Артур Миллер - Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

• Название: Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры
• Автор: Артур Миллер
• Издательство: КоЛибри
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2012
• ISBN: 978-5-389-02245-4

Артур Миллер, известный американский историк науки (сейчас живет в Лондоне), повествует о выдающихся открытиях астрофизиков XX века. В центре рассказа — судьба индийского физика, лауреата Нобелевской премии Субрахманьяна Чандрасекара, чьи теории во многом сформировали наши сегодняшние представления о Вселенной. Книга Миллера — об эволюции звезд, о белых карликах, красных гигантах, нейтронных звездах и о самых таинственных космических объектах — черных дырах, жадно пожирающих материю и энергию.

---

После обеда они прямиком направились в Берлингтон-Хаус и оказались там в четыре часа как раз к чаю. Чандре не терпелось услышать об исследованиях других ученых и узнать последние новости. И тут появился Эддингтон. Высокомерно кивая направо и налево, он двигался через прихожую подобно Моисею, перед которым расступилось Красное море. Мак-Кри знал Эддингтона по совместной работе в Кембридже. Чандра спросил его о своем выступлении. Не останавливаясь и даже не поприветствовав Чандру, Эддингтон изрек с насмешкой: «Вас ждет сюрприз». Резкость Эддингтона неприятно удивила Чандру. Такое поведение Эддингтона напоминало произошедшее в 1931 году, когда Чандра впервые увидел этого великого человека. Эддингтон, в ответ на замечания своего главного соперника Джеймса Джинса о связи массы звезды и ее яркости, вскочил и рявкнул: «Бессовестный лгун!»

Конференц-зал с белыми стенами и с высоким потолком казался пугающе огромным.[1] В 16.25 публика стала потихоньку просачиваться в зал, который постепенно заполнился массой накрахмаленных белых рубашек, галстуков и темных пиджаков. Ряды мест с одним узким проходом тянулись вверх, как в театре. На подиуме стоял длинный стол с креслами, где сидел президент и другие ведущие ученые, рассматривающие аудиторию. Стены были увешаны портретами бывших президентов общества и великих астрономов, над президентским креслом висел портрет Ньютона, а на стене справа — портрет знаменитого английского астронома, сэра Уильяма Гершеля, открывшего Уран. Не было ни одного окна, и постепенно становилось невыносимо душно. Первый ряд был зарезервирован для таких выдающихся членов академии, как Эддингтон, Фаулер и Джинс. Во втором ряду сидел Милн, автор теории звездных атмосфер, по которой Чандра написал несколько собственных работ. Молодые ученые, Чандра и Мак-Кри, сидели далеко сзади. Во время лекции о составе воздуха на Венере кто-то пробормотал: «Венера — это не важно, но вот есть ли воздух здесь?»

Зал был переполнен. Тут находились почти все известные британские астрономы и астрофизики. Эти ежемесячные встречи были интересны не только ученым. Яростные дебаты были популярным зрелищем, и только на первый взгляд это казалось игрой, в которой каждый использовал свое остроумие, чтобы заманить противника в ловушку или доказать свое превосходство. На публике такие признанные ораторы, как Эддингтон, не давали спуска никому, но все это делалось в самых изысканных выражениях. Тем не менее едкое остроумие Эддингтона часто воспринималось болезненно.

Враждебность спорщиков перехлестывала все границы приличий. Рецензент замечательной книги Г. X. Харди «Апология математики» писал: «Похоже, участники дискуссии прикладывают максимальные усилия, чтобы уязвить друг друга днем, зато вечером вместе пообедать».

В 16.30 президент Фредерик Джон Мэриан Стрэттон открыл собрание. Стрэттон, глава астрофизиков в Кембридже и директор лаборатории физики Солнца, производил эффектное впечатление. У него был образцовый, практически военный порядок в отчетах, недаром его прозвали Полковник Стрэттон. Но друзья называли этого невысокого, полного человека в мятом, наглухо застегнутом костюме, с большим удовольствием веселящегося в компании военных, Толстяком. Многие из его бывших студентов занимали престижное положение в астрономическом сообществе.

Чандра хорошо помнил свою первую встречу со Стрэттоном. Это было в саду на вечеринке у Эддингтона в мае 1933 года. Эддингтон специально пригласил Чандру для беседы со своим близким другом, известным американским астрофизиком Генри Норрисом Расселом, приехавшим в Кембридж из Принстонского университета. К радости Чандры, Рассел одобрил его последние расчеты газовых сфер. Эта работа заинтересовала их общего друга Милна. Чандра с гордостью написал отцу, что «хорошо провел время, обсуждая с великими учеными серьезные проблемы». Тогда Чандра чувствовал поддержку Эддингтона, но и почему бы великому человеку ему не покровительствовать? Эддингтон и Рассел были ведущими фигурами в британской и американской астрономии, они могли помочь сделать карьеру или ее разрушить. После этой встречи Чандра стал чувствовать себя более уверенно.

Одним из первых пунктов повестки собрания Астрономического общества было награждение Милна золотой медалью за его достижения, и Чандру это очень обрадовало. Эддингтон часто сильно оскорблял Милна, и это отразилось на его карьере и личной жизни. Милн говорил Чандре, что всегда считал свои познания в математике недостаточными, поскольку его обучение в университете прервала мировая война. Эддингтон знал о неуверенности Милна. При обсуждении результатов он часто находил ошибки даже в, казалось бы, правильных математических расчетах Милна. Как-то раз Милн сказал Чандре, что Эддингтон «выпил всю его кровь».

Выступлению Чандры предшествовали шесть пятнадцатиминутных докладов с комментариями к ним. Наконец в 18.15 Стрэттон пригласил на кафедру Чандру. К этому времени воздух в зале стал сырым и тяжелым, почти тропическим, как в тот июльский день, когда почти пять лет тому назад Чандра отправился из Бомбея в долгое океанское путешествие на Британские острова.

Астрофизики девятнадцатого столетия считали, что звезды приобретают стабильные размеры, когда давление силы тяжести, направленное внутрь, уравновешивается давлением газовых частиц звезды, направленным наружу, и давлением света, который звезды излучают. Но по мере того как звезда стареет и выжигает свое топливо, она гаснет, влияние силы тяжести начинает перевешивать, сжимая звезду до плотного шара. Может ли звезда коллапсировать полностью? Конечно, трудно представить, что такой огромный объект, как звезда, превращается в ничто.

В 1926 году коллега Эддингтона профессор Ральф Фаулер предложил использовать для решения проблемы квантовую механику. Фаулер был первым физиком-теоретиком в Англии, который понял значение квантовой механики, и единственным, кто связал астрофизику с современной физикой. В то время физики считали астрофизику застойной наукой. Физики придумывали потрясающие теории, описывающие непредсказуемый квантовый мир, а астрофизики оставались стойкими приверженцами классической теории. Физики более всего хотели выяснить причину свечения звезд — то есть понять, почему они горят, что является для них топливом? Предполагалось, что энергия звезд порождается ядрами атомов, но до открытия нейтрона в 1932 году никто не знал, каким именно образом. Астрофизики обходили эту проблему стороной. Применяя один из замечательных законов новой квантовой теории, Фаулер показал, что ядро звезды может предотвращать гравитационное сжатие, и она после определенного момента перестает сжиматься и мирно умирает, оставаясь видимой.

Но Чандра понял, что решение Фаулера было неполным, поскольку он не учел специальную теорию относительности Эйнштейна, полагающую скорость света постоянной. Применив релятивистскую теорию к результатам Фаулера, Чандра получил совершенно необычайный результат: верхний предел для масс белых карликов. Ему потребовались лишь десять минут, чтобы рассчитать это, но весь остаток пути в Англию он ломал голову над следствиями сделанного вывода. Чандра обнаружил нечто новое, но не понимал, что означает этот предел и чем закончится процесс сжатия звезды. Был только один неизбежный, хотя и почти невообразимый вывод из его расчетов: белые карлики с массой больше этого предела просто не могут существовать. Их собственная гравитация сожмет их до полного исчезновения.

Помимо расчета предельной массы, открытие Чандры подтверждало сценарий Эддингтона, приведенный в одной из его книг, который тот отверг как абсурдный, — получалось, что белые карлики не могут закончить свое существование как твердые тела конечного объема, но должны коллапсировать полностью. Чандра решил проблему Эддингтона. Стоя на подиуме под высоченным куполообразным потолком, маленький темнокожий индиец вглядывался в море накрахмаленных рубашек, темных жакетов и европейских лиц. Наконец-то он увидел компетентную аудиторию. Это был замечательный момент — Чандра понял, что он сделал в свои 19 лет солнечным летним днем на пути между двумя различными мирами, двумя цивилизациями, двумя различными культурами.

Он, наверное, тогда переживал эмоции, схожие с теми, что переполняли молодого клерка патентного бюро Альберта Эйнштейна, который в 1905 году в сонном Берне разработал специальную теорию относительности. Ведь он, Чандра, проник в тайны судеб звезд и всего человечества. И подобно Эйнштейну, он был убежден, что современные великие ученые его времени слишком консервативны, и только он видит истину.

Молодой человек слегка ослабил воротник и стер капли пота со лба. В комнате без окон было жарко, ведь она была плотно закрыта от январских ветров, свистевших снаружи. Глядя на часы, Чандра открыл последнюю страницу своего доклада и уверенным тоном прочитал заключение: «Эволюция звезд с малыми массами должна существенно отличаться от эволюции звезд с большими массами. <…> Звезды с малой массой становятся белыми карликами и постепенно полностью гаснут. Звезды с большой массой, сжимаясь, минуют фазу белого карлика, и можно только гадать о том, что с ними происходит дальше». Он закончил, собрал бумаги и вернулся на свое место в конце зала. Ему казалось, что он шел целую вечность.