Загадки для знатоков: История открытия и исследования пульсаров.

_{Глава пятая} От обычных звезд к нейтронным. Структура нейтронных звезд. Рентгеновские источники. Четыре способа обнаружения нейтронных звезд. Как тренировать воображение!

Наш поиск нейтронных звезд затянулся. Кому может понравиться расследование, в котором автор, раззадорив фантазию читателя, наговорив ему о том, что нужно мыслить раскованно, сам топчется на месте, вместо того чтобы вести дело к развязке?

Однако причины временного затишья в исследованиях нейтронных звезд были объективными. И объективные же причины привели затем, в шестидесятых годах, к взрывоподобному росту интереса к нейтронным звездам…

К концу пятидесятых годов положение в теории звездной эволюции стабилизировалось. Никто не сомневался в том, что ассоциации звезд существуют и что именно в ассоциациях, группами, возникают звезды. Но вот из чего они возникают — из межзвездного газа или из гипотетических сверхплотных Д-тел, введенных в астрофизику В. А. Амбарцумяном, — на этот вопрос еще не было твердого ответа. Однако если уж. звезда как-то образовалась, то можно проследить дальнейший ход ее эволюции. Это оказалось возможным сделать именно в конце пятидесятых годов, когда астрофизики начали использовать для своих расчетов электронно-вычислительные машины. По нашим сегодняшним меркам эти ЭВМ были громоздкими и медлительными, но уже могли выполнять вычисления, на которые прежде уходили годы. Применение ЭВМ позволило астрофизикам взяться за решение сложнейшей теоретической задачи, давно дожидавшейся своего часа. Задачи о внутреннем строении звезды. Задачи о звездной эволюции.

Обычная звезда — нагретый газовый шар, и действуют в ней газовые законы. Или, как говорят физики, уравнение состояния звездной материи есть уравнение состояния высокотемпературной плазмы. Дело, однако, усложняется оттого, что в звезде идут ядерные реакции синтеза — они-то и разогревают звезду. Реакции идут в самых горячих и плотных областях звезды, в ее центральной части, о строении которой нам пока ничего не известно — ведь видим мы лишь поверхность звезды, ее фотосферу. Энергия, которая выделяется при ядерном синтезе, должна проделать сложный путь в недрах звезды, пронзить всю ее толщу, прежде чем достигнет фотосферы и излучится в пространство. Ни одному кванту света — фотону — это не под силу, звезда непрозрачна. Фотон поглощается, пройдя в веществе звезды очень небольшое расстояние. А вместо поглощенного фотона излучается другой — в ином направлении и с иной частотой. Процесс поглощения и излучения занимает время, и энергия, выделившаяся сегодня в центре звезды от слияния четырех атомов водорода в один атом гелия, достигнет фотосферы и излучится в космос через много лет, претерпев множество превращений.

Да и само вещество звезды тоже не статично — в нем постоянно перемешиваются слои плазмы, опускаются и поднимаются, в них постоянно возникают и гаснут вихри. Звезда — газовый шар, говорим мы. Но за этими простыми словами скрывается очень сложное и богатое физическое содержание. Чтобы хоть приближенно разобраться в строении этого газового шара — звезды, нужны неимоверно сложные расчеты реакций, состояний, процессов. Расчеты, ставшие технически выполнимыми только после появления ЭВМ.

Когда астрофизики-теоретики начали рассчитывать звездные модели, стала проясняться истинная картина эволюции звезды. Вот она в нескольких словах.

Звезды рождаются с разными массами — от десятых долей массы Солнца до десятков солнечных масс. В их недрах начинает гореть водород, превращаясь в гелий. Постепенно водород «выгорает», ядро звёзды сжимается, поскольку из-за нехватки горючего газовое давление в нем падает, и тогда начинают идти более сложные реакции, требующие более высоких температур и плотностей — загорается гелий. Эта стадия эволюции протекает значительно быстрее. В ядре уже нечему гореть, и реакции идут в тонком слое между ядром и оболочкой звезды. Давление на оболочку увеличивается, оболочка «разбухает», звезда становится красным гигантом, и тут… И тут ее структура становится настолько сложной, что даже современные ЭВМ часто не в силах помочь.

Помогают наблюдения. Стадия красного гиганта — одна из последних в жизни звезды. Ядро красного гиганта успевает за короткое время так сжаться, что, в сущности, представляет собой почти белый карлик. «Неполный карлик» — такое выражение можно встретить в фантастическом рассказе М. Лейнстера. Если найдется сила, которая «сдерет» с красного гиганта его оболочку, то ядро со временем превратится в обычного белого карлика.

А если масса ядра больше предела, установленного С. Чандрасекаром для белых карликов? Прежде, как вы помните, с этой проблемой расправлялись быстро: звезда в течение эволюции теряет всю лишнюю массу и все равно становится белым карликом. Но в конце пятидесятых годов стало ясно, что это может быть и не так. И теоретики забеспокоились — как же быть с массивными звездами?

Так сверхплотные звезды снова привлекли внимание ученых. В тридцатые годы нейтронными звездами и катастрофическим коллапсом занялись прежде всего физики — им было интересно, какие следствия можно вывести из уравнений общей теории относительности. А в конце пятидесятых годов сверхплотными телами заинтересовались астрофизики, причем с конкретной астрофизической целью: какую предельную массу может все же иметь нейтронная звезда?

Вы помните, что Р. Оппенгеймер и Дж. Волков получили для предельной массы нейтронной звезды значение 0,7 массы Солнца? Это вдвое меньше предельной массы белого карлика. Если это действительно так, то среди небесных тел нейтронных звезд не должно быть. Ведь если масса звезды меньше, чем 1,4 массы Солнца, то звезда эволюционирует к состоянию белого карлика. А если масса больше, то наступит катастрофический коллапс, беспредельное сжатие. В обоих случаях нейтронная звезда не возникает. И как быть, наконец, с южной звездой в Крабовидной туманности — что она такое? Столь малое значение предельной массы нейтронной звезды астрофизиков не устраивало.

Для спасения идеи о существовании Д-тел, из которых, по мысли В. А. Амбарцумяна, возникают звезды, нужны были массы сверхплотных конфигураций, достигающие сотен масс Солнца! Ведь по гипотезе В. А. Амбарцумяна, десятки массивных звезд возникают в ассоциации из одного дозвездного тела. Вот еще одна причина роста интереса к нейтронным звездам.

Однако первым после долгого перерыва на важность исследований сверхплотных звезд обратил внимание все же не астроном, а физик — американский ученый Дж. Уилер. В 1958 году вышла его книга «Строение Вселенной». Дж. Уилер писал, что проблема коллапсирующих звезд — не локальная астрофизическая задача. Нужно смотреть значительно шире. Это большая философская проблема, решение которой способно перевернуть представления о мироздании. Речь идет о том, до каких пределов можно применять известные физические законы и теории. Нейтронные звезды обладают плотностями, с которыми физики никогда не сталкивались. А на сфере Шварцшильда тяготение и вовсе бесконечно — с чем подобным сталкивались физики прежде? Кто может уверенно утверждать, что обычные физические законы будут действовать и в таких экстремальных условиях? Ньютоновская теория тяготения верна, когда поля очень слабые. Эйнштейновская теория была проверена экспериментально в полях не очень слабых, но и не в сильных. Самое сильное поле тяжести, для которого был проверен эффект красного смещения, — поле тяжести белого карлика. Там эйнштейновская теория действует. Но нейтронные звезды обладают полями в тысячи раз более Сильными! А при коллапсе поле увеличивается в бесконечное число раз! Верна ли эйнштейновская теория тяготения здесь?

Когда начинается катастрофический коллапс, звезду уже ничто не может спасти — она сжимается… в точку. Как быть? Противоречие: звезда должна сжаться в точку (так велит теория), но она не может сжаться в точку (ведь точка — математическая абстракция, вряд ли тело определенной массы может занимать нулевой объем). Возникает противоречие между двумя теориями, двумя фундаментальными представлениями о природе. Для его устранения нужно решить, способно ли при определенных условиях материальное тело не иметь объема? Точнее, не занимать объема в пространстве-времени и проявлять себя лишь полем тяжести? Куда девается это вещество? Оно оказывается в иной Вселенной! Вот к каким безумным идеям приводит необходимость устранить конкретное противоречие.

Но может быть, изменить нужно не теорию строения вещества, а общую теорию относительности? Ведь эта теория — классическая, квантовых эффектов она не учитывает. Гравитоны — кванты тяготения вовсе не продукт общей теории относительности. Они придуманы по аналогии с квантовой механикой, в эйнштейновской теории их нет. А между тем, если вещество очень сильно сжато, квантовые эффекты учитывать необходимо. В нашем примере нужно сжать звезду до размеров, меньших, чем размер электрона. Существовать при такой плотности звезда не может — мы уже говорили, что это лишь мгновенная фаза безграничного сжатия. Но погодите! Ведь именно на этой фазе теория относительности перестает действовать, как перестает действовать всякая классическая теория, когда мы вторгаемся в мир элементарных частиц. А квантовая теория тяготения даже и сейчас находится в зачаточном состоянии. Может быть, когда она будет создана, окажется, что сжатие звезды все же останавливается? Физикам это необыкновенно интересно, поскольку речь идет о проникновении в самые сокровенные тайны материи…

В 1959 году, через год после выхода книги Дж. Уилера, американский астрофизик А. Камерон опубликовал статью о строении нейтронных звезд. Это была первая успешная попытка спасти нейтронные звезды для астрофизики. А. Камерон сделал естественный шаг, на который, однако, никто не решался в течение двадцати лет. Он предположил, что нейтронная звезда состоит вовсе не из идеального газа. Вспомните работу Р. Оппенгеймера и Дж. Волкова. Они решили доказать, что нейтронные звезды в принципе могут существовать. Поэтому, а также для упрощения и без того сложных вычислений они решили взять газ из невзаимодействующих друг с другом нейтронов. То есть идеальный газ.

Само название говорит о том, что такой газ — абстракция. Как абсолютно черное тело. Реальные молекулы, атомы, частицы обязательно взаимодействуют друг с другом. В классическом газе действуют силы Ван-дер-Ваальса. В вырожденном сверхплотном газе нейтронов — ядерные силы отталкивания. Ядерные силы отличаются тем, что проявляют себя лишь на очень коротких дистанциях, сравнимых с размерами атомных ядер. Но ведь в нейтронных звездах такие плотности, что нейтронам и развернуться негде, они прижаты друг к другу, расстояния между соседними нейтронами как раз и сравнимы с ядерными размерами. Значит, между нейтронами должны действовать ядерные силы отталкивания. Эти силы тоже, как и давление вырождения, действуют против тяжести, не позволяя нейтронам слишком близко сближаться друг с другом. Этот вид внутреннего давления учел А. Камерон. И оказалось, что ядерные силы в такой сверхплотной звезде, как нейтронная, расталкивают. вещество ничуть не хуже, чем давление вырожденных ферми-частиц. А. Камерон получил новое значение для максимальной массы нейтронной звезды: две массы Солнца. Больше предельной массы белого карлика. Так нейтронные звезды были спасены для астрофизики. Более того, А. Камерон писал (спустя четверть века после Ф. Цвикки), что нейтронные звезды, вероятно, возникают при взрывах сверхновых.

Вслед за В. Бааде и Ф. Цвикки А. Камерон снова писал о южной звезде в Крабовидной туманности. Почему? Ведь астрофизики уже доказали, что эта звездочка не может отвечать за излучение туманности. Ученый писал о другом: южная звезда, по его гипотезе, может быть ответственна за периодические возмущения в туманности. Помните «жгуты»?

По идее, нейтронная звезда — мертвое тело. Запасов ядерного горючего в ней нет. Не идут ни реакции синтеза, ни тем более реакции распада. Единственный вид энергии, запасенный в нейтронной звезде, это тепловая энергия. А. Камерон прекрасно понимал, что в момент образования нейтронная звезда никак не может быть холодной. Ведь шар звезды сжимается от размеров, которые ненамного меньше солнечных, до радиуса всего в 10–20 км! Любой газ при сжатии нагревается. За время коллапса это тепло вряд ли успевает излучиться. Так что новорожденная нейтронная звезда должна быть нагрета до миллиардов градусов!

Правда, при такой температуре нейтронный газ еще не вырожден. Вырождение наступает, если температура не превышает хотя бы нескольких миллионов градусов. Миллион градусов — очень много по нашим меркам. Но граничная энергия Ферми для вырождения газа нейтронов соответствует примерно этим температурам. И если температура в недрах нейтронной звезды упала хотя бы до нескольких сотен тысяч градусов, ее можно считать равной нулю — никакого влияния на структуру звезды эта оставшаяся теплота не оказывает, звезду можно считать абсолютно холодной. Понятия о жаре и холоде, как видим, тоже относительны…

Допустим, что в момент рождения нейтронная звезда была нагрета до десяти миллиардов градусов. Ее тепловая энергия составляла 2*10⁵¹ эрг. Для сравнения: запас тепла в Солнце в 10 тысяч раз меньше. Казалось бы, нейтронная звезда долго будет оставаться горячей? Нет. Ведь величина излучения пропорциональна четвертой степени температуры. Шар размером 10 км, нагретый до 10 миллиардов градусов, излучает каждую секунду около 7*10⁴⁴ эрг. Значит, всего запаса тепла нейтронной звезде хватит на 3 миллиона секунд — около месяца!

Последующие расчеты показали, что нейтронная звезда остывает еще быстрее. После взрыва, породившего Крабовидную туманность, прошло почти тысячелетие. Температура нейтронной звезды, если она там образовалась, давно упала до того самого миллиона градусов, когда нейтронную звезду можно уже считать холодной. Так что А. Камерон не ошибся в расчетах.

Но остывшая нейтронная звезда и вовсе не обладает никакой энергией. Ей нечем поддерживать активность Крабовидной туманности. А. Камерон был проницательным ученым, он вслед за Ф. Цвикки считал, что южная звезда в Крабовидной туманности — нейтронная.

И вот тут А. Камерон подошел к противоречию, из которого могло родиться открытие. Южная звезда должна быть ответственной за излучение Крабовидной туманности (должен существовать источник этой активности!), но она не может быть ответственной за излучение (в нейтронной звезде нет источников энергии). Это противоречие между теорией нейтронных звезд и наблюдениями Крабовидной туманности. Разрешить противоречие можно либо изменив теорию (это приведет к научному изобретению), либо объявив неверными наблюдения (это уже пахнет предсказанием открытия). А. Камерон не видел изъяна ни в теории, ни в наблюдениях, он пошел по наиболее простому пути: разрешил противоречие частично, сказав, что нейтронная звезда все же обладает небольшим запасом энергии (ведь она остыла не до абсолютного нуля). Этого запаса недостаточно для объяснения свечения всей туманности, но хватит, чтобы объяснить образование и исчезновение таинственных «жгутов», так удививших Р. Минковского.

Не нужно обвинять А. Камерона в недальновидности! Он был первым, кто после долгого перерыва взялся за исследование нейтронных звезд. Он первым правильно определил их максимальную массу (даже в наши дни эта величина — 2 массы Солнца — считается наиболее верной, а ведь после А. Камерона были проделаны сотни расчетов). И наконец, А. Камерон был первым, кто сказал: нейтронная звезда не является абсолютно мертвым телом.

Работа А. Камерона вышла из печати два года спустя после «Морфологической астрономии», в которой Ф. Цвикки изложил свой метод направленной интуиции и описал предсказанные им нейтронные звезды. А. Камерон читал работу своего коллеги, но… методом не воспользовался. Иначе он обязательно сделал бы вывод-предсказание, которое три года спустя вскользь прозвучало в статье советских астрофизиков В. А. Амбарцумяна и Г. С. Саакяна.

А. Камерон не задал вопрос: как должна выглядеть для наблюдателя нейтронная звезда? В физике есть закон излучения Вина: чем больше нагрето тело, тем более короткие волны оно излучает. Солнце нагрето до 6 тысяч градусов и представляется нам желтым. Температура белых карликов в несколько раз выше — они бело-голубые. А нейтронная звезда, температура которой может достигать и миллиона градусов, будет испускать уже мягкие рентгеновские лучи. Напиши А. Камерон об этом, и он предвосхитил бы возникновение рентгеновской астрономии. И тогда открытие в 1962 году первого рентгеновского источника за пределами Солнечной системы было бы не случайным, а следствием планомерного поиска. А. Камерон об этом не написал. А работа В. А. Амбарцумяна и Г. С. Саакяна вышла уже после открытия рентгеновских космических источников. Предсказание не состоялось.

Работы В. А. Амбарцумяна и Г. С. Саакяна, опубликованные в начале шестидесятых годов, стали следующим шагом в познании строения сверхплотных звезд. Эти работы были попыткой примирить идею о массивных взрывающихся дозвездных Д-телах, из которых рождаются звезды, с современной физикой — с теорией строения вещества и теорией тяготения.

Советские ученые тоже стояли перед противоречием. Сверхплотные тела должны быть массивны (ведь из одного Д-тела образуются сотни звезд в ассоциациях), и они не могут быть массивны (так утверждает теория строения сверхплотных звезд). Как быть? Может, в сверхплотных телах все же есть силы отталкивания, способные противостоять силе тяжести, значительно больше той, что «правит бал» в нейтронных звездах А. Камерона?

Сначала казалось, что найти такую силу можно. В звездах, рассчитанных А. Камероном, отталкивание создают ядерные силы, действующие между нейтронами. А что если взять более тяжелые частицы? Ведь у тяжелых частиц — их называют гиперонами — и силы отталкивания больше. Звезды, описанные В. А. Амбарцумяном и Г. С. Саакяном, были гиперонными звездами. В их центральных областях вместо нейтронного газа был газ из более тяжелых частиц — гиперонов. Чем больше силы отталкивания, тем более массивной могла бы быть звезда. Могла бы, но не стала. Максимальная масса гиперонной звезды, по расчетам В. А. Амбарцумяна и Г. С. Саакяна, оказалась равной всего 1 массе Солнца! Даже меньше, чем нейтронная звезда А. Камерона.

Вот что писали в 1961 году В. А. Амбарцумян и Г. С. Саакян: «Можно ли для гиперонных звезд получить массы, во много раз превышающие массу Солнца, если подходящим образом выбрать функцию потенциала отталкивания? Для статических конфигураций ответ отрицателен. Проведенные нами расчеты убеждают, что при разумном выборе величины радиуса действия сил отталкивания, независимо от их интенсивности, невозможно получить статические конфигурации с большими массами».

Итак, противоречие было разрешено в пользу теории. Термин «гиперонные звезды», однако, так и не прижился. Дело в том, что гипероны существуют лишь вблизи центра звезды. Даже гиперонная звезда В. А. Амбарцумяна и Г. С. Саакяна состоит в основном из нейтронов.

Почему это так? И почему вообще в нейтронной звезде могут образоваться гипероны? Посмотрим, как, по современным представлениям, меняется структура сверхплотной звезды по мере ее сжатия.

Средняя плотность белого карлика — одна тонна в кубическом сантиметре. Если массу белого карлика увеличивать, сила тяжести будет расти быстрее, чем давление вырожденного электронного газа. Поэтому размер звезды уменьшится, а значит — плотность и давление возрастут. Когда плотность достигнет 100 тысяч т/см³, начнется процесс нейтронизации вещества. Электроны движутся так быстро, величина их Ферми-энергии оказывается такой большой, что электроны обретают способность пробить потенциальный барьер сил отталкивания и соединиться с протоном. Из слившихся протона и электрона возникает нейтрон. Если после этой реакции остается какой-то излишек энергии, его уносит нейтрино. Этот процесс и называется нейтронизацией вещества.

Почему реакция идет лишь при очень высоких плотностях? Дело в том, что нейтрон на 0,14 % массивнее протона. Значит, чтобы из протона мог образоваться нейтрон, протон должен получить дополнительную массу-энергию. Откуда эта энергия берется? Ее приносит электрон. Но откуда взяться такой энергии у электрона — ведь он «легче» протона почти в 1840 раз, его масса составляет лишь около 0,05 % массы протона. Вот если бы массу электрона увеличить втрое… Это можно сделать — нужно разогнать электрон до субсветовой скорости. Быстрые электроны существуют в вырожденном электронном газе, сжатом до плотности, в 100 тысяч раз большей, чем плотность обычного белого карлика. Только в этом случае электрон может столкнуться с протоном, захватиться им, и тогда вместо двух частиц — протона и электрона — возникают две другие — нейтрон и нейтрино. Если звезду сжать еще сильнее, то энергия электронов может стать больше предела, необходимого для нейтронизации. Избыток энергии уносят возникающие при нейтронизации нейтрино. Очевидно, что чем больше избыток энергии у электронов, тем большую энергию уносит каждое нейтрино.

Уже при плотности 100 миллионов т/см³ большая часть электронов захватывается, большая часть протонов превращается в нейтроны — возникает нейтронная звезда. А если звезду сжать еще сильнее? Тогда энергии электронов хватит не только для образования нейтронов, но даже для рождения более тяжелых частиц — гиперонов. Плотность вещества звезды максимальна в ее центре, значит, и гипероны начинают появляться сначала именно в центральных областях нейтронной звезды. По мере дальнейшего сжатия звезды гиперонное ядро увеличивается. Казалось бы, если продолжать сжимать звезду, увеличивая ее массу, настанет момент, когда «гиперонная опухоль» захватит все тело звезды. Но этого не происходит, и вот почему. Едва в звезде возникает небольшое гиперонное ядро, устойчивость звезды теряется окончательно и бесповоротно. Сила тяжести увеличивается настолько (ведь сжатие звезды происходит из-за увеличения ее массы), что никакое давление не может ему противостоять. Катастрофический коллапс наступает, прежде чем «гиперонная опухоль» успевает сколько-нибудь разрастись.

Итак, в начале шестидесятых годов почти все современные теоретические представления о сверхплотных звездах уже сложились. Во-первых, стало ясно, что никакая статическая сверхплотная звезда не может быть массивнее, чем примерно две массы Солнца. Во-вторых, стало ясно, что нейтронная звезда вовсе не является шариком из нейтронов. Структура ее сложнее. В центре — небольшое ядро, состоящее из гиперонов. Плотность ядра выше, чем миллиард тонн в кубическом сантиметре! Основную долю массы звезды составляет нейтронная жидкость, обладающая, как показали дальнейшие исследования, весьма необычными свойствами. Например, она сверхтекуча. Вот парадокс! На Земле с трудом удается получить сверхтекучие жидкости — приходится охлаждать вещество почти до абсолютного нуля, до минус 273 градусов Цельсия. А в недрах нейтронной звезды температура достигает сотен тысяч или миллионов градусов, и все же нейтронная звезда сверхтекуча. Это естественно — при сверхвысокой плотности сотня тысяч градусов все равно что нуль…

Ближе к поверхности звезды в нейтронной жидкости появляется примесь из ядер железа и вырожденного электронного газа. Эта область похожа по своей структуре на белый карлик, там и плотность такая же, около тонны в кубическом сантиметре. А еще выше, у самой поверхности, тоненькая твердая кора из обычного невырожденного вещества. Толщина коры ничтожна — всего несколько сантиметров! Вот что такое нейтронная звезда, если описать ее языком теоретиков.

Но для того чтобы опознать нейтронную звезду по этим признакам, нужно ее вскрыть и заглянуть внутрь. Для астронома-наблюдателя важны внешние признаки. Теория давала и их. Если температура на поверхности нейтронной звезды превышает миллион градусов, то такая звезда должна быть источником рентгеновского излучения.

Рентгеновское излучение из космоса действительно было обнаружено. Вскоре после второй мировой войны в небо поднялись первые мирные ракеты с гейгеровскими счетчиками на борту. Они изучали рентгеновское излучение Солнца. Пятнадцать лет велись такие исследования, но никто не предполагал, что на небе, кроме Солнца, могут быть и другие источники рентгеновского излучения. Это естественно. Солнце лишь миллионную долю своего полного излучения отдает в рентгеновский диапазон. Приборы были способны обнаружить рентгеновский поток от Солнца только потому, что до Солнца «рукой подать». Ближайшая звезда в сотни тысяч раз дальше от Земли, чем Солнце. Рентгеновский поток слабее в миллиарды раз. Все понимали, что нет никакой возможности такое излучение обнаружить.

Правда, могут быть звезды более горячие, чем Солнце. По теории излучение звезды приходится в рентгеновскую область, если температура поверхности достигает миллиона градусов. А температура обычной звезды (на так называемой главной последовательности звезд) тем больше, чем больше ее масса. Сириус втрое массивнее Солнца и вдвое горячее его. Для того чтобы звезда была в сотни раз горячее Солнца, масса ее тоже должна составлять сотни солнечных масс. Такие массивные звезды вряд ли существуют в природе. Если бы такая звезда и образовалась, она была бы разорвана внутренним давлением (тот случай, когда газовое давление превосходит тяжесть!). Ну, а раз таких звезд нет, то и искать рентгеновское излучение, не связанное с Солнцем, смысла нет. Его и не искали.

В возможность открытия рентгеновского излучения других звезд не верили настолько, что считали: скорее уж можно зарегистрировать рентгеновское излучение… Луны. Да, Луны, которая холодна и светит отраженным светом Солнца. Но Луну бомбардируют потоки космических лучей. До Земли они не долетают — мешает магнитное поле. На Луне же магнитного поля практически нет. Быстрые частицы врезаются в лунные породы, отдают свою энергию, заставляют поверхность Луны флюоресцировать. Примерно так, как испускала рентгеновские лучи трубка Крукса в том знаменитом опыте, когда К. Рентген обнаружил икс-лучи, получившие затем его имя. Вот эту рентгеновскую флюоресценцию Луны и хотели обнаружить американские ученые из группы Б. Росси, запустившие 18 июня 1962 года ракету типа «Аэроби» в верхние слои атмосферы. Обнаружить свечение Луны не удалось, но неожиданно был зарегистрирован сильный рентгеновский поток из области, близкой по направлению на центр нашей Галактики. Ничего больше о новом источнике узнать тогда не удалось.

Начали готовить следующий запуск. Новые счетчики могли локализовать источник на небесной сфере — если его удастся вновь обнаружить — с точностью до двух-трех угловых градусов. Для начала шестидесятых годов это была неплохая точность. Полет состоялся год спустя. Ракета «Аэроби» подняла счетчики на высоту 500 км. Напряженное ожидание — ведь миновал год после первого полета! — оказалось не напрасным. Источник был зафиксирован вновь. Удалось определить, что он находится в созвездии Скорпиона. И вот что удивительно! Во время второго полета приборы обнаружили еще один источник, и расположен он был в направлении на Крабовидную туманность.

Теперь предстояло выяснить, что же излучает — вся туманность или знаменитая южная звезда? Дело в том, что спектр синхротронного излучения Крабовидной туманности совершенно не похож на обычный спектр нагретого газа. Быстрые электроны, если уж каким-то образом они образуются в туманности, если они дают излучение в оптическом диапазоне, могут в принципе дать и более жесткое излучение — ультрафиолетовое и даже рентгеновское.

Идею проверки предложил И. С. Шкловский. 7 июля 1964 года должно было произойти довольно редкое событие — Луна, перемещаясь вдоль эклиптики, должна была закрыть собой Крабовидную туманность. Приборы того времени не обладали достаточной разрешающей способностью, чтобы дать изображение туманности в рентгеновском диапазоне, не могли выделить излучение южной звезды. Но представьте, что к туманности по небу приближается Луна. Если рентгеновским источником является южная звезда, Луна закроет ее мгновенно, и рентгеновское излучение мгновенно исчезнет. Если же излучает вся туманность, то источник будет гаснуть постепенно, по мере того как Луна будет наползать на туманность. Наконец, когда Луна полностью закроет туманность, источник погаснет. Полное затмение должно продолжаться 12 минут, затем источник появится вновь.

Ракета «Аэроби» стартовала в срок, а на Земле у приборов ученые с волнением ждали начала затмения. Эксперимент был сложным. Ведь наблюдения с борта ракеты непродолжительны — только в течение пяти минут ракета находится высоко над Землей. А затмение продолжается 12 минут. Ракету нужно было запустить с таким расчетом, чтобы захватить обязательно центральную фазу затмения, тот момент, когда Луна закроет южную звезду. В момент включения прибора на высоте 100 км скорость счета фотонов составляла 300 импульсов в секунду. Скорость счета плавно уменьшалась, и две минуты спустя источник исчез. Стало ясно: излучает не южная звезда, а вся туманность! Синхротронный ее спектр простирается до рентгеновского диапазона.

С новой силой дало о себе знать старое противоречие. В туманности обязательно должен быть инжектор релятивистских электронов (ведь это они дают рентгеновское излучение, двигаясь в магнитном поле Крабовидной туманности). Но в туманности нет такого инжектора. Это противоречие между наблюдениями и интерпретацией. Либо неверна интерпретация излучения Крабовидной туманности синхротронным механизмом, либо нужно искать источник быстрых частиц. Идея о синхротронном излучении туманности под сомнение не ставилась. В ее пользу говорил и вид спектра, и тот факт, что в радио и оптическом излучении была обнаружена поляризация, а это свойственно именно синхротронному излучению. Итак, нужно было искать источник.

Нагревать туманность или снабжать ее быстрыми электронами могло лишь нечто, расположенное в самой туманности. А в ней не было пока обнаружено ничего, кроме южной звезды. И не было никаких доказательств того, что южная звезда — нейтронная. Впрочем, даже если бы удалось найти какие-то веские аргументы в пользу такого предположения, это еще не могло разрешить противоречия. Крабовидная туманность ежесекундно излучает во всех диапазонах электромагнитных волн больше 10³⁷ эрг. В тысячи раз больше полного излучения Солнца. В нейтронной звезде не предполагалось наличия таких источников энергии.

Астрофизики были уверены, что нейтронная звезда, горячая в момент образования, быстро остывает и из полумертвого тела становится окоченевшим трупом, которому одна дорога — на звездное кладбище. И это был прогресс в представлениях, ведь десятью годами раньше астрофизики и вовсе не верили в нейтронные звезды. А. Камерон сказал: может, нейтронная звезда хоть немного активна? Хотя бы для объяснения «жгутов»?.. В 1963 году американский астрофизик Дж. Бербидж — прекрасный наблюдатель и теоретик — писал, что источником небольшой активности нейтронной звезды могут быть радиоактивные изотопы, которые образовались в момент взрыва сверхновой и не «улетели» в пространство вместе с оболочкой. Конечно, и эта идея не объясняла, почему излучает туманность. Загадка оставалась. Нужна была более радикальная идея, но прежде предстояло сломать общее представление о нейтронных звездах как о мертвых телах.

Великая психологическая инерция скрывается в магии слов. Мертвая звезда. Мертвое тело, следствие гибели звезд. Слова гипнотизируют больше, чем нам порой кажется. Мы думаем — большое ли дело название, на ход рассуждений оно не влияет. Не влияет, если название бессмысленное. Как, например, сверхновые. Это лишь обозначение, физического смысла в нем нет. Но мертвая звезда…

В решении изобретательской задачи первый шаг —

формулировка условия без каких бы то ни было специальных терминов. К сожалению, в научной работе и этот способ не привился. Напротив, считается, что без соответствующей терминологии задачу просто невозможно сформулировать. А между тем сами термины начинают подталкивать наше сознание в определенном направлении. И часто — не в ту сторону, где лежит решение. Приведем примеры из техники, а потом вернемся к мертвым нейтронным звездам.

Как-то группе инженеров было предложено перекинуть через глубокую и широкую пропасть трубопровод, по которому должна перекачиваться нефть. Задача казалась неразрешимой — никакое увеличение сечения трубы не мешало ей изгибаться и ломаться. Но вот из условия задачи было выброшено слово «трубопровод». Нужно перебросить через пропасть какую-то «штуку» и по ней качать нефть. Решение пришло сразу. Нужно сделать эту «штуку» в форме двутавра, который обладает большим запасом прочности на изгиб. Не нужна труба, нужно сделать полый двутавр…

Еще пример. Десятки лет льды Арктики штурмуют мощные ледоколы, и столько же времени инженеры бьются над совершенствованием их конструкции. Но дело движется с трудом, потому что все сводится к увеличению мощности двигателя и усилению корпуса — колоть лед с большей силой. Такова магия названия — ледокол. Нужно было избавиться от нее, чтобы предложить идею корабля, состоящего из двух частей — верхней, которая находится над льдом, и нижней, расположенной под льдом. А соединены эти половинки параллельными стенками, которые, будто лезвия острых ножей, режут лед. Вовсе не нужно протискивать сквозь лед всю махину корабля — только узкие лезвия легко проходят насквозь, а сам корабль (можно ли назвать его ледоколом?) движется над и под льдом…

Таких примеров магии слов в технике множество. Есть они и в науке.

Впрочем, общее представление о нейтронных мертвых звездах, казалось, подтверждается и фактами. Речь идет о звездах рентгеновских.

Открытие источника излучения в созвездии Скорпиона, а затем Крабовидной туманности привело к рождению нового направления исследований: рентгеновской астрофизики. К середине 1964 года было открыто около 20 космических рентгеновских источников. Все они, кроме Крабовидной туманности, были переменными — уже одно это говорило в пользу звездной природы объектов. Рентгеновские источники меняли свою яркость в два-три раза от одного полета ракеты до другого. Это означает, что размеры излучающей области не очень-то велики и сравнимы скорее всего с размерами звезд. Но обычные звезды, как мы уже говорили, в рентгеновском диапазоне практически не излучают. Значит, остаются звезды компактные, то есть нейтронные. И даже более того. Речь конкретно шла о горячих нейтронных звездах. О какой-то иной активности и речи не было. Нейтронные звезды могут только остывать, а если рентгеновские источники могут быть нейтронными звездами, то только остывающими.

Казалось бы, это легко проверить. У любого нагретого тела очень специфическое распределение энергии в спектре — такой спектр называется излучением черного тела. Достаточно запустить ракету, измерить, сколько излучает источник в разных диапазонах, и… И ничего бы не получилось. Точность измерений в то время еще не позволяла сказать надежно, какой именно спектр наблюдается. Это мог быть и спектр черного тела, и нагретой прозрачной плазмы, и синхротронное излучение электронов, как в Крабовидной туманности. У интерпретатора была полная свобода выбора. А интерпретировать наблюдения проще всего было именно спектром черного тела. Не нужно было искать новых объяснений. Так получилось, что первым свойством нейтронных звезд, которое было хорошо исследовано теоретически, было свойство их остывания. В течение двух-трех лет были опубликованы десятки работ и выяснилось, что нейтронная звезда остывает очень быстро, лет за десять ее температура уменьшается до сотен тысяч градусов. А при такой температуре нейтронная звезда уже не может быть источником рентгеновского излучения.

К тому же выяснилось еще одно обстоятельство. Двадцать обнаруженных рентгеновских источников располагались на небе преимущественно в направлении на центр Галактики. Из этого следовало, что расстояние до них в среднем сравнимо с расстоянием до галактического центра. Действительно, если бы источники находились значительно ближе к Земле, чем центр Галактики, то они с равной вероятностью могли бы наблюдаться во всех направлениях на небе, кроме разве что высоких галактических широт, где звезд вообще мало. А расстояние до центра Галактики велико, около 10 кпс. Чтобы рентгеновский источник на таком расстоянии имел наблюдаемую интенсивность, он должен ежесекундно излучать до 10³⁸ эрг! В десятки тысяч раз больше, чем излучает Солнце во всех диапазонах. Может ли излучать так много горячая нейтронная звезда? Не может. Даже нагретая до 10 миллионов градусов нейтронная звезда будет излучать лишь 6*10³⁶ эрг/с. К тому же такая высокая температура в нейтронной звезде держится очень недолго. Возникает противоречие: горячих нейтронных звезд должно наблюдаться очень мало, на самом деле число рентгеновских источников уже в 1965 году перевалило за два десятка. Реальное же число могло достигать и сотен — ведь ракеты осматривали небольшие участки неба…

Противоречие между наблюдениями и интерпретацией: либо рентгеновские источники вовсе не такие мощные, как кажется, либо это не горячие нейтронные звезды. А что же тогда?

Внутри нейтронной звезды нет иных источников энергии, кроме тепловых. Значит, нужно искать источники внешние. Что-то, находящееся вне нейтронной звезды, сообщает ей энергию.

Вне нейтронной звезды — космос, пространство, заполненное межзвездным газом. Местами газ собирается в облака повышенной плотности, в газовые туманности. Если в облаке оказывается яркая голубая звезда, она освещает облако будто прожектор, она ионизует водород, из которого состоит облако, и мы наблюдаем яркие диффузные туманности. А если яркой звезды поблизости нет, газ не светится, и мы видим черные провалы, сквозь которые с трудом проникает свет далеких звезд. Газа в Галактике немало — около десятой доли массы всей нашей звездной системы. Однако средняя плотность этого газа — одна частица в см³! Чем может помочь эта непустая пустота?

На этот вопрос ответил в 1964 году советский ученый Я. Б. Зельдович, с именем которого связано развитие релятивистской астрофизики в нашей стране. Пусть в межзвездном газе движется звезда. Она притягивает все вокруг, в том числе, конечно, и частицы газа. Газ начинает падать на звезду. Газ достигает поверхности звезды, и накопленная им при падении кинетическая энергия выделяется в виде тепла. Газ нагревается и излучает. Вот и источник энергии.

О том, что звезды могут в принципе захватывать газ, было известно и раньше. Такой процесс называется аккрецией. Как-то предлагали аккрецию для объяснения, почему светят звезды. Было это, конечно, до открытия ядерных источников звездной энергии. Но расчеты показали, что звезда захватывает слишком мало вещества, объяснить с помощью аккреции свечение звезд совершенно невозможно.

Но сейчас речь идет не об обычных звездах, а о нейтронных. Частица, достигшая поверхности нейтронной звезды, обладает энергией в 20 тысяч раз большей, чем такая же частица, упавшая на Солнце. При аккреции межзвездного газа на нейтронную звезду на каждый грамм падающего вещества выделяется в 20 тысяч раз больше энергии, чем при аккреции на звезду обычную. Теоретики подсчитали, что звезда с массой, равной массе Солнца, ежесекундно может захватить из межзвездного пространства около миллиарда тонн вещества. По нашим земным меркам это очень много. Но давайте считать дальше. Если все это вещество упадет на Солнце, выделится около 10³⁰ эрг энергии. Это в 4 тысячи раз меньше, чем Солнце в действительности излучает. Значит, излучение Солнца аккрецией никак не объяснить. А теперь вернемся к нейтронной звезде. Миллиард тонн вещества, упавший на ее поверхность, выделит до 10³⁵ эрг энергии.

Это много, но не очень. Светимость рентгеновских источников, как мы видели, может быть в сотни раз больше. Нужно, однако, учесть, что выше речь шла об аккреции «обычного» межзвездного газа с плотностью одна частица в кубическом сантиметре. А в Галактике много плотных газовых облаков, где в каждом кубическом сантиметре находятся сотни и тысячи атомов. Соответственно возрастает скорость аккреции, увеличивается рентгеновская светимость источника…

Однако описанный процесс слишком оптимистичен. В действительности есть силы, уменьшающие аккрецию. Советский астрофизик В. Ф. Шварцман, много сделавший для теории аккреции, пришел к выводу, что релятивистская звезда не в состоянии захватить столько межзвездного вещества, чтобы обеспечить светимость даже 10³⁵ эрг/с, не говоря о более высокой. Точный расчет показал, что максимум, на который можно надеяться, это всего лишь 10³⁰ эрг/с. Обнаружить такой слабый источник двадцать лет назад нечего было и пытаться…

Но может быть, существуют другие способы обнаружения нейтронных звезд? Давайте применим морфологический метод. Построим морфологический ящик, куда включим все возможные свойства нейтронных звезд и все внешние тела и процессы.

Во-первых, нейтронная звезда проявляет себя силой тяжести. Во-вторых, если она нагрета, то проявляет себя излучением. В-третьих… Пожалуй, все.

Не много. Попробуем другую ось. Что находится вне нейтронных звезд? Во-первых, межзвездный газ. Во-вторых, другие звезды — обычные…

Достаточно. Ящик еще почти пуст, а неплохая идея найдена. Вспомним открытие белого карлика — спутника Сириуса. Так же можно поступить и сейчас, только с еще большими шансами на успех. Ведь масса нейтронной звезды больше массы белого карлика. Представьте, что спутником Сириуса является нейтронная звезда, а не белый карлик. В телескопы мы ничего не увидим — в отличие от белого карлика нейтронная звезда быстро остывает. Однако, пользуясь законами небесной механики, мы могли бы определить массу невидимого тела в системе Сириуса и сказали бы: вот странная звезда! Масса ее больше, чем масса самого Сириуса, но мы ее не видим. А между тем звезда должна светить тем ярче, чем она массивнее. Значит, мы обнаружили необычную звезду. Но и не белый карлик — слишком велика масса. Остается одно — объявить, что в системе Сириуса находится звезда сверхплотная. Та, которую мы ищем.

Описанный метод поиска нейтронных звезд и черных дыр в двойных системах был предложен советскими учеными Я. Б. Зельдовичем и О. X. Гусейновым в 1965 году. В том же году Я. Б. Зельдович и И. Д. Новиков сделали еще одно интересное заключение. Представьте опять двойную систему, состоящую из обычной и сверхплотной звезд. Обычные звезды теряют свое вещество — существует, например, звездный ветер, как у Солнца. Но Солнце «худеет» очень медленно. В двойной системе звезда способна терять вещество значительно быстрее. Это вещество — точнее, его часть — захватывается полем тяжести сверхплотной звезды. Такой процесс эффективнее процесса аккреции межзвездного газа. Значит, нейтронная звезда или черная дыра в двойной системе могут стать рентгеновскими источниками большой яркости!

Итак, вот уже несколько способов обнаружения нейтронных звезд. Первый — горячие нейтронные звезды. Второй — нейтронные звезды, заглатывающие межзвездный газ. Третий — нейтронные звезды в двойных системах.

Добавим еще один способ. В 1964 году Я. Б. Зельдович и О. X. Гусейнов обратили внимание на то, что в момент смерти звезды, когда идет процесс коллапса, когда из протонов и электронов рождаются нейтроны, в пространство уходит мощный импульс нейтринного излучения.

Одно время бытовало мнение, что когда умирает человек, мозг его испускает последний сигнал, символизирующий смерть, — мощный всплеск мозгового излучения неизвестной природы. Этот гипотетический сигнал был назван некробиотическим. Существует ли в действительности некробиотическое излучение мозга — никто не знает. Вероятнее всего, что нет. Но вот, когда умирает звезда, когда коллапс сжимает ее тело, когда вещество в агонии валится к центру, — в этот смертный миг звезда испускает «некробиотический» сигнал, который можно уловить приборами на огромных расстояниях. Процесс нейтронизации длится доли секунды — столько же продолжается и всплеск нейтринного излучения. Зафиксировать такой всплеск на Земле очень трудно, но это трудности технического характера. Нужны мощные нейтринные ловушки. Нужно и изрядное везение — всплеск длится мгновение, и неизвестно, когда его ждать…

Ежегодно астрономы обнаруживают несколько вспышек сверхновых — несколько звездных смертей. Но все эти трагедии происходят в далеких галактиках, на таких больших расстояниях от Солнца, что никакие из современных нейтринных ловушек не способны уловить импульс. Единственный пока раз — в феврале 1987 года — астрономам повезло. 23 февраля в соседней карликовой галактике — Большом Магеллановом Облаке — умерла звезда. Произошло это в 7 часов 35 минут 35 секунд мирового времени. Именно тогда две группы нейтринных детекторов — одна в Камиока (Япония), другая вблизи от Кливленда (США) — зарегистрировали неожиданный всплеск нейтрино. В течение 13 секунд приборы отметили «прибытие» 11 нейтрино (точнее — антинейтрино). А вскоре, несколько часов спустя, и наблюдатели-оптики заметили на небе нечто неладное: в Большом Магеллановом Облаке появилась и начала ярко разгораться сверхновая. Впервые в истории астрономии люди уловили «некробиотический» сигнал звезды…

Мы так и не вырвались из плена общепринятого представления о том, что нейтронная звезда — мертвое тело. Методы поиска, о которых шла речь, связаны с проявлением поля тяжести нейтронной звезды, но не с ее внутренней активностью. Исключение — всплеск нейтринного излучения, но длится он недолго и возникает до образования нейтронной звезды, в процессе катастрофического коллапса. Потерпев временную неудачу с тепловым излучением нейтронной звезды, теоретики бросили все силы на поиск внешних источников энергии. Воображение буксовало — ведь все, кто занимался проблемой поиска нейтронных звезд, были первоклассными специалистами.

Это парадоксально, но противоречия в сказанном нет. Специалисту труднее преодолеть психологичен скую инерцию, связанную с господствующей точкой зрения. Чтобы быть храбрым, нужно либо усилием воли преодолеть страх, либо просто не знать, что впереди опасность. Все, кто занимался теорией нейтронных звезд, знали, что в этих звездах нет источников энергии. Вот это знание и служило тормозом для воображения…

Психологи и специалисты по теории творчества давно ищут способы активизации воображения. Мы уже говорили о мозговом штурме, синектике — это так называемые неалгоритмические методы. Они были созданы и использовались для решения изобретательских задач, но эффективнее их можно применять для развития творческого воображения. Тренировать фантазию нужно постоянно, иначе она «скукливается», и потом ее все труднее пустить в свободный полет. Психологи установили, что самым богатым воображением обладают дети. Но багажа знаний у них нет, и им не к чему свое воображение приложить — только к игре. А без приложения фантазия начинает сдавать, к тринадцати годам воображение уже катится по наклонной плоскости, да так и катится по ней… всю жизнь. Недаром в тех областях, где нужно особенно богатое воображение, — в математике, теоретической физике — наивысшие творческие достижения приходятся на возраст 25–30 лет. Потом начинается творческий спад. Вот если бы воображение тренировали с детства, если бы его приемам учили в вузах, если бы в научно-исследовательских институтах ввели курсы упражнений по развитию творческой фантазии!..

Вы, возможно, читали фантастический рассказ Р. Джоунса «Уровень шума»? Это рассказ о роли творческого воображения.

«Мы постоянно взрослеем, и по мере того, как мы учимся в школе и получаем образование, в наших фильтрах шума появляются ограничительные уровни, которые пропускают лишь ничтожную часть сведений, приходящих из внешнего мира и из нашего воображения. Факты окружающего мира отвергаются, если они не подходят к установленным уровням. Творческое воображение суживается».

Ученым — персонажам рассказа — предлагают создать антигравитационный двигатель. Все знают, что это невозможно, и естественно, работа стоит на нуле. Совсем как в нашем случае — все знают, что нейтронные звезды мертвы, и потому не могут придумать ничего иного. В рассказе Р. Джоунса ученым показывают фильм об испытаниях реальной антигравитационной машины, приводят в дом, где жил погибший во время испытаний изобретатель. Ученых ставят перед фактом — антигравитация есть. Под давлением факта стена инерции падает, и за несколько дней ученый — герой рассказа — создает основы теории антигравитации. Новый двигатель сконструирован. Вот, что такое психологическая инерция! Если бы и в нашем случае удалось поставить астрофизиков перед фактом — нейтронные звезды не мертвы, то как развивались бы события?

Ученые любят фантастику. Чтение фантастики тренирует воображение. Фантасты в большинстве своем дилетанты в науке, но профессиональные выдумщики. Годами тренированное воображение помогает им при минимуме знаний в той или иной науке иногда предлагать интересные научные идеи. Сами ученые не любят в этом признаваться — это, по их мнению, ущемляет профессиональную гордость. Но факт есть факт. Жюль Верн, Герберт Уэллс, Александр Беляев, Иван Ефремов придумали не меньше нового в науке, чем хороший научно-исследовательский институт. Им помогало воображение.

Лет тридцать назад говорили: фантасты опережают науку. Сейчас принято говорить: фантастам за учеными не угнаться, наука слишком сложна, дилетантам не понять ее глубин, а значит, и предсказать в науке они ничего не могут. В пример приводят многочисленные несбывшиеся прогнозы. Есть и такие, конечно. Но фантастика ценна не столько тем, что прямо указывает ученым, что им делать, сколько тем, что исподволь учит думать раскованно, развивает фантазию.

Кстати, в самом утверждении «фантасты ошибаются чаще ученых» тоже есть существенная доля психологической инерции. Видимая строгость научных предположений заставляет забывать о том, что подавляющей их части суждено сгинуть без всякого следа. В науке (как и в фантастике!) выживают жизнеспособные идеи. Разница в том, что фантастическое произведение, если оно хорошо написано, если в нем есть характеры и интересные сюжетные находки, может долго волновать читателя и служить дотошным критикам примером того, как ошибаются фантасты. Ошибочная же научная идея живет не дольше того момента, когда ее сменяет другая идея, более близкая к истине. Разве мало ошибочных научных идей мы уже встретили в нашем расследовании гибели звезд? Вот и получается, что об ошибочной научной идее чаще всего забывают, об ошибочной идее фантаста помнят долго.

Можно привести в пример книгу замечательного английского астрофизика А. Эддингтона «Внутреннее строение звезд», опубликованную в тридцатых годах. А. Эддингтон был одним из первых, кто указал на ядерные источники энергии звезд. Начинал же он практически с нуля. Не удивительно поэтому, что в книге А. Эддингтона среди десятка научных идей, давно преданных забвению из-за их неверности, оказались несколько идей и решений, которые были близки к истине — потому и дожили до наших дней. Польский фантаст С. Лем в своей статье «Космология и научная фантастика», опубликованной в 1977 году, назвал книгу А. Эддингтона научно-фантастической. Приведем для примера лишь одну идею: звезды теряют массу в ходе эволюции. Вот ход рассуждений ученого. Звезды эволюционируют от состояния горячего массивного гиганта до состояния немассивного красного карлика — таким было представление об эволюции звезд в первой трети нашего века (ошибочное представление!). Но раз звезды рождаются массивными, а умирают немассивными, значит, они в течение жизни теряют массу. Логично? Вполне. Как же они теряют массу? Единственный способ взаимодействия звезды с окружающей средой — излучение (еще одна ошибочная идея!). Значит, звезды теряют массу посредством излучения, согласно знаменитой формуле Е = Мс2. Логично? Да. Но верно лишь в той части утверждения, где говорится, что звезды теряют массу.

Это утверждение справедливо и сейчас, но вот причина потерь массы и следствия из этого совершенно иные! Теперь представим себе писателя-фантаста, который на заре тридцатых годов, вдохновленный идеей А. Эддингтона, написал бы рассказ о том, как «худеет» звезда, о возможной человеческой трагедии, связанной с этим фактом. Будучи хорошо написанным, рассказ читался бы и сейчас, служа примером ошибочности идей фантаста…

Вернемся к одной из главных функций фантастической литературы — развитию творческого воображения. Не так уж много существует в мире методик по развитию воображения, и в большей своей части методики эти — следствие изучения фантастических идей.

Одна из самых популярных методик, но далеко не самая эффективная, разработана профессором Стенфордского университета Д. Арнольдом. Методика такая: инженерам дают решать какую-нибудь конструкторскую задачу, но ставят условие, что конструкция будет использована не на Земле, а на вымышленной планете Арктур— IV. На этой планете специфические условия: температура колеблется от —43 до —151 градуса Цельсия, атмосфера состоит из метана, моря — из аммиака, тяжесть вдесятеро больше земной. И на этой планете живут разумные существа — метаняне. Придумайте, говорит Д. Арнольд, в каких домах они должны жить? Какой у них транспорт? Чем они питаются"? Какие у них дороги? Машины?

Регулярно проводя со своими студентами занятия, Д. Арнольд расшатывает психологические барьеры в их сознании, и на обычные земные проблемы они начинают смотреть иначе, под более широким углом зрения, будто став пришельцами из иного мира, став своего рода дилетантами в мире нашем. И лучше решают другие творческие задачи.

Тех же результатов можно достигнуть, читая научно-фантастические произведения, действие которых происходит на вымышленных планетах. Например, романы Д. Харберта, У. Ле Гуин, X. Клемента. Планета — место действия — представлена вполне зримо, хотя и поражает воображение необычностью, так и призывает читателя думать с автором: а какие еще следствия должны вытекать из этой фантастической посылки, что еще можно придумать. Вот роман X. Клемента «Экспедиция «Тяготение» (на русский язык переведен в 1972 году). Действие происходит на очень массивной планете, вращающейся так быстро, что сила тяжести на экваторе почти уравновешена центробежной силой, а на полюсах ускорение свободного падения в 800 раз превышает земное! Лишь в районе экватора и могут жить земные космонавты, прибывшие на эту странную планету. В районе же полюсов не выдерживают и иные аборигены. Сверхбыстрым вращением определяется и форма планеты: она чрезвычайно сплющена и больше напоминает блин, чем привычный для нас шар. Будто пользуясь методом Арнольда, мы рассуждаем вместе с писателем-фантастом: как должны выглядеть на такой планете живые существа? Как они перемещаются? Строят ли города? Как представляют себе свой мир?..

Метод Д. Арнольда неплох, но он неалгоритмичен. В нем нет системы, он не дает объяснений — как придумать? Как вообразить? Это все тот же метод проб и ошибок, только поставленная задача — фантастическая.

В нашей стране разработана алгоритмическая методика развития творческого воображения. Отличается она тем, что развивает фантазию по определенной четкой и ясной системе. Курс развития творческого воображения (РТВ) читается слушателям школ и институтов изобретательского творчества. Таких школ и институтов, работающих на общественных началах, где изучается теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), в СССР больше сотни. В этих школах учат изобретать, и с этой целью учат творчеству вообще.

Один из методов, используемых для развития воображения, — метод приемов. Сам метод возник из двух «зерен» — ТРИЗ и теории фантастики. Оказалось, что изобретатели и фантасты, придумывая новые идеи, пользуются по большей части одними и теми же приемами. Пользуются этими приемами и ученые.

Какие это приемы?

Вспомним гипотезы о причинах вспышек новых звезд, попробуем отыскать в их последовательности внутреннюю логику. И для этого вспомним, что каждая гипотеза — это научное изобретение. Изобретение это появляется, если нужно разрешить возникшее научное противоречие. В основном это противоречие между наблюдением и его интерпретацией. И для того чтобы противоречие разрешить, мы обычно меняем интерпретацию. Как именно?

Вот одна из первых гипотез о происхождении вспышек. Звезда движется в межзвездном газе, попадает в плотное облако, разогревается от трения, вот и вспышка. И вот противоречие. Звезда должна нагреваться, чтобы произошла вспышка, но она не может нагреться, потому что в космосе слишком мало газа, он слишком разрежен. И тогда для разрешения возникшего противоречия был пущен в дело прием увеличения. Нужно увеличить плотность газа (если звезда нагревается от трения) или плотность числа звезд (если причина вспышки в близких прохождениях звезд). Но увеличив мысленно плотность газа, мы опять столкнемся с противоречием. В космосе нет таких плотных облаков, какие нам нужны. Выход? Либо сделать заявку на открытие (в космосе должны быть сверхплотные газовые комплексы, давайте их искать!), либо еще раз изменить интерпретацию. Использовать другой прием.

Например: уменьшение. Уменьшим мысленно расстояние между звездами. Пусть звезды проходят друг около друга так близко, что возникают приливы, извержения, вспышки. Но ведь и здесь противоречие — расстояние между звездами нельзя уменьшать, как нам хочется. Факты говорят, что звезды отделены друг от друга в среднем расстоянием 2–3 световых года. Однако нет ли здесь психологической инерции? Всегда вспоминайте о ней, когда говорите «не бывает». Для объяснения вспышек новых звезд вовсе не обязательно, чтобы звезды были близки друг к другу все время — вспышка ведь продолжается несколько месяцев. Пусть звезды проносятся на расстоянии двух-трех радиусов друг от друга, а потом разлетаются. Этого не бывает, шепчет память профессионала. Но допустим, что это есть. Противоречие, к сожалению, не исчезнет — ведь, когда звезды пролетают друг около друга, увеличивается и скорость их движения. Звезды разлетаются быстро, и силы тяжести не успевают вызвать катастрофических явлений.

Итак, для взаимодействия не хватает времени. Используем еще раз прием увеличения. Пусть звезды не только пролетают друг около друга, но остаются рядом в течение длительного времени. И теперь уже ни один астроном не скажет: так не бывает. Так бывает — в двойных системах.

Последовательное применение приемов уменьшения и увеличения (самых простых приемов, используемых в курсе РТВ) привело к гипотезе: вспышки новых происходят в двойных звездных системах, когда одна из звезд своим тяготением вызывает катастрофические явления на поверхности звезды-соседки.

Этого же результата можно было достичь другим путем, применив более сильный прием объединения: если объекты разобщены — сведите их в единую систему.

Гипотезу о двойственности новых звезд предложил, как вы помните, Клинкерфус больше восьмидесяти лет назад. В принципе она считается верной и в наши дни. Но вот что любопытно. Почти полвека гипотеза о двойственности новых считалась неверной. И все потому, что для преодоления очередного противоречия был ислользован не тот прием!

Когда была высказана гипотеза о двойственности новых, оказалось, что известные в то время двойные системы не настолько тесные, звезды в них не настолько близки друг к другу, чтобы приливные силы оказались достаточно велики. Даже в двойных системах приливы не вызывают катастрофических явлений. И тогда вместо простого приема уменьшения (уменьшим расстояние между звездами; предположим, что есть очень тесные двойные системы, попробуем такие системы найти) был использован значительно более сильный прием наоборот: если что-то не получается, сделаем наоборот. Если взрывы не удается объяснить внешними причинами, поищем причины внутренние.

Но если причина вспышки кроется в особенностях внутреннего строения звезд, то зачем нужна идея о двойственности новых? И гипотеза Клинкерфуса была забыта…

ТРИЗ предлагает много приемов устранения технических противоречий, десятки приемов развития воображения предлагает и теория фантастики. Позднее мы еще вернемся к приемам, а сейчас уясним общую схему.

От метода проб и ошибок мы перешли к морфологическому анализу — стали систематически исследовать все поле проб. Потом поняли, что это непроизводительная трата времени. Хорошо бы не пропалывать все поле (по системе или без нее), а сразу идти прямой дорогой к решению проблемы. В поисках этого пути мы выяснили, что научная задача, как и техническая, заключается в необходимости выявить и устранить противоречие. Возник вопрос: как именно можно устранить противоречие? Нужно, сказали мы, изменить одну из конфликтующих сторон. Изменить, но как? Вот для этого и нужна специальная система, нужен алгоритм. ТРИЗ является единственной пока алгоритмической методикой решения творческих изобретательских задач — приемы ТРИЗ прямо ведут к искомому решению. В решении научных задач такой завершенной теории пока нет. Использование приемов для устранения научных противоречий — лишь первые шаги.

Все, что можно в принципе сделать с явлением, фактом, рассуждением, эти приемы должны объединить в себе. На примере новых звезд мы видим, что противоречия могли быть устранены с помощью стандартных приемов увеличения, уменьшения, объединения… Но беда в том, что в науке использование приемов пока ничем не эффективнее обычного метода проб и ошибок. Потому что нет еще правил пользования приемами, нет алгоритма научного творчества.

В технике — иное дело. Советский изобретатель

Г. С. Альтшуллер проанализировал сотни тысяч изобретений и выявил несколько десятков стандартных приемов устранения технических противоречий. Более того, установил — материала было достаточно! — какие именно приемы нужно использовать для разрешения конкретных типов противоречий. Так в шестидесятых годах был создан алгоритм решения изобретательских задач (АРИЗ), ставший основой современной теории (ТРИЗ). В науке такое исследование, такой анализ научных изобретений и открытий еще не проведены. Если научное противоречие и выявлено, то еще совершенно неясно, какой именно прием нужно использовать для его разрешения. Поэтому ученые перебирают все приходящие на ум возможности (а если увеличить, а если уменьшить, а если сделать наоборот, а если объединить), и получается, в сущности, лишь переработанный вариант метода проб и ошибок. Поэтому и те приемы, о которых уже шла речь, и те, о которых пойдет речь ниже, используются пока не там, где нужен целеустремленный научный поиск, а для развития творческого воображения.