Γιάκοβ Ζελντόβιτς

Ο Γιάκοβ Μπαρίσοβιτς Ζελντόβιτς (ρωσ. Яков Борисович Зельдович, λευκορ. Якаў Барысавіч Зяльдовіч, 8 Μαρτίου 1914 – 2 Δεκεμβρίου 1987), γνωστός και με τα αρχικά του ως «Για-μπ» (ЯБ), ήταν σημαντικός Σοβιετικός φυσικός από τη Λευκορωσία. Συνεισέφερε σε πολλούς κλάδους, ιδίως στη φυσική πλάσματος, στην πυρηνική φυσική (θερμοπυρηνικές αντιδράσεις), στη δυναμική των ρευστών, αλλά και στην κοσμολογία.

Ο Ζελντόβιτς ξεκίνησε τη σταδιοδρομία του το 1943 διαδραματίζοντας έναν κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη του πρώτου σοβιετικού προγράμματος πυρηνικών όπλων.

Βιογραφία
 Καταγωγή και σπουδές 
Ο Ζελντόβιτς γεννήθηκε στο σπίτι του παππού του, στο Μινσκ. Ωστόσο, στα μέσα του 1914 η οικογένεια μετεγκαταστάθηκε στην Αγία Πετρούπολη και παρέμεινε εκεί έως τον Αύγουστο του 1941, όταν εκκενώθηκαν μαζί με το προσωπικό του Ινστιτούτου Φυσικοχημείας στο Καζάν προκειμένου να αποφύγουν την επέλαση των γερμανικών στρατευμάτων. Παρέμειναν στο Καζάν μέχρι το θέρος του 1943, οπότε ο Ζελντόβιτς μετεγκαταστάθηκε στη Μόσχα.

Ο πατέρας τού Γιάκοβ, ο Μπαρίς Ναούμοβιτς, ήταν δικηγόρος και η μητέρα του, η Άννα Πέτροβνα το γένος Κιβελιόβιτς, ήταν μεταφράστρια από τη γαλλική και μέλος της Ένωσης Σοβιετικών Συγγραφέων. Παρά το γεγονός ότι οι γονείς του ήταν θρησκευόμενοι Εβραίοι, ο Ζελντόβιτς δήλωνε «απόλυτος άθεος».

Ο Ζελντόβιτς ήταν αυτοδίδακτος. Η σκέψη του ήταν αρκετά ευέλικτη και στη διάρκεια του βίου του εξερεύνησε και συνεισέφερε σημαντικά σε ευρεία ποικιλία επιστημονικών θεμάτων. Σε μια ευκαιρία που του δόθηκε, τον Μάιο του 1931, διορίσθηκε εργαστηριακός βοηθός στο «Ινστιτούτο Προβλημάτων Φυσικοχημείας» της Σοβιετικής Ακαδημίας Επιστημών, ένα ινστιτούτο με το οποίο παρέμεινε συνδεδεμένος για όλη την υπόλοιπη ζωή του. Ως βοηθός διδάχθηκε θέματα φυσικοχημείας και έκτισε μια φήμη για την ικανότητά του ανάμεσα στο παλαιότερο προσωπικό του ινστιτούτου.

Από το 1932 μέχρι το 1934 ο Ζελντόβιτς παρακολούθησε μαθήματα φυσικής και μαθηματικών στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Λένινγκραντ και αργότερα διαλέξεις φυσικής στο Πολυτεχνείο του Λένινγκραντ.

Το 1936 πέτυχε να αποκτήσει διδακτορικό έχοντας υπερασπίσει τη διατριβή του με θεμα την «Προσρόφηση και κατάλυση πάνω σε ετερογενείς επιφάνειες». Το κεντρικό θέμα της διατριβής ήταν η κλασική (κατα Freundlich) ισόθερμος προσρόφηση, όπου ο Ζελντόβιτς ανεκάλυψε τη θεωρητική θεμελίωση των εμπειρικών παρατηρήσεων.

Το 1939 ο Ζέλντοβιτς ολοκλήρωσε και δεύτερη διδακτορική διατριβή, αυτή τη φορά στη μαθηματική φυσική, αν και πάλι με υπόβαθρο φυσικοχημείας, συγκεκριμένα τη μαθηματική θεωρία του φυσικού υποβάθρου της οξειδώσεως του αζώτου, με κριτή τον ηλεκτροχημικό Αλεξάντρ Φρούμκιν. Εδώ ο Ζέλντοβιτς ανεκάλυψε τον μηχανισμό που είναι και σήμερα γνωστός ως «μηχανισμός Ζελντόβιτς» ή «θερμικός μηχανισμός NOx».

 Στο σοβιετικό πρόγραμμα πυρηνικών όπλων 
Ο Ζελντόβιτς θεωρείται ως ένας από τους μυστικούς διευθυντές του σοβιετικού προγράμματος πυρηνικών όπλων. Τα ταξίδια του στο εξωτερικό επιτρέπονταν σε πολύ περιορισμένο βαθμό και μόνο στην Ανατολική Ευρώπη, υπό αυστηρή επίβλεψη. Λίγο καιρό μετά την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσεως από τον Γερμανό χημικό Ότο Χαν το 1939, Σοβιετικοί φυσικοί άρχισαν να διερευνούν τη φυσική της σχάσεως, με τους Ίγκορ Κουρτσάτοφ και Γιούλι Χαριτόν να εμπλέκονται στο θέμα το 1940. Τον Μάιο του 1941 ο Ζελντόβιτς συνεργάσθηκε με τον δεύτερο στη διατύπωση μιας θεωρίας επί της κινητικής των πυρηνικών αντιδράσεων όταν υπάρχουν κρίσιμες συνθήκες. Το έργο τους επεκτάθηκε σε μελέτες της εκρήξεως, που προέβλεπαν χαρακτηριστικά που δεν είχαν έως τότε προβλεφθεί ορθώς, δεν είχαν παρατηρηθεί και δεν είχαν ερμηνευθεί. Η σύγχρονη θεωρία περί εκρήξεων αποκαλείται «μοντέλο ZND», από τα αρχικά των ονομάτων Zeldovich - von Neumann - Dohring, και ανάπτυξή της περιελάμβανε κοπιώδεις υπολογισμούς σχετικούς με ταχέα νετρόνια. Οι εργασίες τους καθυστέρησαν εξαιτίας της γερμανικής εισβολής στη Σοβιετική Ένωση. Το 1942 ο Ζελντόβιτς είχε μετεγκατασταθεί στο Καζάν και επιφορτίσθηκε από τη Λαϊκή Επιτροπή Πολεμοφοδίων να ερευνήσει συμβατικά είδη πυρίτιδας για τον εφοδιασμό του σοβιετικού στρατού, ενώ από τον Χαριτόν ζητήθηκε να σχεδιάσει νέους τύπους συμβατικών όπλων.

Το 1943 ο Στάλιν απεφάσισε να αναπτύξει πυρηνικά όπλα και να κατασκευάσει και απόθεμα από αυτά, υπό την ευθύνη του Ίγκορ Κουρτσάτοφ. Ο Κουρτσάτοφ ζήτησε από τον Στάλιν να φέρει τους Ζελντόβιτς και Χαριτόν στη Μόσχα, ώστε να τους εντάξει στο πρόγραμμα πυρηνικών όπλων. Τότε ο Ζελντόβιτς εντάχθηκε στη μικρή ομάδα του Κουρτσάτοφ σε ένα μυστικό εργαστήριο στη Μόσχα προκειμένου να αρχίσουν εργασία πάνω στην «πυρηνική ανάφλεξη». Μεταπολεμικώς, το 1946, τέθηκε επικεφαλής του θεωρητικού τμήματος στο «Αρζαμάς-16», κωδική ονομασία της πόλεως Σαρόφ.

Μαζί με τους Ισαάκ Γκούρεβιτς, Ισαάκ Πομεραντσούκ και τον Χαριτόν, ο Ζελντόβιτς συνέταξε μια επιστημονική αναφορά επί του επιτεύξιμου της απελευθερώσεως ενεργείας από πυρηνική σύντηξη που θα προκαλείτο από μια ατομική έκρηξη, και την παρουσίασε στον Κουρτσάτοφ. Ο Ζελντόβιτς είχε αποκτήσει σχετικές γνώσεις από τον Γερμανό φυσικό Κλάους Φουξ και τον Αμερικανό Θίοντορ Χολ, που αμφότεροι είχαν συμμετάχει στο αμερικανικό Πρόγραμμα Μανχάταν για την κατασκευή της ατομικής βόμβας.

Το 1949 ο Ζελντόβιτς ηγήθηκε μιας ομάδας φυσικών που οργάνωσε την πρώτη σοβιετική πυρηνική δοκιμή, την RDS-1, με μια βόμβα βασισμένη χονδρικά στο σχέδιο εκείνης που ρίφθηκε στο Ναγκασάκι (πλουτωνίου), που είχε αποκτήσει από κατασκόπους στις ΗΠΑ, ωστόσο συνέχισε τις θεμελιώδεις του έρευνες πάνω στη θεωρία των εκρήξεων. Στη συνέχεια ο Ζελντόβιτς άρχισε εργασία πάνω στον εκσυγχρονισμό των διαδοχικών σχεδιασμών πυρηνικών όπλων και, όπως προαναφέρθηκε, είχε συλλάβει και την ιδέα της βόμβας υδρογόνου (βόμβα συντήξεως), την οποία μεταβίβασε στον Αντρέι Ζαχάρωφ και άλλους. Από το 1950 μέχρι το 1953 ο Ζελντόβιτς εκτέλεσε υπολογισμούς απαραίτητους για την κατασκευή βόμβας υδρογόνου, που επαληθεύθηκαν από τον Ζαχάρωφ, αν και οι δύο ομάδες εργάζονταν παραλλήλως για τον σκοπό αυτόν. Ωστόσο ήταν ο Ζαχάρωφ που μετέβαλε ριζικά την προσέγγιση στο θέμα της συντήξεως, με τη βοήθεια του Βιτάλι Γκίνζμπουργκ, το 1952. Ο Ζελντόβιτς παρέμεινε συνδεδεμένος με το πρόγραμμα των πυρηνικών δοκιμών, όντας επικεφαλής των πειραματικών εργαστηρίων του Αρζαμάς-16 μέχρι τον Οκτώβριο του 1963, οπότε παραιτήθηκε προκειμένου να ακολουθήσει πανεπιστημιακή σταδιοδρομία.

 Βασική έρευνα και κοσμολογία 
Το 1952 ο Ζελντόβιτς άρχισε έρευνες στον κλάδο των στοιχειωδών σωματιδίων και των μετασχηματισμών τους. Προέβλεψε θεωρητικώς τη διάσπαση βήτα του πιονίου. Από κοινού με τον Σεμιόν Γκερστάιν αντιλήφθηκαν την αναλογία ανάμεσα στην ασθενή και την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, ενώ το 1960 προέβλεψε το φαινόμενο της καταλύσεως της συντήξεως δευτερίου-τριτίου από μιόνια. Το 1977 ο Ζελντόβιτς και ο Φιοντόρ Λ. Σαπίρο (Фёдор Львович Шапиро) έλαβαν από κοινού το Μετάλλιο Κουρτσάτοφ, την υψηλότερη τιμητική διάκριση στον χώρο της πυρηνικής φυσικής στη Σοβιετική Ένωση. Η αιτιολόγηση της βραβεύσεως ανέφερε: «για την πρόβλεψη των ιδιοτήτων των υπέρψυχρων νετρονίων, την ανίχνευσή τους και τη διερεύνησή τους». Ο Ζελντόβιτς εκλέχθηκε ακαδημαϊκός, πλήρες μέλος της Σοβιετικής Ακαδημίας Επιστημών, στις 20 Ιουνίου 1958. Αργότερα τέθηκε επικεφαλής τομέως στο Ινστιτούτο «Κέλντυς» Εφαρμοσμένων Μαθηματικών της Ακαδημίας, από το 1965 μέχρι τον Ιανουάριο του 1983.

Πριν το 1965 ήδη ο Ζελντόβιτς είχε αρχίσει να διερευνά ζητήματα αστροφυσικής και φυσικής κοσμολογίας. Το 1964 ο ίδιος και ανεξάρτητα ο Έντγουιν Έρνεστ Σαλπήτερ υπήρξαν οι πρώτοι που υπέθεσαν ότι οι τεράστιες ποσότητες ενέργειας που ακτινοβολούν οι κβάζαρ οφείλονται σε προσαυξητικούς δίσκους γύρω από μαύρες τρύπες πολύ μεγάλης μάζας. Από το 1965 ο Ζελντόβιτς ήταν καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής του Κρατικού Πανεπιστημίου της Μόσχας και επικεφαλής του τομέως Σχετικιστικής αστροφυσικής στο Αστρονομικό Ινστιτούτο Στέρνμπεργκ. Το 1966 οι Ζελντόβιτς και Igor Novikov ήταν οι πρώτοι που υπέδειξαν να αναζητηθούν πιθανές μαύρες τρύπες σε διπλά συστήματα αστέρων όπου ο ένας αστέρας εκπέμπει ορατό φως αλλά όχι ακτίνες Χ και ο άλλος καθόλου φως αλλά ακτινοβολεί έντονα στις ακτίνες Χ (ο δεύτερος αντιστοιχεί στον προσαυξητικό δίσκο γύρω από τη μαύρη τρύπα).

Ο Ζελντόβιτς αχολήθηκε με τη θεωρία της εξελίξεως του αρχικού θερμού Σύμπαντος, με τις ιδιότητες της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου και με τη μεγάλης κλίμακας δομή του Σύμπαντος. Προέβλεψε, μαζί με τον Ρασίντ Σουνιάεφ, ότι η κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου θα πρέπει να υφίσταται αντίστροφη σκέδαση Κόμπτον. Το φαινόμενο αυτό αποκαλείται φαινόμενο Sunyaev-Zeldovich και παρατηρήσεις-μετρήσεις με τηλεσκόπια μικροκυμάτων και υποχιλιοστομετρικών μηκών κύματος, όπως το Τηλεσκόπιο Κοσμολογίας της Ατακάμα και το Τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου, έχουν αποδείξει την ύπαρξή του. Ο Ζελντόβιτς συνεισέφερε στη μελέτη της δομής του Σύμπαντος, ιδίως με τη χρήση λαγκρανζιανής θεωρίας διαταραχών (τη λεγόμενη «προσέγγιση Ζελντόβιτς») και με την εφαρμογή της εξισώσεως Burgers.

 Θερμοδυναμική των μελανών οπών 
Ο Ζελντόβιτς συνεισέφερε σημαντικά στην ανάπτυξη της θεωρίας της «εξατμίσεως» που υφίστανται οι μαύρες τρύπες εξαιτίας της ακτινοβολίας Χόκινγκ. Μαζί με τον Τσαρλς Μίζνερ προέβλεψαν τη δυνατότητα δημιουργίας σωματιδίων από μαύρες τρύπες Kerr το 1971/1972. Ενωρίτερα, το 1965, ο Ζελντόβιτς είχε προβλέψει ότι αυτές οι μαύρες τρύπες θα διεχώριζαν γραμμές εκπομπής φωτονίων όπως στο φαινόμενο Zeeman. Όταν ο Στήβεν Χόκινγκ επισκέφθηκε τη Μόσχα το 1973, οι Ζελντόβιτς και Αλεξέι Σταρομπίνσκι τού απέδειξαν ότι, σύμφωνα με την Αρχή της απροσδιοριστίας στην κβαντομηχανική, όλες οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες πρέπει να δημιουργούν και να εκπέμπουν στοιχειώδη σωματίδια.Hawking, Stephen: A Brief History of Time, Bantam Books, 1988

Τέκνα
Με τη σύζυγό του Βαρβάρα, το γένος Κονσταντίνοβα, ο Γιάκοβ Ζελντόβιτς απέκτησαν τρία παιδιά, έναν γιο και δύο κόρες, που έγιναν επίσης φυσικοί: τον Μπαρίς (1944-2018), την Όλγα και τη Μαρίνα.

Ο Ζελντόβιτς είχε αποκτήσει παιδιά και από άλλες γυναίκες: την Ανούσκα από την O.K. Σιργιάεβα, την Αλεξάντρα (γενν. 1945) από τη γλωσσολόγο και λαογράφο Λιουντμίλα Α. Βαρκοβίτσκαγια και τον Λεονίντ Αγκαπόφ (1958-2016) από τη Νίνα Ν. Αγκαπόβα.

 Βιβλία του 






















 Αναγνώριση και τιμές 
Ο Ίγκορ Κουρτσάτοφ είχε αποκαλέσει τον Ζελντόβιτς «διάνοια». Μετά την πρώτη τους συνάντηση στη Μόσχα, ο Στήβεν Χόκινγκ έγραψε στον Ζελντόβιτς: «Τώρα ξέρω ότι είσαστε πραγματικό πρόσωπο και όχι μια ολόκληρη ομάδα επιστημόνων [που δημοσιεύει τις εργασίες της με το ίδιο όνομα], όπως ο Μπουρμπακί.» O Ζελντόβιτς είχε γίνει μέλος της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών (1975), της Αμερικανικής Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών (1979) και της Αμερικανικής Φιλοσοφικής Εταιρείας (1979). Ο αστεροειδής 11438 Ζελντόβιτς (Zeldovich), που ανακαλύφθηκε το 1973, ονομάθηκε έτσι προς τιμή του το 2001. Παράσημα, μετάλλια και βραβεία που έλαβε ο επιστήμονας είναι μεταξύ άλλων και τα εξής:

 Κρατικό Βραβείο Στάλιν (4 φορές, το 1943, 1949, 1951 και 1953)
 Δύο παράσημα του Τάγματος της Κόκκινης Σημαίας της Εργασίας (1945 και 1964)
 Τρία παράσημα του Τάγματος του Λένιν (1949, 1962 και 1974)
 Τρεις φορές Ήρωας της Σοσιαλιστικής Εργασίας (1949, 1953, 1957)
 Βραβείο Λένιν (1957)
 Τάγμα της Οκτωβριανής Επανάστασης (1962)
 Μετάλλιο Κουρτσάτοφ (1977)
 Μετάλλιο Μπρους της Αστρονομικής Εταιρείας του Ειρηνικού (1983)
 Χρυσό Μετάλλιο της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας (1984)
 Μετάλλιο Ντιράκ του Διεθνούς Κέντρου Θεωρητικής Φυσικής (1985)

Παραπομπές

Βιβλιογραφία
 Overbye, D.: Lonely Hearts of the Cosmos: The Scientific Quest for the Secret of the Universe, HarperCollins, Νέα Υόρκη 1991

 Εξωτερικοί σύνδεσμοι 
 Yakov Borisovich Zel'dovich – ιστότοπος στο Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας αφιερωμένος στον επιστήμονα
 «Θεωρία της καύσεως μη αναμεμιγμένων αερίων», 1949, αγγλ. μετάφραση του 1974

Κατηγορία:Σοβιετικοί φυσικοί
Κατηγορία:Σοβιετικοί αστρονόμοι
Κατηγορία:Κοσμολόγοι
Κατηγορία:Σοβιετικοί εφευρέτες
Κατηγορία:Ρωσοεβραίοι
Κατηγορία:Ρώσοι άθεοι
Κατηγορία:Μέλη της Σοβιετικής Ακαδημίας Επιστημών
Κατηγορία:Αποδέκτες του Τάγματος του Λένιν