Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Благодарности

Решая уравнения общей теории относительности, Чандра выдвинул гипотезу о существовании во Вселенной черных дыр. Сорок лет он ожидал признания своих результатов научным сообществом. Чтобы рассказать эту историю, описать конфликт Чандры и Эддингтона, мне пришлось встретиться с очевидцами событий, о которых я пишу в этой книге.

Прежде всего я очень благодарен вдове Чандры, Лалите, которая великодушно провела со мной много часов, рассказывая о покойном муже. Я также признателен известным коллегам Чандры Джеймсу Кронину, Валерии Феррари, Роберту Джероху, Роджеру Гилдебранду, Норману Лебовицу, Ли Тзун Дао, Юджину Паркеру, Эдвину Солпитеру, Ноэлю Свирдлоу, Солу Теукольских, Кипу Торну, Майклу Тернеру, Питеру Вандервурту, Роберту Валду и Дону Йорку, много лет знавшим Чандру и поделившимся со мной воспоминаниями.

Большое спасибо за гостеприимство кузену Чандры, В. Радхакришнану (Институт Рамана в Бангалоре, Индия), который рассказал мне о некоторых событиях в жизни Чандры и показал его последний проект необычного катамарана. Доктор Поннамбалан, председатель кафедры физики в колледже округа Ченнай, который окончил Чандра, был моим экскурсоводом, когда я приехал в это учебное заведение.

Стэн Вусли в Санта-Крусе терпеливо растолковывал мне новейшие теории о сверхновых звездах. Дон Остерброк любезно снабдил меня сведениями о подробностях жизни Чандры в Йеркской обсерватории и его проницательности как астрофизика. Заодно он прочитал большую часть рукописи и сделал очень важные замечания.

Я наслаждался незабываемыми выходными в Лос-Аламосе в компании Стирлинга Колгейта, который объяснил мне, как связано между собой создание ядерного оружия и исследование сверхновых звезд и черных дыр. Ричард Вайт, работавший с ним в 1960-х годах, любезно добавил ряд существенных деталей. Я благодарен Сергею Блинникову за его интересный рассказ о работе с Яковом Зельдовичем по исследованию сверхновых звезд в Советском Союзе, а также Эдварду Фриману, Ричарду Гарвину, Марвину Голдбергеру и Конраду Лонгмайеру — они рассказали мне о контактах Чандры с учеными Лос-Аламоса.

Моя работа была бы совершенно невозможна без великолепной библиотеки имени Джозефа Регенстайна в Чикагском университете, где хранятся письма и рукописи Чандры. Я признателен также Джею Сэттерфилду и чрезвычайно благодарен Такэси Ока за возможность проведения исследований в Чикагском университете.

Питер Хингли, библиотекарь Королевского астрономического общества (Берлингтон-Хаус, Лондон), потратил массу времени, отвечая на мои многочисленные вопросы.

Для меня были чрезвычайно важны многолетние записи бесед с учеными Центра истории физики в американском Институте физики. Все интересующиеся историей физики должны благодарить центр и его директора Спенсера Вирта.

Я благодарен также архивариусам и библиотекарям, которые помогли мне в моей работе. Это Джудит Гудстейн (Калифорнийский технологический институт), Шон Дж. Харди (Институт Карнеги, Вашингтон), Марк Херн (Институт астрономии, Кембриджский университет), Дэн Льюис (Хантингтонская библиотека, Сан-Марино, Калифорния), Кэти Мерфи (Университет Макгилла), Джонатан Смит (Тринити-колледж, Кембриджский университет), Тони Хогарт Смит (Христов госпиталь, Хоршэм, Англия) и Г. Мэдхэвен (управляющий делами, Индийская академия наук, Бангалор, Индия).

Мэг Уэстон-Смит великодушно поделилась со мной воспоминаниями о своем отце Эдварде Артуре Милне. Мэриэн Дуглас и Патрик Дуглас, родственники биографа Эддингтона Элис («Элли») Виберт Дуглас, любезно предоставили мне дополнительные сведения о жизни Эддингтона. Дэвид Девирст рассказал мне о пребывании Эддингтона в Кембриджской обсерватории.

Выражаю благодарность моему близкому другу Майку Брэйди за прочтение первого варианта книги и ряд ценных замечаний. Я очень рад, что во время работы над ней у меня возобновилась дружба с Гэри Стигменом. По электронной почте я мгновенно получал от него ответы на свои вопросы.

Мои коллеги также великодушно нашли время для ответов на мои вопросы и для прочтения рукописи. Я весьма благодарен Мичу Бергеру, Стирлингу Колгейту, Энди Фабиану, Крису Фрайеру, Рою Гарстэнгу, Джереми Грэю, Хриссе Кувельоту, Кэйту Мэйсону, Леону Местелю, Мартину Рису, Дэйву Скотту, Вирджинии Тримбл, Стиву Вайнбергу, Мартину Вайскопфу и Стэну Вусли.

Выражаю благодарность также Кену Брекэру, Стиву Брушу, Дэвиду Кэссиди, Эмме Годдар, Эндрю Грегори, Саймону Сингху, Стиву Миллеру, Роджеру Стюарду и Эндрю Варвику: наши обсуждения были весьма продуктивными.

Я чрезвычайно признателен своему агенту Питеру Таллэку из Conville & Walsh Literary Agency за его поддержку, энтузиазм и веру в этот проект. Агентство помогало мне справляться с трудностями во время работы. Я приношу особую благодарность Патрику Уолшу. Я отдаю должное своим редакторам: Тиму Витингу, который оказывал мне бесценную поддержку и сделал важные критические замечания, и Аманде Кук, чьи существенные комментарии и предложения сыграли важнейшую роль в моей работе. Эта книга не состоялась бы без их помощи.

Когда я писал её, я понял, как невероятно трудна работа ученых. Они обычно так увлечены своими исследованиями, что это часто приводит к психологическим перегрузкам. Дух соперничества и уединенность кажутся странными и необъяснимыми обычным людям. Так было и с персонажами моей истории. Она создана на основе достоверной, проверенной мною информации.

Собирая материал для книги, я как-то встретил в картинной галерее в Лондоне красивую женщину, на которую не мог не обратить внимания. Лесли вдохновила меня, стала моей музой, женой и лучшим другом. Она сделала более совершенной не только мою рукопись, но и всю мою жизнь.

Артур Миллер,

Лондон 2004 г.

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.