Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Пролог

С 1967 года, когда существование черных дыр получило научное подтверждение, они приобрели почти мистическую притягательность. Ученые установили, что сила тяготения, с которой эти таинственные пустоты захватывают не только вещество, но и сам свет, практически непреодолима.

Вообразите себя астронавтом, подлетевшим слишком близко к черной дыре. Чудовищное поле тяготения поймает вас в ловушку, и вы устремитесь туда как в водоворот. Во время падения вы увидите поистине фантастическую картину. Сначала вам покажется, что все звезды и галактики Вселенной движутся с огромной скоростью, сливаясь в ярко сверкающий шар. Огромная гравитация черной дыры фокусирует свет от удаленных объектов во все более и более узкий конус. Вы будете очарованы фейерверком атомов, движущихся по спирали и сталкивающихся между собой. Атомы становятся все горячее и горячее, все ближе и ближе друг к другу, и, наконец, вспыхивают миллионами солнц. Вы почувствуете страшное притяжение сколлапсировавшей звезды ничтожного размера, но с бесконечной плотностью. По мере того как черная дыра засасывает вас глубже и глубже, сила гравитации растет больше и больше. Вы вытягиваетесь, как жевательная резинка, становясь длиннее и длиннее, тоньше и тоньше, пока вас не разорвет на части. Мощное поле тяготения задерживает свет вблизи черной дыры, и он достигает удаленного наблюдателя значительно позже. Он видит вас все еще находящимся около черной дыры, навсегда застывшим в пространстве.

Черная дыра — это колодец в космосе, конечный этап коллапса звезды. В течение многих десятилетий ученые считали, что идея черной дыры всего лишь причуда теоретиков, ошибочное решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна — самой красивой теории, когда-либо созданной человеком. Но сейчас астрономы знают: гигантские черные дыры действительно находятся в центре нашей Галактики, и более того — во Вселенной существует множество этих монстров. Ученые обнаруживают черные дыры путем регистрации рентгеновских лучей, испускаемых частицами при падении внутрь дыры по спиралевидной траектории.

Существование черных дыр в космосе привело к появлению удивительных теорий. Например, эти дыры могут порождать такие же галактики, как наша. Возможно, они открывают кратчайшие пути в отдаленные части Вселенной или даже могут быть коридорами для путешествий во времени. Возникает мысль, а не создать ли черную дыру в земной лаборатории?

Сейчас многие ученые полагают, что изучение черных дыр является ключом к пониманию эволюции Вселенной и экстремальных природных явлений. Черные дыры — источник наиболее ярких объектов в природе, называемых квазарами, которые ярче триллиона солнц. И наконец, изучение черных дыр помогает понять структуру микромира и эволюцию Вселенной. В черных дырах могут нарушаться известные нам законы физики, что способно дать толчок к развитию двух великих теорий XX века — общей теории относительности (мир в макромасштабе) и квантовой механики (в микромасштабе).

Моя книга «Империя звезд» — о том, как были открыты черные дыры, как рождаются, живут и умирают звезды, как обо всем этом узнали ученые и как это знание изменило наши взгляды на окружающий мир. Я расскажу о борьбе одинокого гения за признание его идей, а кроме того, о том, как развивается наука и какие недоразумения порой возникают на ее пути.

С древнейших времен люди считали, что их судьба прежде всего зависит от положения звезд на небе. Удивительно, что вначале наука о звездах была результатом исключительно размышлений и фантазий ученых, смело выдвигающих грандиозные астрономические идеи. Это было невероятно самонадеянно. Работы первых астрофизиков — интеллектуальная авантюра, уводящая нас в другие разделы науки и техники, в том числе в теорию термоядерного оружия. Эти работы проливают свет на грандиозный конфликт между концепциями классической и новой физической науки, возникший в 1930-е годы. Этот конфликт привел к тридцатилетней задержке признания черных дыр, хотя к тому времени уже почти все забыли о человеке, представившем четкое доказательство их существования.

Гениальная идея посетила Субрахманьяна Чандрасекара жарким летом 1930 года. В ту пору он был никому не известным 19-летним юношей. Через десять минут, сидя в шезлонге и глядя на Аравийское море, Чандра (как все его называли) вывел уравнения, описывающие драматическую судьбу небольших плотных звезд — белых карликов. В то время ученые полагали, что белые карлики — конечная стадия умирания звезд. Известные ученым карлики имели массу близкую к солнечной, но по размеру не превышали Землю. Чандра доказал существование предельной массы у белых карликов. Любая звезда, масса которой больше этого предела, сгорая, не может окончить свое существование просто как твердое тело. Она продолжает бесконечный процесс сжатия под действием собственной гравитации в точку с бесконечной плотностью и нулевым объемом — во много триллионов раз меньше знака точки в конце этого предложения и во много триллионов раз плотнее Земли.

Только один человек понял значение открытия Чандры — это был сэр Артур Стэнли Эддингтон. Однако на собрании Королевского астрономического общества 11 января 1935 года он выступил с оскорбительной критикой. Тот день тяжело отразился на их отношениях и существенно затормозил прогресс астрофизики.

Подростком я прочитал книгу Эддингтона и был ею настолько увлечен, что у меня появилась мечта — стать ученым. Все, о чем я прочитал, — от теории строения атома до описания жизни и смерти звезд — было потрясающим, ярким и захватывающим. Письма Чандры заинтересовали меня с несколько другой стороны. Я понял, как талантливый ученый может использовать математический аппарат для объяснения строения звезд.

Чем больше я узнавал о Чандре, тем мне становилось интереснее. В истории его жизни, на первый взгляд такой блестящей, несомненно, присутствовала трагическая нотка. Чандра родился в Индии и в детстве был настоящим вундеркиндом, а многие считали его даже гением. Молодые годы он посвятил решению сложнейших математических и физических задач. Он отправился в Англию, получив стипендию в Тринити-колледже Кембриджского университета, где трудились величайшие умы того времени. Именно тогда, по дороге в Кембридж, он и сделал свое открытие об эволюции белых карликов. Но — о ужас! — Эддингтон не захотел обсуждать его теорию, и более того — подверг ее публичному осмеянию. Воспоминание об этом событии преследовало Чандру в течение многих лет. Он так и не сумел снова поверить в себя и в свои силы, тут не помогли ни последующие успехи, ни широчайшее признание его научных заслуг. Я спрашивал себя — сколько бы еще открытий Чандра сделал, если бы конфликт с Эддингтоном не омрачил его юность? Чандра всегда казался замкнутым, закрытым человеком. Но какая светлая душа скрывалась за этим суровым фасадом! А что же Эддингтон? Почему великий астрофизик решил унизить молодого индийца, да еще так жестоко? Эддингтон славился острым языком. Он бывал резок и порой даже циничен в общении с другими учеными. Но в случае с Чандрой критические замечания Эддингтона имели совсем иные причины…

Я познакомился с Чандрой, когда ему было 83 года. Это произошло на конференции в Чикагской академии наук, где он должен был прочитать программную лекцию. Появление знаменитого индийца сопровождалось гулом возбужденных голосов. Нобелевский лауреат, один из наиболее значительных ученых эпохи приехал, чтобы сделать доклад о специфике научного творчества. Несмотря на хрупкую фигуру и небольшой рост — не более 165 сантиметров, — Чандра выглядел поистине величественно. Элегантно одетый, он держался с огромным достоинством, хотя и немного сутулился. Его редкие седые волосы были тщательно зачесаны назад. По-прежнему красивое темное лицо с выпуклым лбом, проницательными глазами и крепко сжатым ртом выражало железную решимость. Во время лекции он иногда поднимал глаза от своих записей, чтобы с явным восхищением рассказать о великих ученых прошлого, с которыми встречался на протяжении своей долгой жизни. Публика была очарована. Впоследствии я смог обменяться с ним несколькими словами и пожать ему руку. Я был глубоко взволнован, ведь этот человек изменил наше представление о звездах! Он был источником вдохновения в течение всей моей жизни. Чандра говорил про свою книгу о его кумире Исааке Ньютоне и о недавних захватывающих открытиях, сделанных при исследовании черных дыр. И тут я легкомысленно вспомнил эпизод с Эддингтоном. Его лицо сразу же помрачнело, однако он попрощался со мной весьма любезно, и мы договорились как-нибудь еще раз побеседовать.

По словам коллег, Чандра быстро забыл о ссоре с Эддингтоном, и они оставались друзьями. Но даже при беглом взгляде на научные статьи Эддингтона и переписку между ним и Чандрой возникает иное мнение. Чандра часто проявляет раздражение и возмущение, когда Эддингтон упорно цепляется за свои представления о Вселенной, осмеивая открытие Чандры как «звездную буффонаду». В течение всей своей жизни Чандра никогда не упускал случая рассказать о событиях того ужасного дня в Королевском астрономическом обществе, повторяя, что он был прав, а Эддингтон — нет. Но Эддингтон этого не признавал, а Чандра всегда явно сдерживался, говоря об Эддингтоне. После памятной встречи в 1993 году трагическая и сложная судьба Чандры оставалась для меня загадкой.

Пару лет назад я решил разгадать ее. К сожалению, Чандра к этому времени уже умер, однако мне посчастливилось встретиться с его вдовой Лалитой, которая была верной и преданной женой Чандры в течение пятидесяти лет. Также я взял интервью у целого ряда коллег Чандры и беседовал с его бывшими учениками. В Бангалоре я встретил кузена Чандры, выдающегося астрофизика Венкатрамана Радхакришнана, а также Чандрасекара Рамана, первого индийского нобелевского лауреата. Из их воспоминаний, писем и документов, которые Чандра, а позднее и Лалита отдали на хранение в библиотеку имени Регенстайна Чикагского университета, постепенно возник образ реального Чандры.

Чтобы по-настоящему понять Чандру, надо испытать тропическую жару и пыль южноиндийского Мадраса (теперь Ченнай), где он родился и жил до девятнадцати лет и где закончил колледж. Когда я собирал материал об этом периоде жизни Чандры, я медленно прогуливался по раскаленным пескам Марина, длинного пляжа на берегу моря. В этих же местах Чандра много лет назад вечерами катался на велосипеде, глядя на яркие звезды. В письме к брату Балакришнану он вспоминает, как иногда приходил на берег, бросался на песок и молил Бога, чтобы Он помог ему стать новым Эйнштейном. Мечтая получить докторскую степень в кембриджском Тринити-колледже, Чандра уехал в страну совершенно иной культуры, в мир неистовой и яростной конкуренции, резко отличающийся от уютной и довольно сонной атмосферы Мадраса. Именно во время этого путешествия Чандра сделал свое великое открытие.

Эта книга начинается с описания конфронтации Чандры с Эддингтоном 11 января 1935 года. Затем описаны юные годы Чандры в Индии — единственной стране, где он чувствовал себя как дома, а также то революционное открытие, которое он сделал по пути в Англию, где окунулся в захватывающую атмосферу европейской науки 1930-х годов. Здесь за обедом в Тринити-колледже академики обсуждали не сплетни или чужие карьеры, а вели горячие научные дискуссии. Это было время, когда Эддингтон и его коллеги Джеймс Джинс и Эдвард Артур Милн заложили основы астрофизики. Удивительно, что теоретические модели поведения звезд были созданы с помощью чрезвычайно сложных математических расчетов, а не в результате астрономических наблюдений.

В Институте Нильса Бора в Копенгагене о науке спорили еще яростнее, здесь рождались принцип неопределенности Гейзенберга, квантовая механика и ядерная физика. И это собрание ученых больше всего боялось услышать от Нильса Бора: «Очень интересно». На самом деле эта фраза означала: «Совершенно неинтересно».

С тех пор многие загадки были разгаданы, многие проблемы решены, а работы Чандры лежали невостребованными три десятилетия, и, только когда начались работы по созданию водородной бомбы, снова вспыхнул интерес к черным дырам. Работы Чандры, жившего тогда в США, были оценены по заслугам. К концу жизни он наконец-то получил Нобелевскую премию за свои открытия, но заплатил за это высокую цену: полвека о нем почти никто не знал.

Эта книга — биография идеи, а не человека. Однако наука создается людьми с их надеждами, мечтами, высокими порывами. Только вот человеческие качества этих гениальных людей порой не соответствуют уровню их интеллекта…