаты могут быть применимы для изучения временной эволюции Вселенной. Им были предложены различного рода модели в F(R,T) теориях, проведена классификация этих моделей и рассмотрены различные частные случаи. Был предложен лагранжиан для F(R,T) гравитации в общем виде, использование которого позволяет получить уравнения, описывающие гравитацию в наиболее общем виде. Это в свою очередь позволило получить космологические решения, в которых был исследован некий параметр (называемый параметр уравнения состояния). Этот параметр очень важен для обоснования или отрицания в данной модели ускоренного расширения Вселенной. Было показано, что при некоторых его значениях этого параметра ускоренное  расширение имеет место, тогда как при остальных значениях такого расширения не может быть в принципе. Полученный результат очень важен, так как он показывает, что изучение F(R,T) модифицированных теорий гравитации оправдано и дает правильные результаты при сравнении с наблюдаемыми астрономическими измерениями.

 

В серии статей Мырзакуловым был реконструирован параметр уравнения состояния для однородных и изотропных Вселенных, эволюция которых определяется функцией Вейерштрасса. Одной из наиболее серьезных проблем в современной теоретической физике является проблема космологической сингулярности, то есть сингулярности Большого Взрыва. Эта проблема заключается в том, что в общей теории относительности, согласно теореме о сингулярностях, почти с неизбежностью существуют точки, где все физические величины становятся бесконечными.  Естественно, что это говорит о неполноте наших фундаментальных уравнений, описывающих окружающий нас мир. В серии статей им было показано, что при определенных условиях могут возникать решения, описывающие так называемые циклические Вселенные с отсутствием сингулярностей.

 

Ради справедливости следует заметить, что в современной научной литературе по релятивистской космологии существуют и другие попытки синтетического подхода по обобщению общей теории относительности. Однако подход Р. Мырзакулова более логичен как с методологических позиций, так и является весьма продуктивным с физической точки зрения.

 

Итак, в современной космологии наметилась устойчивая тенденция не только по обобщению правой и левой частей уравнений Эйнштейна по отдельности и их внешнему соединению, но и по нахождению их подлинного внутреннего синтеза. Результаты этих исследований могут приблизить нас к пониманию природы Вселенной и гравитации. С уверенностью следует подчеркнуть, что исследовательский путь Р. Мырзакулова выбран правильно, в духе передовых тенденций современной космологии и гравитации.

 

Научные результаты Мырзакулова  получили заслуженное признание в мировом научном сообществе. Действительно, его четыре  статьи “Accelerating universe from F(T) gravity”, “Nearly Starobinsky inflation from modified gravity”, “Attractor solutions in f(T) cosmology” и “Reconstruction of F(T) gravity: Rip cosmology, finite-time future singularities, and thermodynamics” по данным информационного ресурса Essential Science Indicators издательской компании Thomson Reuters вошли в 1% высокоцитируемых статей в мире за 2005-2015 годы. Эти и другие статьи  автора опубликованы в таких престижных американских и западноевропейских мировых журналах как European Physical Journal C с импакт-фактором 5.331,  Physics Letters B с импакт-фактором  4.807, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics с импакт-фактором  4.734,  Physical Review D с импакт-фактором 4.568, Nuclear Physics B c  импакт-фактором 3.678 ,  и  других изданиях.

 

Мырзакуловым было предложено около 100 интегрируемых и неинтегрируемых нелинейных дифференциальных уравнений, описывающих нелинейные процессы  в физике, и обобщающих уравнения Гейзенберга,  Ландау-Лифщица и Шредингера. Эти  так называемые “Уравнения Мырзакулова” (Myrzakulov equations)   признаны и активно исследуются учеными из дальнего зарубежья. Они также стали темой магистерских и докторских диссертации в зарубежных университетах. Например, недавно китайские математики написали серию  статей, посвященных исследованию одного из уравнений, а именно уравнения Мырзакулов-I.

 

 

 

История отечественной науки давно доказала, что ее визитной карточкой является физика, а казахстанские исследователи добились в ней выдающихся мировых результатов. И в когорте этих специалистов уверенно  лидирует  профессор Р.Мырзакулов. Так, он был награжден  премией “Лидер Науки” от издательства Thomson Reuters, дважды удостаивался премии “Top Author Springer” по Центральной Азии. В немалой степени благодаря его высокой научной активности Евразийский Национальный Университет им. Гумилева вошел в предметный рейтинг ТОП-500 по направлению «Физика и астрономия» среди  1110 вузов мира согласно QS World University Rankings by Subject.

 

Согласно базу данных Scholar Google, его индекс цитируемость равна  более 53100  (то есть на работы Мырзакулова сделано более 53100 ссылок учеными из дальнего зарубежья), его индекс Хирша (H-индекс)  равен 37  и его i10-индекс равен 137, а  количества статей, опубликованных в зарубежных журналах с высоким  импакт-фактором, более 220. По всем этим международным наукометрическим показателям  профессор Ратбай Мырзакулов по праву занимает первое место  среди всех ученых Казахстана и Центральной Азии.      В общем массиве казахстанских научных трудов за 2005–2017 годы согласно  Thomson Reuters  Р.Мырзакулов – лидер по количеству публикаций. При этом из 212 его работ опубликованных в зарубежных журналах с высоким импакт-фактором,  181  процитированы   в  трудах других ученых.

 

Важно также подчеркнуть, что Р. Мырзакулов является крупным организатором науки и образования. Он создатель и директор Научно-исследовательского института «Евразийский международный Центр Теоретической Физики»   при  ЕНУ им. Л.Гумилева, получившим мировую известность и являющимся одним из самых успешных университетских научных центров Казахстана и Центральной Азии, но и мира. Один из ведущих научно-образовательным центром страны стал  и заново созданная им кафедра “Общая и теоретическая физика”, подготовившая более 25 кандидатов наук и докторов философии (PhD) по физике и математике. В Генеральном рейтинге профессорско-преподавательского состава вузов РК Мырзакулов  Ратбай за многие годы подряд  неизменно занимает  первое место набрав наибольшее количество баллов – 7 900, и идущий с большим опережением в сравнении с другими учеными..

 

Он ведет совместные исследования  с многими  зарубежными физиками-теоретиками и математиками из более 30 стран. Например: Англия, Австралия, Азербайджан, Бразилия, Италия, Испания, Индия, США, Япония, Тайвань, Китай, Чили, Эфиопия, Мексика, Канада и др.

 

Мырзакуловым  созданы 2 научные школы по по теории солитонов и астрофизике, гравитации и космологии в области теоретической и математической физике. Он также  основал и является главным редактором нового международного научного журнала по физике и математике (основан в 2017 году)  выходящем на английском языке. Этот журнал претендует войти в базу данных Thomson Reuters и имеет ненулевой импакт-фактор.

 

В связи со всем вышесказанным считаю, цикл работ «Развитие теории гравитации для описания свойств реальной Вселенной, способствующей выходу казахстанской фундаментальной науки на уровень передовых достижений в мире» и сам Ратбай Мырзакулов как физик теоретик, достоин присуждения Государственной премии Республики Казахстан в области науки и техники имени аль-Фараби 2017 года.

 

К. Бактыбеков,

 

д.ф.-м.н., профессор,