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

У всех объектов, с которыми мы имеем дело, — электронов, ядер атомов, рентгеновского излучения, — одна и та же природа как в космосе, на звездах, так и в лаборатории. Поэтому мы можем провести эксперимент на Земле, а потом обратиться к человеку с телескопом и спросить: «Не похоже ли это на то, что вы наблюдаете в небе?»

Земной мир — тот же космос, только в малом масштабе. Эта идея магически влияет на сознание людей. По существу она основана на суеверном представлении (которое старо как мир), что звезды определяют судьбу человека.

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.