Книга: Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Глава 1 Роковое столкновение

Глава 1

Роковое столкновение

Это произошло на заседании Королевского астрономического общества в Берлингтон-Хаусе в пятницу 11 января. Всего лишь 45 минут коренным образом изменили судьбы двух людей и задержали развитие астрофизики на тридцать лет. Сотня известных ученых, выходя из зала, возбужденно обсуждали происшедшее, но вряд ли кто-то тогда понимал до конца, что же именно произошло. Итак, в 18.15 застенчивый 24-летний астрофизик из Кембриджа Субрахманьян Чандрасекар поднялся с места и доложил о своем открытии, которое никто не замечал в течение почти пяти лет.

Все, о чем говорил Чандра, шло вразрез с традиционными представлениями астрофизики. Он прекрасно понимал, что это может вызвать неодобрение, резкую критику и даже категорические возражения. Как ученый он отчаянно рисковал, но не волновался. Несмотря на молодость, Чандра был уже зрелым исследователем. Первые свои лекции Чандра прочитал в 18 лет в Президентском колледже в Мадрасе, где он регулярно выступал на коллоквиумах в присутствии известных ученых. И в Индии его считали гением, а в Берлингтон-Хаусе он получил для доклада тридцать минут (большинству обычно давали четверть часа).

Трудно было найти двух более непохожих друг на друга людей, чем Эддингтон и Чандра. Чандра — невысокий, безукоризненно одетый молодой индиец — был ангельски красив и так смугл, что выглядел темнокожим. Отбрасывая со лба свои блестящие волосы, Чандра держался с аристократизмом брамина. Поведение Чандры, излучавшего юношескую чистоту и скромность, контрастировало с высокомерием Эддингтона.

Эддингтон — тогда ему было пятьдесят два года — был профессором астрономии и экспериментальной философии; он получил практически все научные награды. Высокий, прямой как палка, с тонкогубым и бледным лицом и с совершенно симметрично расположенным пенсне, Эддингтон в своем помятом костюме-тройке, с карманными часами в нагрудном кармане и с нарочито изысканной небрежностью, имел вид типичного оксфордско-кембриджского профессора. Он держался как классический британец в период расцвета империи. Кроме того, Эддингтон был известен своим беспощадным и острым языком. Многие приходили просто посмотреть на его выступления, и он никогда никого не разочаровывал.

Великое открытие Чандры относилось ни больше ни меньше как к описанию конца Вселенной. Что произойдет со звездами, когда они полностью выжгут свое топливо? Астрофизики полагали, что они будут сжиматься и сжиматься, пока не станут маленькими и плотными белыми карликами с массой, равной массе Солнца, а по размеру — не больше Земли. Но что произойдет потом? Несколько раньше, в 1931 и 1932 годах, Чандра уже опубликовал две статьи о белых карликах. В них рассматривалась задача, поставленная в важнейшем труде Эддингтона «Внутреннее строение звезд», вышедшем в 1926 году. Однако на работы молодого индийца никто не обратил внимания.

В 1931 году, когда была опубликована его первая статья о белых карликах, Чандре было только 10 лет. Он написал ее в начале обучения в аспирантуре в Кембридже, даже не успев как следует отредактировать. В следующей статье он изложил свои аргументы более внятно. Но научная общественность все равно их не заметила. Никто не поддержал Чандру — ни Эддингтон, ни его научный руководитель Ральф Фаулер, ни его новый друг Эдвард Милн, профессор математики в Оксфорде. Возможно, они пытались уберечь неопытного юношу от публикации статьи со столь странными выводами. Или это была профессиональная ревность, и они пытались отстоять свои представления о космосе. А может, была еще более неприглядная причина, связанная с цветом кожи Чандры и его национальной принадлежностью. Сейчас себе такое нельзя даже и представить, но во времена британского владычества в Индии англичане были твердо убеждены в своем превосходстве. Разве могли они допустить, чтобы молодой человек из колонии их чему-либо учил?

Чандре казалось, что в ту морозную январскую пятницу поезд из Кембриджа в Лондон шел бесконечно долго. Не то чтобы он волновался перед выступлением в таком представительном собрании, как Королевское астрономическое общество. Он выступал там уже шесть или семь раз, и все его доклады были благосклонно приняты и своевременно опубликованы в ежемесячных изданиях этого общества.

Но в тех статьях Чандра придавал законченную форму результатам исследований других ученых, лишь дополняя их некоторыми деталями. Такую работу выполняют новички, доказывая свою научную состоятельность. Зато последняя статья была посвящена его собственному революционному открытию! Чандру переполняли надежды.

Однако что-то было не так. В предыдущий день секретарь Королевского астрономического общества доверительно сообщил Чандре, что после него будет выступать Эддингтон. По названию доклада Чандре стало ясно, что Эддингтон коснется его открытия, и он забеспокоился, не раскритикует ли Эддингтон его теорию. Встретившись с ним за день до своего выступления, Эддингтон отказался раскрыть содержание своего доклада, но договорился о предоставлении Чандре дополнительного времени для выступления, понимая важность его сообщения. Потом Чандра с досадой вспоминал, что Эддингтон часто встречался с ним и обсуждал его результаты, но никогда не рассказывал о статье, над которой работал тогда сам. Впрочем, критика на таком представительном собрании как раз и означала бы важность его открытия. Чандра совершенно не представлял себе, что произойдет на самом деле.

Кутаясь в темное пальто и подняв воротник для защиты от холодных январских ветров, Чандра взял такси от станции Ливерпуль-стрит до Южного Кенсингтона. Всегда перед заседанием Королевского общества он обедал со своим приятелем Уильямом Мак-Кри, веселым черноволосым молодым человеком с подстриженными усами. Мак-Кри был на шесть лет старше Чандры; он читал лекции по математике в Имперском колледже и тоже был учеником Фаулера. Защитив в 1929 году докторскую диссертацию, посвященную строению внешних слоев Солнца, он был несколько более осведомлен об академических нравах и пытался успокоить Чандру. Мак-Кри уверил его, что заседание Королевского общества — это великолепная возможность продемонстрировать свой потрясающий результат, и последующая дискуссия будет для Чандры очень полезна.

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.

Скорее всего, он думал, что это выступление станет началом его блестящей карьеры — ведь он выложился весь и сделал все, что мог.

Началось обсуждение доклада Чандры. Милн сравнил свои исследования белых карликов с результатами Чандры и заявил, что работа Чандры является лишь малой частью его собственных работ. Чандра рассеянно слушал и ждал, что скажет Эддингтон, который держал паузу и создавал драматическое напряжение. Но наконец тот поднялся из первого ряда, шагнул на подиум, повернулся, поднял голову и начал: «Не знаю, выйду ли отсюда живым!» Он заявил, что основы теории Чандры абсолютно неверны. Нет такой величины, утверждал Эддингтон, как верхний предел масс белых карликов. Все от удивления открыли рот. Чандра был шокирован. Правильно ли он понял Эддингтона? Ведь из его слов следовало, что работа Чандры не представляет никакого интереса.

В основном Эддингтон ссылался на труды Фаулера, в которых нет никаких ограничений на массы белых карликов — они всегда мирно умирают вместо того, чтобы исчезнуть. Это Эддингтону было больше по вкусу. Он похвалил Фаулера за то, что тот вытащил астрофизику из хаоса, а Чандру высмеял за попытку создать астрофизикам множество проблем. Ничего похожего на игру с соблюдением правил — то был прямой удар в лицо, и Чандра это сразу почувствовал.

Однако молодой индус, по существу, решил очень важную проблему, поставленную Эддингтоном, который ничего не потерял бы, сказав: «Да, я только пошутил в 1926 году, предполагая, что звезды могут полностью разрушиться. А теперь этот блестящий молодой человек показал, что такой сценарий действительно возможен. Мы с ним собираемся исследовать этот неожиданный результат». Конечно, такие великие ученые, как Харди и Эйнштейн, так бы и сделали. Репутация Эддингтона была не ниже. Разве Эддингтон не помог Чандре в прошлом году? Чтобы ускорить трудоемкие числовые вычисления, Эддингтон использовал все свое влияние, и Чандра получил первоклассный механический калькулятор. Так что же произошло? Почему Эддингтон не сказал Чандре раньше, что он не согласен с его результатами? На этом собрании разброс мнений был настолько сильным, что сарказм и цинизм участников вышли за уровень обычных дискуссий в Королевском обществе.

Чандра вспоминал все свои разговоры с Эддингтоном. «Я ведь говорил с ним о жизни звезд, о том, что у массивных звезд эволюция совсем иная, и все это мы обсуждали». Казалось, что Эддингтона эти обсуждения очень интересовали, но теперь Чандра осознал двуличность великого ученого.

Намерения Эддингтона стали понятны, когда он заявил: «Я думаю, что должен существовать закон природы, который не позволит звезде вести себя таким абсурдным образом». Другими словами: «К черту физику». Огорченный, Чандра понял, что у этого человека, несмотря на его невероятную интуицию, всегда было превратное мнение о физике. В то время как физики с энтузиазмом неслись по волнам квантовой теории с ее странностями, противоречиями, неопределенностями, астрофизика погрязла в трясине устоявшихся концепций. Астрофизики отказывались принимать математические выводы физических теорий, ведущие в невероятные области квантовой механики, и игнорировали предсказания судеб звезд, опрокидывающие утвердившиеся взгляды на Вселенную. В науке существовало неписаное правило — если теория предсказывает, что наблюдаемая величина оказывается бесконечно большой, это явно означает несостоятельность теории. Как любил говорить Альберт Эйнштейн: «В природе существуют только две бесконечные вещи: Вселенная и человеческая глупость, правда, насчет первого я не уверен». Такие астрофизики, как Эддингтон, просто не могли поверить, что огромная звезда способна когда-нибудь стать бесконечно малой.

Чандра был глубоко разочарован. Он видел, что аудитория полностью поддерживает Эддингтона, даже его друг Мак-Кри. Как же такое могло быть? Ведь всего несколькими часами ранее Мак-Кри был с ним согласен, а сейчас он пробормотал: «Похоже, Эддингтон прав». Что же произошло? Почему никто не возразил Эддингтону? Чандра попытался отмести обвинения, но, к его изумлению, круглолицый президент Стрэттон не дал ему слова. Вместо этого он опустил занавес первого акта противостояния Чандры и Эддингтона: «Аргументы доклада должны быть тщательно проверены, прежде чем мы вернемся к его обсуждению». «Авторитет Эддингтона был так велик, что люди безоговорочно ему поверили, — с грустью вспоминал Чандра. — Он высмеял мою теорию и выставил меня дураком. Проходя мимо меня, все присутствующие говорили: „Очень плохо. Очень плохо“».

Это судьбоносная дискуссия продолжалась лишь несколько минут. Каждое выступление обязательно публиковалось, и автор этой книги пытался понять, почему Эддингтон так жестко атаковал Чандру, да еще и без всякого предупреждения. Аргументация Эддингтона была совершенно неубедительна, но никто в аудитории не задал ни единого вопроса. По словам Мак-Кри, если бы не Эддингтон, а кто-то другой высказал подобные аргументы, и он и его коллеги, несомненно, выступили бы с возражениями. Но, несмотря на сомнительность утверждений Эддингтона, академическое сообщество решило поддержать своего признанного собрата. Такова была сила личности Эддингтона, имевшего высочайшую научную репутацию. Позднее Чандра говорил с горечью, что лишь один раз Эддингтон повел себя недостойно, а именно на его выступлении 11 января. Эддингтон так и не признался в этом, а Чандра никогда не забывал тот хохот, который сопровождал хорошо отрежессированный спектакль Эддингтона.

Чандра был поражен. Он знал, что Эддингтон понял его открытие даже лучше, чем кто-либо другой. Эддингтон обладал потрясающей способностью проникновения в суть проблем и поразительной интуицией, но категорически отказывался от рассмотрения явлений с точки зрения современной физики. Вскоре после 11 января, в Тринити-колледже, Эддингтон сказал Чандре: «Вы смотрите на вещи с высоты звезд. Я же смотрю на них с поверхности Земли». Чандра удивленно спросил: «Разве это не одно и то же?» Эддингтон твердо ответил: «Нет». Чандра вспоминал: «Такова была его позиция: он был уверен, что природа должна соответствовать его теориям». Таких же взглядов придерживалось и большинство других астрофизиков.

В ту пятницу вечером, возвращаясь в Кембридж, Чандра в ответ на реплику Милна «Нутром чувствую — Эддингтон прав» пробурчал: «Мне жаль, что вы не чувствуете это другим местом». Милн ликовал, потому что его собственная теория строения звезд противоречила тому, что звезды исчезают в небытии. По его мнению, что-то должно было предотвратить их полный коллапс. После бесед с Чандрой в 1934 году Милн стал соглашаться с выводами индийца. «Но когда Эддингтон сказал, что формула [для верхнего предела масс белых карликов] неправильна, Милн был рад». Вскоре он написал, что будет игнорировать теорию Чандры — не важно, верна она или нет.

Возвратившись в Тринити далеко за полночь, Чандра не пошел к себе, а направился в профессорскую и, встав перед большим камином, долго смотрел на огонь, вспоминая события прошедшего дня. До 18.45 он был счастлив и уверен в себе — ведь он совершил важное научное открытие! В красном свечении углей он видел лицо Эддингтона и мысленно обращался к событию, уничтожившему все его надежды. Это было «совершенно неожиданно и почти разрушило мою веру в себя как ученого». Неужели все было напрасно — и жертвы, которые принесла семья, посылая его из Индии в Кембридж, и трогательное прощание на пристани в Бомбее…

Через год после приезда в Англию он узнал, что его любимая мать умерла. Но уже через два дня после ее смерти ему пришлось встретиться с Эддингтоном. Несмотря на глубокую скорбь, он не мог отложить эту встречу. Рабочий кабинет Эддингтона находился в его доме рядом с обсерваторией. Великий человек сидел за письменным столом спиной к окну, выходящему в прекрасный сад. Комната была полна табачного дыма, который смешивался со сладким запахом яблок. Эддингтон всегда любил яблоки, причем съедал их полностью, с сердцевиной. Несмотря на подавленное состояние, Чандра произвел хорошее впечатление на Эддингтона. Теперь он стоял перед огнем, повторяя про себя известные строки Томаса Элиота: «Так вот и кончится мир. Так вот и кончится мир: не с треском, но уныло». Он получил сильный удар, но повержен не был — ведь всегда Чандра и Милн с сарказмом говорили об Эддингтоне, как о воплощении дьявола.

Чандра никогда не забудет того унижения, которое испытал в тот день. Он всегда был убежден в своей правоте, а потому не понимал, почему Эддингтон разбил его доводы и унизил так жестоко. Но ведь действительно, как можно было допустить, чтобы 19-летнему индийскому юноше удалось совершить открытие, которое ускользнуло от величайших умов европейской астрофизики! Чтобы понять, как все это случилось, нам придется вернуться в то время, когда британское правление в Индии стало проявлять признаки слабости и молодые индийцы осмелились заявить о своих правах.