Приямвада Натараджан - Карта Вселенной [Главные идеи, которые объясняют устройство космоса]

Процесс превращения «умирающей» звезды в черную дыру требует более подробного описания. Представьте себе типичную среднюю звезду класса нашего Солнца (относящуюся к так называемым звездам главной последовательности). Температура ядра такой звезды очень высока (15 млн °С) и существенно превосходит температуру ее поверхности. При этом субатомные частицы (электроны и атомные ядра) внутри звезды непрерывно сталкиваются и отскакивают друг от друга в результате ядерных реакций. Такие столкновения создают внутри ядра очень высокое давление, которое, в свою очередь, компенсирует мощные силы гравитации и предотвращает естественный коллапс звезды.

Понятно, что такое равновесие, основанное на тонком балансе сил, не может сохраняться бесконечно долго. Наличие источника энергии в центре Солнца, термоядерного реактора, который превращает водород в гелий, сохраняет баланс сил с самого начала. Но по мере выгорания водорода в ядре звезды силы гравитации выигрывают гонку и сжимают ядро. В этот период может начаться синтез более тяжелых химических элементов, однако постепенно, по мере потери своего ядерного горючего, звезда начинает охлаждаться. Например, из расчетов известно, что наше Солнце примерно через 5 млрд лет, когда баланс сил сместится в сторону гравитации, начнет остывать и превратится в белого карлика. Более экзотичной оказывается судьба звезд, масса которых заметно превышает массу Солнца. Такие объекты могут сжиматься и дальше, превращаясь в конечном счете в нейтронные звезды либо в черные дыры.

Дополнительный интерес к черным дырам возник благодаря работам известного теоретика Субраманьяна Чандрасекара (Чандра), трудившегося над своей теорией в Кембридже (Англия). Он прибыл туда из Индии в 1930 г. во время первого выезда из Мадраса в Кембридж в Англию и поступил в Тринити-колледж. Чандра сумел показать, что при некоторых специальных условиях в конце своей эволюции (то есть к моменту, когда все ядерное топливо выгорит) звезда может превратиться в исключительно плотный объект. Расчеты Чандры убедительно свидетельствовали о том, что некоторые из звезд могут заканчивать свое существование именно таким необычным образом, формируя бесконечно малые и бесконечно плотные объекты (сингулярности), которые мы сейчас называем черными дырами. Чандра сумел объединить две фундаментальные физические теории (ОТО и квантовую механику) и вычислить ту критическую массу звезды, при которой она взрывается и схлопывается, превращаясь в черную дыру. Предложенная Чандрой модель гибели звезды вызвала сильное сопротивление научного сообщества, причем не только из-за удивительного механизма формирования черных дыр. Дальнейшие расчеты расширили модель и показали, что звезды, масса которых превышает массу Солнца в 1,4–3 раза, превращаются в нейтронные звезды, в то время как более тяжелые звезды (чья масса в 10–25 раз больше массы Солнца) после гибели формируют черные дыры.

По иронии судьбы одним из самых яростных и интеллектуальных противников Чандры стал его коллега Эддингтон, который ранее активно способствовал продвижению ОТО Эйнштейна. На первый взгляд, именно он — тот, кто был так открыт радикальным идеям ОТО и ее экспериментальному доказательству, должен был проявить интерес к выводам Чандры, однако в данном случае между ними возник очень серьезный конфликт интересов. Дело в том, что Эддингтон уже давно разрабатывал собственную теорию (и тоже синтеза ОТО и квантовой механики), описывающую процесс коллапса звезд под воздействием собственных сил тяготения. Эддингтон считал свою теорию не только новой и смелой, но и полагал, что она наилучшим образом объединяет законы Вселенной как на самых малых масштабах — в субатомном мире, так и на самых больших масштабах космоса. Его концепция не включала черные дыры. Эддингтон не думал, что подобные очень маленькие и очень плотные тела могут искажать ткань окружающего пространства-времени настолько сильно, что свет не будет их покидать, однако он предполагал, что такие странные объекты должны исчезать, по его словам, «в никуда». Представление о сингулярности казалось физикам настолько диким, что даже сам Эйнштейн ошибочно считал, что черные дыры не могут формироваться, и полагал, что должен существовать некий физический механизм, стабилизирующий состояние звезды в процессе коллапса еще до прохождения точки невозврата. Эйнштейн и Эддингтон были уверены, что природа не может допустить столь «извращенную» форму гибели звезд {14} . Они считали модель черной дыры несовершенством, которое необходимо удалить из теории, а не неизбежным и проверяемым следствием.

На заседании Королевского астрономического общества в 1935 г. произошел знаменитый конфликт, когда Эддингтон в очень резкой и грубой форме обрушился на Чандру, хотя был осведомлен о характере расчетов последнего, поскольку они вместе работали в Тринити-колледже Кембриджа и много беседовали. Эддингтон даже не потрудился обосновать свои возражения. Он использовал интеллектуальное превосходство как директор обсерватории в Кембридже для публичной ссоры, в которую позднее оказались втянуты все выдающиеся астрономы Англии. В этот судьбоносный день, 11 января 1935 г., Чандра собирался докладывать на ежемесячном собрании Общества о своих результатах расчета судьбы звезд, которые, по его мнению, после некоторых необычных изменений должны были превратиться в черные дыры. После доклада Чандра ожидал, что Эддингтон поддержит и разовьет его выводы, поскольку они обсуждали эту теорию до заседания. Кроме того, Эддингтон был одним из двух профессоров в комиссии (вторым был Фаулер) на защите докторской диссертации Чандры и у них были хорошие отношения. К удивлению Чандры, Эддингтон (с присущими ему убедительностью и авторитарностью) буквально обрушился с критикой его выступления, заявив, что доклад содержит весьма сомнительную и скользкую математику и не имеет никакого отношения к реальности. Хотя все доводы Эддингтона были необоснованными, Чандра не мог ответить на критику по формальным правилам проведения данного собрания. Хотя его поддерживали многие присутствовавшие на описываемом заседании Королевского общества выдающиеся физики Англии (среди них руководитель его докторантуры Ральф Говард Фаулер, Вольфганг Паули, Поль Дирак и Билл Маккри), но никто из них не рискнул или не захотел противоречить весьма влиятельному и авторитетному Эддингтону на таком публичном мероприятии. Для Чандры это стало моментом предательства (особенно со стороны Фаулера и большинства физического сообщества Англии), он был шокирован и чувствовал себя униженным и беззащитным. Позднее, в 1942 г., трое из самых выдающихся физиков этого времени (Дирак, Рудольф Пайерлс и Морис Прайс) написали важную статью в поддержку позиции и идей Чандры {15} .