Глава

12

Челюсти тьмы

Компьютерное моделирование Стирлинга Колгейта и Ричарда Уайта было первым шагом, убедившим ученых в возможности полного коллапса звезд. Тем временем математики получили результаты, позволявшие разобраться с проблемой кажущегося противоречия в задаче о двух наблюдателях, описанной Оппенгеймером и Снайдером еще в 1939 году. В их статье речь шла о коллапсирующей звезде, стремящейся достигнуть радиуса Шварцшильда. Наблюдатель, находящийся рядом со звездой, видит, что она почти со скоростью света сжимается, причем все быстрее по мере приближения к радиусу Шварцшильда. Но для удаленного наблюдателя коллапсирующая звезда кажется застывшей. На самом деле это иллюзия: когда звезда исчезает за горизонтом событий, ее гравитация возрастает настолько, что свет не может из нее вырваться. Для решения этого парадокса потребовалось составить уравнения, которые позволили сравнить визуальную информацию, получаемую обоими наблюдателями, а именно — что происходит с материей, захваченной в область пространства и времени с огромной гравитацией. Оказалось, что Эддингтон решил эту задачу еще в 1924 году, исследуя решения уравнений Шварцшильда с точки зрения общей теории относительности Эйнштейна, хоть и не применил их к коллапсирующим звездам.

Но как поверить в то, что звезда во много раз большая чем Солнце сжимается в бесконечно малую точку? Физики были готовы к любому сценарию, пусть даже странному, нелогичному, противоречивому и абсолютно невозможному, но доказанному математически. Астрофизики же мыслили совсем иными категориями.

В 1965 году, за год до того, как Колгейт и Уайт завершили свое компьютерное моделирование, у 34-летнего английского математика Роджера Пенроуза из лондонского Биркбек-колледжа возникла блестящая идея — применить топологию в исследовании эволюции звезд. Топология — это раздел математики, в котором изучают свойства предметов и их поверхностей, не меняющихся при деформации. Стандартным примером являются кофейная чашка и бублик. Они имеют разную форму, но одинаковую топологию: у каждого предмета есть отверстие, у бублика в центре, а у чашки — в ручке. Поэтому они могут трансформироваться друг в друга без разрывов. Пенроуз, используя топологию для изучения поверхности горизонта событий, нашел неопровержимое доказательство того, что, как только звезда исчезает за горизонтом событий, она неизбежно коллапсирует, пока не превратится в сингулярность. Таким образом, он теоретически подтвердил существование черных дыр.

Дальше возникал вопрос: а можно ли увидеть эту бесконечно малую и бесконечно плотную звезду? Итак, коллапс звезд завершается сингулярностью. Но в сингулярностях законы физики нарушаются, то есть эволюция Вселенной становится непредсказуемой, что очень тревожит ученых. В 1969 году Пенроуз выдвинул «гипотезу космической цензуры» — он заявил, что не может быть голых сингулярностей. По определению, сингулярности и то, как в этих точках нарушаются законы физики, невозможно увидеть за горизонтом событий — оттуда ничто не способно выйти наружу. Скорее всего, для описания происходящего внутри черной дыры потребуется новая физика — квантовая теория гравитации. А пока по поводу сингулярностей беспокоиться не нужно.

Блестящая топологическая идея Пенроуза была, однако, не чисто математической абстракцией. Его вдохновило необычайное открытие, сделанное 34-летним голландским астрономом из Калифорнийского технологического института Маартеном Шмидтом, — за два года до работ Пенроуза он опубликовал свою поистине пионерскую статью. Шмидт исследовал спектральные линии в спектрах звезд, а практически все, что мы знаем о звездах, — от их химического состава до траекторий их движения — получено именно на основе анализа этих спектров. Ярким примером является эффект Допплера, который позволяет определить скорость звезды относительно Земли. Этот эффект, открытый австрийским ученым Кристианом Допплером, состоит в изменении частоты колебаний или длины волн, воспринимаемых наблюдателем, вследствие движения источника волн и наблюдателя относительно друг друга. К примеру, если «скорая помощь» удаляется от нас, то частота звука сирены уменьшается, а если машина приближается — то частота звука увеличивается. В 1842 году Допплер, исходя из волновой теории света, теоретически показал, что свет будет вести себя точно так же, как звуковые волны, — то есть цвет светящегося тела, например звезды, будет меняться в зависимости от скорости ее удаления от неподвижного наблюдателя.

Двадцать лет спустя астрономы подтвердили его предсказание. Чтобы измерить допплеровский сдвиг, ученые сравнивают длину волны спектральной линии определенного элемента в лаборатории с той же самой линией в спектре звезды. Таким образом определяется скорость движения звезды относительно Земли. У звезд, двигающихся к Земле, например, при вращении друг относительно друга в двойной системе, спектральные линии смещены в сторону коротких волн, в фиолетовую часть спектра. Это известно как фиолетовое смещение. У звезд, удаляющихся от Земли, спектральные линии смещены в длинноволновую область, в красную часть спектра. Это — оптическое красное смещение. Оно отличается от гравитационного красного смещения, которое является следствием влияния гравитации на свет.

В 1929 году 40-летний американский астроном Эдвин Пауэлл Хаббл, изучая оптическое красное смещение звезд, сделал важное открытие, которое во многом повлияло на наше понимание процессов, происходящих во Вселенной. Почти десять лет Хаббл наблюдал галактики в Маунт-Вилсоновской обсерватории близ Пасадины в штате Калифорния. Делал он это с помощью телескопа Хукера, тогда самого большого и лучшего телескопа в мире. В результате кропотливых измерений Хаббл обнаружил, что красное смещение галактик — другими словами, скорость, с которой галактики удаляются от нас, — зависит от их расстояния до Земли. Чем дальше галактика, тем быстрее она движется, причем ее скорость является произведением расстояния от галактики до Земли на постоянную Хаббла (закон Хаббла). Величина этой постоянной равна 70 километрам в секунду на 30,8 миллиона триллионов километров (мегапарсек). Другими словами, при увеличении расстояния от Земли до галактики на 30,8 миллиона триллионов километров скорость их удаления от нас увеличивается на 70 километров в секунду.

Открытие Хаббла стало первым доказательством расширения Вселенной. Оно легло в основу теории Большого взрыва, которую астрофизики предложили в конце 1960-х годов. Согласно этой теории, около 13 миллиардов лет назад произошел взрыв крошечного, сверхплотного, сверхгорячего сгустка материи, и с тех пор он расширяется как воздушный шар. При расширении Вселенной разные галактики, подобно пятнам на поверхности шарика, отдаляются друг от друга. Другими словами, красное смещение связано не с относительным движением галактик и Земли, а с расширением самой Вселенной. Ученые назвали его «космологическим красным смещением». Коротковолновое излучение — гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение и часть инфракрасного излучения — поглощаются атмосферой, так что астрономы стараются наблюдать их с помощью телескопов на орбитальных спутниках.

Радиоволны относятся к низкочастотной, длинноволновой области спектра. Они свободно проходят через атмосферу, поэтому астрономы могут изучать их с поверхности Земли. Радиоастрономия появилась почти случайно, в 1932 году, когда Карл Янски из «Bell Telephone Laboratory» пытался определить природу шумов при переговорах по трансатлантическому кабелю. Оказалось, что их вызывали радиоволны, идущие из центральной части Млечного Пути, причем они оказались гораздо сильнее тех, что шли от Солнца. Первоначально радиоастрономы использовали вогнутую тарелку, которая фокусировала радиоволны в антенну-приемник. Но после изобретения радаров, сыгравших большую роль во Второй мировой войне, радиоастрономы вооружились значительно более совершенной аппаратурой. Благодаря радиоастрономии было сделано одно из самых революционных открытий в астрофизике. Заряженные частицы при ускорении испускают излучение. Электроны, вращаясь с высокой скоростью в магнитном поле галактик, излучают длинные электромагнитные волны, то есть радиоволны. Таким образом, каждая галактика излучает радиоволны. Однако некоторые галактики являются более мощными источниками излучений, чем другие, причем они излучают радио-и световые волны одинаковой интенсивности. Это весьма необычное явление, поскольку большинство галактик в основном испускают свет. Радиоволны, приходящие из некоторых далеких галактик, в миллиарды раз интенсивнее радиоволн, идущих к нам из Млечного Пути. В конце 1940-х годов астрономы обнаружили три гораздо более мощных источника радиоволн, чем все известные ранее. Это излучение приходит из определенных созвездий. Сами источники казались полной загадкой, и никто не имел ни малейшего представления, что же это такое.

Вальтер Бааде (бывший сотрудник Цвикки) и 56-летний астрофизик Рудольф Минковский решили попробовать найти оптические аналоги этих таинственных источников. В 1954 году, используя крупнейший в мире оптический телескоп в Паломарской обсерватории, они обнаружили объект, который никак не мог быть звездой. Он находился примерно в центре одного из мощных источников радиоволн из созвездия Лебедя, за пределами нашей галактики. Они назвали его Лебедь А. Его красное смещение указывало на то, что он удаляется от нас со скоростью 16000 километров в секунду — примерно 5 процентов от скорости света. Согласно закону Хаббла, источник оказался поразительно далеким — его разделяет с нами 7300 миллионов триллионов километров. Сириус, самая яркая звезда, которую можно увидеть невооруженным глазом в ночном небе, находится на расстоянии 83 триллиона километров, а Солнце — на расстоянии лишь 150 миллионов километров. Лебедь А — самый мощный источник радиоволн в небе Северного полушария.

Изучая фотопластинки, Бааде и Минковский предположили, что источником этого шквала радиоволн могут быть две сталкивающиеся галактики. Но чтобы поддержать выход радиоизлучения такой мощности, галактики должны сталкиваться постоянно, что делало идею Бааде и Минковского сомнительной. Примерно в то же время английские астрономы с помощью радиотелескопов в Джодрелл-Бэнк заметили, что это радиоизлучение приходит из двух удаленных друг от друга «лепестков», — оказалось, Лебедь А состоит из компактного ядра с очень высокой мощностью излучения и двух мощных источников радиоизлучения с обеих сторон этого ядра.

К 1963 году астрономы исследовали два других странных объекта. Они числились в каталоге как 3С 48 и 3С 273. С помощью оптических телескопов астрономы обнаружили у этих объектов оптические двойники — как и у Лебедя А. Но они оказались еще более загадочными — некоторые линии в их спектрах выглядели очень странно. Они явно не могли принадлежать ни одному из знакомых ученым элементов.

Неужели во Вселенной существуют какие-то новые, неизвестные еще элементы? Маартен Шмидт и астроном из Калтеха Джесси Гринстейн, бывший коллега Чандры по Йерксу, часто обсуждали эту возможность с Вилли Фаулером, экспертом Калтеха по химии звезд. Обсуждение обычно проходило за чашкой кофе, правда, Фаулер предпочитал мартини. Он был убежден, что все эти разговоры о новом элементе — полная чушь. И он оказался прав — вскоре Шмидт понял, что таинственные спектральные линии 3С 273 — линии, испускаемые атомами водорода, но с невероятно большим красным смещением, на целых 16 процентов. Из этого следует, что 3С 273 удален от нас на 19,2 миллиарда триллионов километров, он даже дальше, чем Лебедь А, причем продолжает свое движение, можно сказать, мчится, со скоростью 40 тысяч километров в секунду (около 13 процентов от скорости света). Он выдвинул эту теорию как «достаточно очевидную и не вызывающую особых возражений».

В течение нескольких дней Гринстейн и Томас А. Мэтьюз из Калтеха определили, что спектральные линии 3С 48 сдвинуты в красную область спектра на 37 процентов. Это означает, что 3С 48 удаляется от нас со скоростью 74400 километров в секунду (примерно 25 процентов от скорости света) и по закону Хаббла находится на расстоянии 38 миллиардов триллионов километров. Другими словами, свет от этих звезд добирался до нас миллиард лет. Глядя на них, мы видим Вселенную такой, какой она была миллиард лет назад.

Объекты 3С 48 и 3С 273 находятся очень далеко, но все же могут быть сфотографированы, а значит, интенсивность их свечения огромна. И действительно, 3С 273 оказался в 25 триллионов раз ярче Солнца и в тысячу раз ярче, чем вся его галактика, которую он полностью затмевает. Этот звездоподобный объект находится в самом центре быстро движущихся галактик. 3С 273 в сто раз ярче, чем светящиеся галактики вокруг таких радиоисточников, как Лебедь А. Шмидт увидел и струи, простирающиеся от 3С 273 к одному из его лепестков, заметив, что тесная связь между струями и этим объектом является весьма интригующей.

Если воспользоваться уравнением Эйнштейна E = mc2, то получится, что энергия этих необычайно ярких звездоподобных объектов соответствует массе миллиарда солнц, целой галактике звезд. Излучение такого объекта, как 3С 273, сильно отличается от излучения обычных звезд. Оно практически полностью состоит из гамма- и рентгеновского излучения очень высокой энергии, испускаемого веществом с температурой больше 100 тысяч градусов Кельвина.

Одна из возможных причин красного смещения — мощная гравитация. Гринстейн и Шмидт рассмотрели эту гипотезу и нашли ее маловероятной. Чтобы вызвать такое чрезвычайно большое красное смещение, объекты должны быть сверхплотными настолько, что с точки зрения современной физики совершенно невозможно. Гринстейн и Шмидт придумали название для этих звездных объектов — «квазизвездные объекты», или сокращенно «квазары». Но ученые все-таки не стали сбрасывать со счетов гипотезу гравитационного красного смещения — не исключено, что существуют условия, при которых оно возможно. Но вот откуда берется такая огромная энергия квазаров — по-прежнему было совершенно непонятно.

Бааде и Минковский предположили, что энергия создается при столкновении нескольких галактик. Но это потребовало бы фантастически высокой эффективности преобразования массы в энергию. А может быть, плотное скопление 100 миллионов звезд, каждая из которых в тридцать-пятьдесят раз тяжелее Солнца, внезапно взрывается, находясь на грани превращения в сверхновую? В 1967 году Стирлинг Колгейт смоделировал эти события и показал, что хоть такие небесные фейерверки и кажутся невероятными, но они довольно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Это была гениальная идея, но теория получилась невероятно сложной.

Хойл и Фаулер тем временем работали над простой, но очень захватывающей моделью. Итак, радиоволны явно исходят из центра Галактики, но тогда очень вероятно, что квазар — это сверхмассивная звезда, образованная из плотного облака газа в центре Галактики. На определенном этапе давление излучения превышает силу тяжести, и звезда перестает захватывать газ. Фаулер и Хойл предположили, что такие сверхмассивные звезды должны быть в 100 миллионов раз массивней Солнца. После каждого периода горения звезда коллапсирует под действием собственной гравитации. И именно гравитационный коллапс сверхмассивных звезд и является источником чудовищной энергии квазаров. Эти две идеи — теория квазаров Шмидта и предположение Хойла и Фаулера, что источником энергии могут быть массивные звезды, сколлапсировавшие почти до размеров радиуса Шварцшильда, — вдохновили Пенроуза заняться математическим описанием коллапса звезды.

В один прекрасный день 1963 года, гуляя по территории кампуса Калифорнийского технологического института, Фаулер встретил своего коллегу, блестящего физика Ричарда Фейнмана. Фейнману было тогда 45 лет. (Спустя два года он был удостоен Нобелевской премии за решение задач квантовой электродинамики, с которыми не справились такие титаны теоретической физики, как Дирак, Гейзенберг и Паули.) Увидев Фаулера, Фейнман тут же заявил: «Вилли, дорогой, а знаете ли вы, что эти сверхмассивные объекты, над которыми вы и Фред сейчас работаете, неустойчивы: они будут коллапсировать согласно общей теории относительности?» Хойл и Фаулер в своей модели использовали теорию гравитации Ньютона, но общая теория относительности предсказывает гораздо большее гравитационное притяжение молекул газа, чем теория Ньютона. Это означало, что излучающие энергию сверхмассивные звезды должны непрерывно сжиматься. Фаулер тут же побежал к себе в кабинет и, как он потом рассказывал, «введя параметры общей теории относительности в свои расчеты, убедился, что Дик прав и эти проклятые звезды действительно должны коллапсировать». Он попытался спасти свою теорию, варьируя количество сжигаемого ядерного топлива и учитывая вращение звезды, но все было бесполезно.

А между тем в 1960 году Чандра решил снова вернуться к теории относительности — области физики, которой он долго избегал. К этому времени он закончил заниматься гидродинамической и гидромагнитной стабильностью (в 1961 году вышла его монография «Гидродинамическая и гидромагнитная стабильность»). Эта работа не принесла Чандре большого удовлетворения. Расчеты были долгими и трудными, и у него возникло чувство, что он впустую потратил десять лет, работая над не очень существенными проблемами. И тогда он решил обратиться к «более глубоким вопросам». Для него это было в некоторой степени и вопросом самоутверждения. Чандра хотел заняться тем, к чему стремился в течение многих лет, — теоретической физикой. Сможет ли он создать что-нибудь значительное? Он поделился своими сомнениями с коллегой по кафедре физики и другом Грегором Вентцелем, и тот его ободрил. «В любом случае, — сказал он, — вас ведь не уволят».

В 1962 году Чандра принял участие в III Международной конференции по гравитации и теории относительности в Варшаве. Там он увлеченно обсуждал проблемы астрофизики с Я. Б. Зельдовичем, с которым последний раз встречался во время поездки в Россию, двадцать восемь лет назад. Чандра вернулся из Варшавы вдохновленный. Теперь он понимал, чем стоит заняться.

Именно тогда Вилли Фаулер попал в затруднительное положение в связи с проблемой стабильности сверхмассивных звезд. Когда физик ранга Фейнмана пытается решить проблемы, находящиеся на переднем крае науки, это распространяется мгновенно. Чандра был знаком с компьютерными расчетами Фаулера, в которых звезды в 100 миллионов раз массивнее Солнца сжигают свое ядерное топливо и затем коллапсируют. Он также слышал об интуитивном отклике Фейнмана на эту работу и об отчаянных попытках Фаулера спасти свою теорию. Чандру эта тема задела за живое, он словно вернулся к событиям тридцатилетней давности, в Кембридж. Это напоминало задачу, которую Эддингтон поставил в 1916 году: каким образом остаются стабильными звезды, у которых чередуются периоды расширения и сжатия.

Чандра тогда просто использовал аппарат общей теории относительности и заявил, что Эддингтон мог бы получить аналогичные результаты пару десятилетий назад.

В 1964 году Чандра опубликовал свои первые работы по общей теории относительности. Он доказал, что, если звезда в 100 миллионов раз массивнее Солнца начнет пульсировать, она станет нестабильной. Если же она уменьшится до предполагаемого размера квазара — 160 миллиардов километров в поперечнике, — то ей придется полностью сколлапсировать и прекратить свое существование. Поэтому предполагаемая сверхмассивная звезда Хойла и Фаулера не может быть источником энергии квазаров. Чандра был в восторге от своего результата. Он заявил: «Я совершенно убежден, что сингулярности — звезды бесконечно малого размера и бесконечно большой плотности — на самом деле существуют. Огромные звезды с массой больше верхней границы для белых карликов, сжимаются в ничто и исчезают в пространстве и времени».

В декабре все основные действующие лица в исследовании квазаров собрались на симпозиуме по релятивистской астрофизике в Техасском университете в Остине. Информации и идей было в избытке. Сессия следовала за сессией, на которых Фаулер и его сотрудники представляли теории, соответствующие быстро расширяющейся базе данных. Некоторые из их теорий помещали квазары на край Солнечной системы, другие — на край Вселенной. Один день был посвящен гравитационному красному смещению, следующий — космологическому. Доклады по быстрым струям нужно было слушать в Далласе, и участникам симпозиума приходилось летать самолетом из Далласа в Остин. Они называли это «развозом молока». Возвращаясь обратно в Даллас после окончания сессии, Ричард Уайт обнаружил, что оказался среди таких корифеев астрофизики, как Маргарет и Джеффри Бербидж, Чандра, Фаулер, Уилер и Шмидт. Когда пассажирам разрешили отстегнуть ремни безопасности, Фаулер встал, драматически прижал руки ко лбу, оглядел всех присутствующих и объявил громовым голосом: «Пока этот самолет не упал, мы можем смело продолжить обсуждение квазаров».

Природа квазаров, причина их невероятной яркости до сих пор остается тайной. В 1964 году Эдвин Солпитер в США и Я. Б. Зельдович с сотрудниками в Советском Союзе предложили сценарий эволюции звезд с массой более чем в миллион раз больше массы Солнца. Такие огромные космические образования, проходя сквозь облако межзвездного газа, захватывают его молекулы, а затем, пережив гравитационный коллапс, превращаются в невообразимо малые точки, невероятно плотные и тяжелые. Далее они сворачивают вокруг себя пространство и продолжают движение, захватывая все новые и новые частицы газа, словно космические пылесосы. Частицы вблизи края горизонта событий будут врезаться друг в друга с околосветовой скоростью, нагреваясь и испуская мощное рентгеновское излучение. Теория Солпитера и Зельдовича предлагала способ генерирования огромного излучения — гораздо более мощного, чем при протекании ядерной реакции. Столько излучает целая галактика.

Удивительным образом самые различные пути и методы исследований дали результаты, которые сложились в единую картину. В 1965 году Пенроуз элегантно доказал с помощью топологии, что падающая за горизонт событий звезда исчезает навсегда. В 1966 году Колгейт и Уайт использовали компьютерное моделирование для изучения механизма коллапсирования звезд, а в 1967 году Джон Уилер нашел прекрасный и впечатляющий термин для описания области пространства, в которую коллапсируют звезды, — «черная дыра». Радиоастрономия помогла обнаружить квазары, черпавшие энергию из черных дыр: черная дыра находится в центре квазара, и частицы, улетающие за горизонт событий, излучают мощную радиацию. Теперь уже никто не сомневался в существовании черных дыр. А темпы исследований возрастали с каждым годом.

В 1969 году английский астрофизик из Королевской Гринвичской обсерватории в Сассексе Дональд Линден-Белл использовал модель Солпитера и Зельдовича для изучения центра галактики. Он предположил, что массивная звезда, полностью сколлапсировавшая за горизонт событий, станет таким сильным источником гравитации, что втянет в себя все вокруг с образованием вращающегося диска. Это натолкнуло на мысль, что черные дыры тоже могут вращаться. Массивные звезды выбрасывают в пространство часть своей массы, становятся все меньше и вращаются все быстрее и быстрее. То есть черные дыры — это не просто место для умирающих звезд, но нечто, что имеет структуру, определенные физические свойства. В 1963 году 29-летний математик из Новой Зеландии Рой Керр предложил математическое описание вращающихся черных дыр. Защитив диссертацию в Кембридже, он работал в Техасском университете в Остине.

Керр применил общую теорию относительности к пространству и времени вокруг вращающегося сферического объекта, например звезды. Разработанная им методика измерения расстояния и времени в пространстве, искривленном этим объектом, называется метрикой Керра.

В повседневной жизни мы используем евклидову геометрию — ту, что изучали в школе. В ней пространство имеет три измерения. В общей теории относительности используется метрика Керра, которая отражает структуру геометрии искривленного четырехмерного пространства-времени. Шварцшильд при решении уравнений общей теории относительности Эйнштейна использовал метрику, названную его именем, для описания свойств этого пространства-времени вокруг покоящегося (невращающегося) сферического объекта. В 1939 году Оппенгеймер и Снайдер пришли к выводу, что на самом деле это метрика для области вокруг покоящейся черной дыры. Таким образом, вращающиеся черные дыры называются черными дырами Керра, а невращающиеся — черными дырами Шварцшильда. Метрика Керра переходит в метрику Шварцшильда, если черная дыра не вращается.

Преимуществом решения Керра является то, что оно применимо ко всем возможным черным дырам. Оно просто, а потому красиво — в нем для описания каждой черной дыры требуется только два параметра, а именно ее масса и спин. Массу черной дыры (она равна массе звезды и захваченного ею вещества) несложно определить, когда черная дыра находится в двойной системе, а ее спин (количество оборотов в секунду) составляет тысячи оборотов, если дыра возникла в результате коллапса огромной звезды.

Но возможна ли такая простая классификация? Каждая вращающаяся и коллапсирующая звезда имеет разные характеристики поверхности. Однако после коллапса звезды за горизонт событий его поверхность всегда оказывается идеально гладкой — как речная поверхность после того, как камешек, брошенный вами, достигнет дна. Каждая физическая характеристика сколлапсировавшей звезды, вследствие мгновенной деформации пространства-времени, исчезает — за исключением ее массы и спина, — как улыбка Чеширского кота. Это поразительное открытие было сделано в 1960-х годах Я. Б. Зельдовичем и его группой. И снова Уилер нашел эффектный образ: «черные дыры не имеют волос». Независимо от того, как звезда прошла свой горизонт событий, она не оставляет никаких следов своей прежней индивидуальности.

Гипотеза космической цензуры Пенроуза вводит ограничения на массу черной дыры и скорость ее вращения. Если черная дыра вращается слишком быстро, то горизонт событий отдаляется от дыры, делая сколлапсировавшую звезду видимой, — но этого быть не может. Так что черные дыры, одни из самых массивных объектов во Вселенной, описываются элегантно и просто.

Осенью 1971 года Чандра взял творческий отпуск на три месяца, чтобы поработать в группе ученых, которую возглавлял ученик Уилера, профессор теоретической физики Калифорнийского технологического института Кип Торн. Торну был 31 год. Он уже несколько лет занимался черными дырами, и его группа была одной из ведущих в этой области астрофизики. Высокий, худощавый и жилистый, с длинными волосами и большой бородой, Торн излучал уверенность в своих силах. Он блестяще разбирался как в сложной математической теории черных дыр, так и в сугубо технических вопросах. Торн внушал своим ученикам, что «мы одна команда», и они обожали своего руководителя.

Торн тепло вспоминал Чандру. Всегда безукоризненно одетый, в строгом деловом костюме, Чандра с удовольствием ходил обедать вместе с Торном и его неряшливыми аспирантами в студенческую столовую «Жирная», предпочитая ее гораздо более престижному и знаменитому калтеховскому клубу «Атенеум», где бывал даже Эйнштейн. Чандра всегда приходил в свой офис ни свет ни заря, его двери всегда были открыты, и ученый был готов побеседовать с любым проходившим мимо астрономом.

Два аспиранта Торна, Уильям Пресс и Саул Тьюколски, однажды обратили внимание Чандры на работу Керра. Чандра был поражен ее математической красотой: «Самым большим впечатлением за все годы моей жизни в науке — а это более сорока пяти лет — было осознание того, что решение уравнений эйнштейновской общей теории относительности, полученное Керром, дает точное представление об огромном числе массивных черных дыр, разбросанных во Вселенной. Невероятное открытие, сделанное с помощью изящных математических операций, оказалось полностью соответствующим реальности, и это убеждает меня, что в красоте заключена высшая целесообразность природы, а человеческий разум способен откликаться на эту красоту, на ее самые глубинные и наиболее скрытые стороны».

Тьюколски продолжал поиски методов расчета взаимодействия вращающихся черных дыр с электромагнитными и гравитационными волнами. Гравитационные волны, возникающие при движении материальных объектов в пространстве, были предсказаны общей теорией относительности, но до сих пор в прямом эксперименте не наблюдались. Разбираясь с проблемами Тьюколски, Чандра почувствовал возможность связи между структурой черных дыр, электромагнетизмом и гравитационными волнами. Тьюколски вспоминал, что Чандра настаивал на интенсификации поиска этой связи. Это побудило Чандру заняться одним из самых сложных вычислений за всю его научную карьеру. К тому времени отношение к черным дырам в научном сообществе полностью изменилось. Они уже не отвергались как уродливые, неуклюжие объекты, портящие гармонию Вселенной, а считались, как говорил Чандра, «самыми совершенными макроскопическими объектами».

5 августа 1971 года космический корабль «Аполлон-15» готовился стартовать с поверхности Луны. Астронавты уже прогуливались по Луне и выходили из космического корабля в открытый космос для проведения ремонтных работ. Во время полета они провели множество научных экспериментов. В тот день полковник Дэвид Скотт и его экипаж отслеживали источники рентгеновских лучей из космоса. Они определили быстрые нерегулярные вспышки рентгеновских лучей, идущих от звезды Лебедь X-1, удаленной от Земли на 32 тысячи триллионов километров и являющейся спутником голубого сверхгиганта HDE 226868 в созвездии Лебедя. Их результаты дополнили наблюдения, сделанные в предыдущем году с американских спутников.

После испытания Советским Союзом сверхмощной «Царь-бомбы», проведенного в 1961 году, Соединенные Штаты запустили спутники для обнаружения рентгеновского излучения от советских водородных бомб. Эти спутники стали получать удивительные сигналы, например, они зафиксировали интенсивное рентгеновское излучение, вероятно, от источника, находящегося за пределами нашей галактики.

2 декабря 1970 года НАСА запустило SAS-1 (первый из трех малых астрономических спутников) со стартового комплекса Сан-Марко в Кении для наблюдения этих рентгеновских лучей. Спутник был назван «Ухуру», то есть «Свобода» на суахили. Спутник был нацелен на источник рентгеновских лучей Лебедь Х-1. «Ухуру» мог изучать этот источник всего лишь в течение двух минут, зато экипаж «Аполлона-15» — в течение целого часа.

Лебедь Х-1 привлек внимание ученых прежде всего чрезвычайной изменчивостью рентгеновского излучения. Некоторые вспышки продолжались по нескольку месяцев, другие составляли тысячные доли секунды. Быстрые перемены указывали на очень небольшие размеры источника. Оказалось, что рентгеновские лучи действительно выходили из компактного объекта размером не более 3 тысяч километров в поперечнике — менее четверти диаметра Земли.

Но как такой крошечный объект мог быть столь мощным источником излучения?

Методом сравнения с другими голубыми сверхгигантами астрофизики подсчитали, что HDE 226868 тяжелее Солнца почти в 30 раз. Так как Лебедь Х-1 был его звездой-компаньоном, то с учетом формы орбиты и массы HDE 226868 астрономы сделали вывод, что этот объект по крайней мере в 7 раз тяжелее Солнца. Но тогда Лебедь X-1 оказывался слишком большим, чтобы быть белым карликом (максимальная масса 1,4 массы Солнца) или нейтронной звездой (максимальная масса две-три массы Солнца). Как же астрофизики заволновались, поняв, что у объекта Лебедь X-1 есть практически все необходимые характеристики черной дыры! Сегодня большинство ученых согласно с тем, что Лебедь X-1 действительно является черной дырой, безжалостно пожирающей своего компаньона. «Пасть» черной дыры, то есть ее горизонт событий, составляет всего лишь 42 километра в диаметре. Где-то глубоко внутри нее находится коллапсирующая звезда. Вещество, которое черная дыра высасывает из своего компаньона, голубого сверхгиганта, образует «аккреционный диск» — широкий плоский диск вещества, он вращается вокруг дыры, как огромный компакт-диск CD-плеера. Рентгеновские лучи исходят не от черной дыры — излучение не может выйти оттуда, а от газа в аккреционном диске. Внутренние части диска вращаются быстрее, чем наружные, трутся о своих медленных соседей, нагреваются от трения и испускают рентгеновские лучи. Материя аккреционного диска постоянно засасывается в черную дыру, как вода в канализацию. Наблюдаемое рентгеновское излучение показывает, что оно исходит от аккреционного газового диска диаметром около 6,4 миллиона километров. Излучающая рентгеновские лучи горячая часть диска — примерно 480 километров в диаметре. Сегодня мы принимаем все это как должное. Но несколько десятилетий назад ученые даже представить себе не могли, что звезда способна исчезнуть, превратившись в черную дыру.

Чандра понимал, что ему будет нелегко сделать что-то значительное в физике черных дыр. В этой области науки работало множество ярких, талантливых и молодых ученых, а кроме того, он занялся черными дырами лишь в 1975 году, когда казалось, что самые интересные открытия тут уже сделаны, и оставалось только уточнять и систематизировать детали. Однако Чандре именно это и было больше всего по нраву. Вместо жонглирования числами он будет заниматься только математическими символами, как Дирак.

Чандра начал с прямого и простого вывода метрики Керра, и это ему прекрасно удалось, хотя, по мнению экспертов и самого Керра, его вывод был невозможен без чудовищно сложных вычислений. Затем следовало проанализировать, что может случиться с вращающейся черной дырой, когда она подвергается воздействию электромагнитных или гравитационных волн, и каким образом черная дыра влияет на движущиеся рядом с ней частицы. Ученые обычно продвигаются в своих исследованиях от частного к общему, но Чандра решил сразу взять быка за рога. Он считал, что именно так подходил Бете к решению физических проблем.

В 1980 году дальнейшее развитие модели Керра и новые данные о наблюдении квазаров наконец-то позволили астрофизикам прийти к единому описанию всех источников радиоволн, от слабых радиогалактик до квазаров. Это было потрясающее бракосочетание общей теории относительности с теоретической и наблюдательной астрофизикой. Итак, квазар получает энергию от сверхмассивной вращающейся черной дыры, сопровождаемой вращающимся аккреционным диском. (Черная дыра, дающая энергию квазару 3С 273, имеет колоссальную массу в миллиарды раз больше массы Солнца.) При вращении диска газы, составляющие его, сжимаются. Наряду с трением частиц газа это создает невообразимо высокие температуры. Наибольшая энергия излучения исходит от внутренней части аккреционного диска, который вращается максимально быстро и потому имеет наибольшую температуру. Размер диска составляет триллионы километров в поперечнике, и при захвате его частиц черной дырой в 3С 273 (размером миллиард километров) испускаются гамма- и рентгеновские лучи.

В последние годы астрономы успешно наблюдают квазары с помощью приемников радиоволн, инфракрасного излучения и рентгеновских лучей. Оказывается, существуют два газовых лепестка по обе стороны от активной галактики, или квазара, в центре которой находится сверхмассивная черная дыра, окруженная аккреционным диском. Из внутренней части диска перпендикулярно ему вырываются в противоположные стороны две узких струи электронов (джеты), движущиеся с околосветовыми скоростями и излучающие радиоволны. Джеты простираются в окружающий космос на огромные расстояния — сотни тысяч триллионов километров, в пять-десять раз больше целой галактики, в которой находится квазар. Когда джеты врываются в лепестки газа, они возбуждают находящиеся в них атомы, и при этом излучаются радиоволны. Излучение самых больших квазаров настолько интенсивно, что оно затмевает звезды родной галактики, и может показаться, что существует только одна звезда, один квазизвездный объект — квазар. Квазары встречаются только в старых галактиках. Они очень далеки от нас и во времени, и в пространстве. С течением времени аккреционный диск вокруг вращающейся черной дыры поглощает все частицы газа, и квазар гаснет. И мы можем только предполагать, что там, в этих областях, существуют миллионы черных дыр.

Открытия 1960-х годов полностью подтвердили теорию Чандры, высказанную им тридцать лет назад, и показали, насколько был не прав тогда Эддингтон.

 

Глава

13

Трепет перед Прекрасным

6 февраля 1960 года отец Чандры Айяр умер от внезапного сердечного приступа. Ему было семьдесят пять лет. Чандра не видел его с 1951 года. Чандра-старший всегда переживал, что его блестящий сын так и не вернулся в Индию. Это вызывало определенное напряжение в их отношениях. Кризис произошел в 1953 году, когда Лалита и Чандра решали, не следует ли им принять американское гражданство. Для них это был очень серьезный шаг, ведь он означал отказ от гражданства индийского. Но для него существовали веские причины. Например, приехав в Индию, Чандре было бы сложно вернуться в Соединенные Штаты с индийским паспортом. Кроме того, он не хотел возвращаться на родину — там были плохие условия для работы и острое соперничество в научных кругах.

Америка же становилась все более либеральной страной. В 1952 году блестящий и просвещенный демократ Э. Стивенсон начал избирательную кампанию за пост президента с требования избавить страну от маккартизма. Чандрасекары приняли участие в деятельности Демократической партии в Уильямс-Бей. Вскоре был принят закон, дающий небольшому числу лиц азиатского происхождения возможность стать гражданами США. После долгих размышлений Лалита и Чандра решили пройти через нелегкую процедуру и в октябре 1953 года стали американцами.

Айяр воспринял эту новость как пощечину не только себе, но и всей Индии. Он заявил, что Чандра забыл свои корни. Обиженный сын написал ему, что он с женой прожили в Соединенных Штатах семнадцать лет и намерены здесь и остаться. Они обсудили проблему с семействами Ферми, Койпер и Шварцшильд, то есть со всеми, кто решил натурализоваться. Чандра и Лалита не собирались терять тесные связи со своей родиной, но ничто не помогло — Айяр был глубоко оскорблен. Чандра и Лалита не общались с ним в течение нескольких лет.

И теперь он умер. Чандру эта новость повергла в шок. Без сомнения, он вспоминал свое одиночество в Кембридже, когда отец был его самым внимательным собеседником. Наверняка вспоминал и их встречу в Лондоне перед возвращением Айяра в Индию… Только через год после смерти отца Чандра смог совершить длительное путешествие по Индии. Приехав в родной дом, на «виллу Чандры», он нашел там все письма, которые посылал своему отцу из Кембриджа.

Чандра мучительно переживал смерть отца, а кроме того, его очень беспокоил выбор новой темы исследований. Теперь он хотел сосредоточить свои усилия на общей теории относительности. Его планы омрачались тем, что на этом поле одной из доминирующих фигур был его вечный демон — Эддингтон. Но однажды все вдруг остановилось — в 1974 году, сентябрьским воскресным утром, когда ему было шестьдесят три года, он почувствовал сильную боль в груди. Лалита отвезла его в больницу, где врачи диагностировали приступ стенокардии. Чандра запомнил, как доктор оценил его состояние: «По их шкале показание 5,5 является фатальным, у меня было 3,5». Если бы он не оказался вовремя в отделении интенсивной терапии, то наверняка бы умер. Три года спустя у Чандры был еще один сердечный приступ. Тогда ему сделали крайне рискованную операцию — шунтирование. Медицинский персонал ожидал послеоперационных проблем, и они не заставили себя ждать — начались уже ранним утром следующего дня. Чрезмерное кровотечение привело к опасному накоплению крови в легких и необходимости срочных действий. Предполагая, что операция прошла благополучно, Лалита уехала домой. Чандре пришлось самому подписывать бумагу о том, что он разрешает врачам делать то, что они считают нужным. Затем последовал длительный период выздоровления. «Это было очень болезненным», — с тоской вспоминал он то время. До 1980 года Чандра не смог полностью восстановиться. Его работы по черным дырам продолжались, но годы мрака и разочарований брали свое. Чандра всегда делал неформальные записи о проблемах, над которыми работал. Теперь они приняли болезненно интроспективной тон. 20 января 1976 года он переписал несколько строк из «Песни о земле» Густава Малера, которые попали в резонанс с его собственными ощущениями:

Весь ноябрь он занимался исследованиями черных дыр и пытался решить усложненные уравнения, но они ему никак не поддавались. «Я чувствую, что совершенно обескуражен, подавлен и одинок. Я отчаянно устал, и жизнь потеряла смысл. Я хочу преодолеть свой нынешний тупик: но три месяца передо мной как будто стоит каменная стена. <…> Я так хотел наконец-то закончить эту книгу. Вот тогда, думал я, покину этот университет и уйду от мирских дел, как древние святые. Однако столь многое мешает мне это сделать».

Чандра начал собирать все свои результаты по черным дырам в книгу, которую он думал назвать «Математическая теория черных дыр». Но он продолжал мучить себя вопросом: стоит ли всем этим заниматься? Возможно, Чандра утратил страсть к научным исследованиям. Он уже получил все престижные премии и награды, за исключением самой высокой — Нобелевской премии. Его работа по белым карликам была признана в 1974 году, когда Американское физическое общество вручило ему премию Дэнни Хайнемана за выдающиеся достижения в области математической физики, которая была его «первой любовью». Он был награжден золотой медалью Королевского астрономического общества и медалью Брюса. Но Чандра по-прежнему жаловался, что его главная работа, работа, которую он считал наиболее важной, — открытие верхнего предела масс белых карликов — так и не получила должной оценки мирового научного сообщества.

Прошло четыре года, но настроение Чандры по-прежнему было довольно мрачным. 18 октября 1980 года, незадолго до своего семидесятилетия, он писал: «Куда ушел оптимизм сороковых и шестидесятых годов? Как получилось, что я стал пессимистом, ни на что не надеюсь и ничего не жду?» На следующий день он на той же странице написал своим аккуратным почерком:

О! Пусть меня не волнуют пустые проблемы. Пусть моя книга будет мне утешением.

Чандре уже не удавалось скрыть своего подавленного состояния. Как-то раз заседание руководства физического факультета завершилось раньше времени. Профессора расслабились и предались воспоминаниям. Когда очередь дошла до Чандры, его глаза наполнились слезами. С горечью он признался, что сожалеет о прожитой жизни и боится, что все его достижения в науке не имеют никакого смысла. «Если главным для человека становится наука, то личная жизнь обязательно рушится, — грустно сказал он. — Так случилось и со мной — думаю, моей жене пришлось нелегко, у меня ведь, в сущности, ни на что другое, кроме науки, не хватало времени». Часто, обращаясь к Лалите, он называл ее «моя благородная жена» — она такой и была. Лалита сознательно приняла решение отказаться от собственной карьеры в физике и посвятила всю свою жизнь мужу, создавая ему условия для работы, дабы он мог полностью сосредоточиться на своих исследованиях. Она взяла на себя все бытовые проблемы, впрочем, за одним исключением — Чандра любил ходить в магазины, получая от шопинга огромное удовольствие. Однако как-то, оглядывая прошедшую жизнь, она грустно сказала: «Многое могло бы сложиться иначе». Лалита мечтала о совместной работе с мужем, но…

«Какой во всем этом смысл? Я чувствую себя глубоко обманутым», — писал Чандра в своем дневнике. Казалось, он полностью убежден в тщетности бытия, но, несмотря ни на что, упорно продолжал свои теоретические исследования. Работа стала его спасением и помогла преодолеть период тяжелой депрессии после сердечного приступа. Не исключено, что Чандра верил, как и Пикассо, что, пока работает, он не умрет. В конце 1982 года Чандра закончил книгу о черных дырах, и его снова стали посещать мысли о тщете бытия. Он записал в дневнике: «Во время 40, 50 и 60-х годов у меня были небольшие периоды депрессии и уныния, но наука помогала их преодолеть, а кроме того, все же некоторые надежды и устремления тогда были реализованы. И в целом я был вполне благополучен. А с 1969 года я работаю и живу практически без поддержки коллег; все мои надежды разбились в пух и прах. Однако настойчивость и желание сделать что-то полезное все-таки помогли мне сохранить присутствие духа. Светлые моменты случались редко — в мае 1976 года, когда я решил уравнения Дирака, в феврале 1978 года, когда я успешно применил уравнения Ньюмена-Пенроуза о возмущениях Рейснера-Нордстрема для черных дыр. Я отошел от мрачных 70-х годов, когда в 80-х писал книгу. Трудно представить, что было бы со мной в те годы, если бы не эта книга. Теперь же болеутоляющее, поддерживавшее меня в течение трех лет, кончилось, и я в полной растерянности, у меня нет никакого желания чем-то заняться. Книгу все-таки печатают, но будущее бесперспективно. Я стою перед темной непроницаемой стеной и не вижу никакого выхода». Это не было обычной усталостью, которую каждый автор испытывает после завершения большой работы. Нечто другое омрачало его сознание. Возможно, занимаясь исследованием черных дыр, он надеялся осуществить свою мечту стать физиком-теоретиком, как Дирак. Но его работа казалась ему недоделанной, недостаточно оцененной коллегами. К тому же книга была написана в конце жизни.

На страницах монографии «Математическая теория черных дыр» Чандра часто говорил, что ищет «простое решение». Однако тут изящество стиля и простота ему изменили. Это особенно проявилось в избыточно сложных расчетах взаимодействия черных дыр с гравитационными волнами, он никак не мог решить задачу простыми средствами. Чандра писал, что в будущем «эта сложность будет устранена при более глубоком понимании проблемы. Впрочем, уже проведенный анализ привел нас в царство рококо: великолепное, радостное, богато украшенное». Читатель может ознакомиться с деталями расчетов, изучая фолиант объемом 600 страниц и шесть рукописных блокнотов, которые он сдал в библиотеку Чикагского университета. Все это выглядит весьма впечатляюще.

Многие жаловались, что чрезмерное использование Чандрой математического аппарата затрудняло понимание физики явлений. Но именно таков был его стиль решения задачи. Коллеги шутили, что Чандра встает на рассвете и к семи утра записывает двести уравнений. На лекциях он пишет такие длинные уравнения, что они не умещаются на доске. Чандра отвечал: «Вы можете думать, что я разбиваю яйца молотком, но я делаю это весьма успешно». В своем отзыве о «Математической теории черных дыр» выдающийся британский астрофизик и астроном Мартин Рис цитирует эрудита XIX века Уильяма Уэвелла. Про доклад о теории движения Ньютона он пишет: «Мы словно находимся в старинном арсенале, где хранится оружие гигантских размеров, и поражаемся: какими же могучими были воины в далекие времена — сражались, нанося удары оружием, которое мы не в состоянии даже просто поднять». Таким же был стиль Чандры — классический, но так отличающийся от элегантного, современного, мощного топологического подхода к проблеме черных дыр, разработанного Роджером Пенроузом, работы которого Чандра, кстати, высокого ценил.

19 октября 1983 года он отметил свой семьдесят третий день рождения. В тот же день было объявлено, что он удостоен Нобелевской премии. Наконец-то он получил самую престижную награду в мире науки. На него обрушился вал поздравлений. Однако Чандра был недоволен. На церемонии в Стокгольме объявили, что премия является признанием «одной из самых известных работ Чандрасекара — изучения структуры белого карлика». Получается, огромное количество других его работ ничего не значат! Он опубликовал автобиографический отчет о семи периодах своей научной карьеры и основных работах: по структуре звезд (1929–1939), звездной динамике (1938–1943), переносу излучения (1943–1950), гидродинамической и гидромагнитной устойчивости (1952–1961), эллипсоидальным фигурам равновесия (1961–1968), общей теории относительности и релятивистской астрофизике (1962–1971) и математической теории черных дыр (1974–1983). «А работа, за которую меня наградили Нобелевской премией, была сделана мной еще в юности», — возмущался он. Друзья пытались убедить Чандру, что он получил Нобелевскую премию за все свои научные достижения, но Чандру их уговоры не утешали.

Нобелевскую премию Чандра разделил с Вилли Фаулером, который считался в то время выдающимся астрофизиком — в отличие от Чандры, которого уважали, но при этом считали скорее ученым прошлого, чем настоящего. Решение Нобелевского комитета было объявлено как раз в те дни, когда в Йерксе проходил симпозиум по ядерной астрофизике. Услышав о присуждении премии, Фаулер сделал довольно скромное заявление, а известный университетский астрофизик Дэвид Шрамм позвонил Чандре, желая его поздравить. Трубку взяла Лалита. Она сказала, что Чандра давным-давно должен был получить Нобелевскую премию, это было лишь вопросом времени. Так как Чандра начинал свою карьеру в Йерксе, Шрамм предложил ему присоединиться к торжеству, но Чандра вежливо отклонил приглашение.

Вскоре после объявления решения Нобелевского комитета Чандра дал интервью, в котором заявил, что если бы его работу признали в 1930-е годы, то не возникла бы так осложнившая его жизнь полемика с Эддингтоном. Тогда никто его не поддержал. Чандра напомнил о лекциях Рассела по структуре звезд без ссылок на его работы и неприветливое отношение к нему в Йерксе.

Жгучее желание получить Нобелевскую премию отравило жизнь не одному ученому — сделавший выдающееся открытие многие годы должен был ждать телефонного звонка в октябре. Очень горько, когда тебя несправедливо забывают. Макс Борн стал лауреатом Нобелевской премии только в 1954 году, когда получение этой премии стало для него уже параноидальной идеей. Чандра помнил, как в 1933 году в Кавендишской лаборатории в Кембридже отмечали получение Нобелевской премии Дираком и Гейзенбергом. Когда они вошли в зал и все зааплодировали, глаза Борна наполнились слезами. «Я должен был там быть, я должен был там быть», — повторял он.

Большинство лауреатов Нобелевской премии были просто завалены предложениями о высокооплачиваемых выступлениях и приглашениями на высшие административные должности. Часто они даже бросали научную работу. У Чандры все произошло ровно наоборот — у него появился стимул начать новые исследования. Он решил посмотреть, что случится, когда гравитационные волны будут взаимодействовать друг с другом и воздействовать на звезды, изменяя их форму и инициируя «дыхание», «нерадиальные колебания», а также новые, рассеянные гравитационные волны — примерно как морские волны, ударяясь о скалы, отражаются обратно и встречаются с волнами, идущими им навстречу. Чандра опубликовал на эту тему двадцать семь статей — темп его работы нисколько не изменился.

Профессор физики Римского университета Валерия Феррари занималась вместе с Чандрой исследованием взаимодействия гравитационных волн. Они познакомились в Риме летом 1983 года. Валерия произвела на Чандру хорошее впечатление, и он пригласил ее в Чикаго. Через три дня после объявления о присуждении ему Нобелевской премии Валерия уже оказалась в Чикаго, в его офисе — она была готова приступить к работе. Увидев ее, Чандра был удивлен, поскольку телеграмма о ее приезде до него почему-то не дошла. Валерия до сих пор вспоминает его обходительность, его «желание изучать новое, копаться в трудных проблемах и стремление разгадать их». Чандра всегда искал в науке гармонию и симметрию. Он полагал, что «теория взаимодействующих гравитационных волн может быть построена по той же схеме, что и теория черных дыр». Задача была чрезвычайно трудной, но уже через год появилась их первая публикация, которую Чандра всегда называл «статья Валерии».

В середине 1980-х Чандре было уже хорошо за семьдесят, но он приступил к работе еще над одним проектом. В июне 1987 года Чандру пригласили выступить на конференции в честь трехсотлетия знаменитой книги Ньютона «Математические начала натуральной философии» («Philosophiae naturalis principia mathematica»), торжественно и коротко называемой «Начала». Как специалист по общей теории относительности, Чандра согласился рассказать о последних достижениях в изучении гравитации. Готовясь к выступлению, он со своей обычной скрупулезностью начал изучать магистерскую работу Ньютона. Чандру поразили элегантность результатов, полученных великим ученым и ставших основанием современной физики. Чандра назвал свою лекцию «Эстетический базис общей теории относительности». Он не представил руководству конференции текст своего выступления вовремя. «Я стал изучать „Математические начала натуральной философии“ [„Начала“ Ньютона], однако понял, что мне потребуется не меньше года, — писал он. — При рассмотрении его пятнадцати выводов и попытке самому их получить я был поражен оригинальностью его подхода. Это удивительно — даже рассуждая об истории, Ньютон использовал чисто естественно-научные приемы». Чандра был очарован Ньютоном. Великий английский ученый стал его последней любовью. Чандра был уже далеко не молод, но составил план своей работы на будущее. «Есть два проекта, которые хотелось бы завершить до моей смерти: 1. Написать и опубликовать хвалебную песнь Ньютону. 2. Подготовить текст лекции „Картины Клода Моне и общая теория относительности“. (Я напишу по этому поводу эссе — и не важно, прочту ли я когда-нибудь такую лекцию)». Два года он посвятил работе над этими проектами. Через восемь лет после Кембриджский конференции была опубликована его книга «„Начала“ Ньютона для общего чтения». Чандра написал ее очень быстро, как будто хотел обогнать время. Он посылал каждую главу издателю сразу после написания. Для себя он оставил краткие заметки под названием «Как я писал свою книгу о „Началах“». Чандра отметил, что он работал не так, как обычные историки, занимающиеся наследием Ньютона. Чандра полагал, что они избрали «легкий путь изложения в напыщенной, мягкой и расплывчатой манере», а он использовал строгий аппарат математики XX века. И именно он мог сделать это, так как был прекрасным знатоком ньютоновской механики.

Историки науки могут возразить, что такой подход несколько затушевывает образ мышления великого ученого — все-таки он был человеком XVII века и чрезвычайно интересовался библейской хронологией и алхимией. Р. Вестфолл, один из ведущих исследователей Ньютона, охарактеризовал «„Начала“ Ньютона для общего чтения» как «обязательное чтение», хотя и добавил: «Историки науки найдут, что она сбивает с толку». К счастью, этот отзыв был опубликован лишь в 1996 году, и Чандра, конечно, о нем не узнал.

Затем он завершил свое эссе о Моне и общей теории относительности. А потом чувствовал, что жизнь подходит к концу. Хотя ему было что еще сказать людям. В 1987 году он опубликовал несколько статей о взаимосвязи искусства и науки, которые потом были изданы в сборнике под элегантным названием: «Эстетика и мотивация в науке».

Чандра любил читать биографии известных людей. Находя различия и сходства в творчестве художников, писателей и ученых, он обнаружил, что они могут продолжать работать и создавать прекрасные произведения даже в пожилом возрасте. Правда, у всех это происходит по-разному. В 42 года Ньютон отказался от серьезных научных исследований. После того как Джеймсу Клерку Максвеллу исполнилось 35, этот великий ученый, объединивший электричество, магнетизм и свет, не смог сделать ничего, что соответствовало его предыдущим достижениям, а Эйнштейн не выдвинул никаких великих теорий после 36 лет. Чандра сравнивал их с лордом Рэлеем, который на протяжении своей долгой карьеры стремился внести ясность и математическую строгость во все свои теории, начиная от электричества и магнетизма до теорий о возникновении света, тепла и звука. И Чандра пришел к горькому выводу — самым важным из его открытий было самое первое, как посчитал и Нобелевский комитет. Но как же быть с другими его открытиями, не менее фундаментальными, чем работы лорда Рэлея?

Чандра считал, что важность научных исследований не имеет ничего общего с их практической пользой или понятностью для обывателей. Он всегда помнил, что сказал ему однажды Г. X. Харди в Кембридже: «Если кто-нибудь спросит вас, почему вы астроном и какая польза может быть от астрономии, то правильный ответ будет таким: астрономия бесполезна, и моя работа, вероятно, никому не нужна, но я убежден: то, что я делаю как астроном, — самая важная часть моей жизни. Да, я женат, получаю зарплату, брюнет, любим моими близкими, — но все это не имеет никакого значения для других. Зато моя профессиональная деятельность представляет ценность для отдельных людей, как бы мало их ни было, и имеет огромную ценность для меня. Ведь важно только то, что вы добавили к всеобщему знанию». Для Чандры, который всегда был одиночкой и никогда не считал себя частью астрономического истеблишмента, это высказывание Харди было вполне приемлемым объяснением смысла его исследований.

Чандра всегда любил живопись и литературу. Он считал, что искусство помогает совершенствовать науку. В своем эссе о Моне он рассуждал о красоте общей теории относительности Эйнштейна, «поскольку ученые обычно не стремились разъяснять красоту ее деталей». Он задавал себе вопрос: «Можно ли оценивать научные теории как произведения искусства?» — и напомнил о двух уже данных на него ответах. Первый из них принадлежит великому английскому философу Фрэнсису Бэкону: «Не может быть совершенной красоты, у которой не нарушены пропорции. В истинной красоте всегда есть изъян». Второе принадлежит Гейзенбергу, герою его юности: «Красота есть соответствие частей друг другу и целому». По мнению Чандры, критерий Гейзенберга применим и к искусству и к науке.

В общей теории относительности кажется «странным», что она связывает объекты, которые ранее считались совершенно несвязанными, а именно структуру пространства и материю в этом пространстве. Большие массы и очень плотные объекты, такие как белые карлики и нейтронные звезды, искажают пространство вокруг себя. (Стивен Хокинг преподнес еще больше сюрпризов, когда использовал квантовую механику для рассмотрения черных дыр и обнаружил, что они со временем — испаряются! Правда, за огромное время — триллионы и триллионы лет — дольше, чем предполагаемое время жизни нашей Вселенной). Для Чандры решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна по методу Керра было еще одним примером красоты науки, которую он проанализировал в своем эссе о Моне и общей теории относительности. Первоначальное решение Керра было математическим упражнением для анализа состояния пространства и времени вблизи вращающейся сферы, но последующие исследования показали, что эта сфера в реальности является вращающейся звездой внутри вращающейся черной дыры. Описание черных дыр с помощью всего лишь массы и спина потрясло астрофизиков. Чандра заявил: «Существует множество примеров, когда красивая идея, родившись в человеческом сознании, обязательно находила, рано или поздно, подтверждение своей верности в окружающем нас мире. Мне кажется, это весьма здравая мысль».

Моне был любимым художником Чандры. Глядя на картины со стогами сена и с Руанским собором глазами математика, Чандра видел вечные, неизменные образы, сотканные из света и цвета. «Для меня пейзаж не существует сам по себе — живым его делает все, что его окружает», — цитировал он Моне. Согласно общей теории относительности, структура пространства-времени определяется его геометрией и описывается сложными уравнениями. Как и художники, ученые работают с цветом, формой и симметрией. Для них геометрия и уравнения играют ту же роль, что свет и цвет для художника, — с их помощью можно описать существующую реальность.

Погружаясь в исследования черных дыр, Чандра вдохновлялся работами Пенроуза о сталкивающихся гравитационных волнах. Удивительным образом математические расчеты показывали, что после столкновения волны отражаются друг от друга, затем коллапсируют и образуют сингулярность — подобно происходящему в черной дыре. Этот результат можно было бы сравнить с открытием Чандры пятидесятилетней давности. Глубокое понимание сложного математического аппарата общей теории относительности привело Чандру к мысли, что теория встречных волн может быть построена подобно теории черных дыр. Чандра сумел обойтись без громоздких математических вычислений, которые описывают гравитационные волны, потому что структура пространства-времени после столкновения гравитационных волн подобна вращающейся черной дыре.

Картины Моне натолкнули Чандру на эффектный способ описания неожиданного сходства черных дыр и сталкивающихся гравитационных волн. Он выписал сложные уравнения этих двух явлений как две «картины», описанные с помощью метрик Керра, хотя внешне они полностью отличаются, как и два пейзажа Моне с Руанским собором.

С невероятной математической виртуозностью Чандра показал, что оба набора уравнений могут быть записаны «просто» как уравнение E = p + iq об искажении пространства-времени. «Это замечательный факт, — записал он, — весь набор уравнений в обеих картинах можно свести к одному и тому же уравнению». Не обсуждая смысла символов, скажем, что E — это блестящий «неизменный объект» Чандры. Уравнение связывает два совершенно различных аспекта изучения звезд. Свойства черных дыр и рассеяние гравитационных волн — две стороны одной и той же общей теории, связанные математической величиной E. В этом уравнении проявилась красота общей теории относительности, и Чандра был чрезвычайно взволнован возможностью такого столь неожиданного упрощения. В своем эссе о Моне он процитировал изречение Гейзенберга о красоте науки: «Если природа приводит нас к простым и красивым математическим формам, ранее никому не встречавшимся, то легко поверить, что они истинны и раскрывают подлинную ее сущность».

Однако коллеги не разделяли энтузиазм Чандры. Валерия Феррари вспоминала: «Думаю, он был сильно разочарован, что они не смогли в полной мере оценить и понять глубину физической идеи — объединения этих теорий (черных дыр и сталкивающихся гравитационных волн) в одном представлении, результат, который он считал главным своим достижением». В книге «Математическая теория черных дыр» Чандра рассказывал о своих разговорах со скульптором Генри Муром — они обсуждали, как надо смотреть на скульптуры, с близкого расстояния или издалека. Мур считал, что скульптуру нужно рассматривать со всех расстояний — так красота раскрывается более полно. Подобно статуе Микеланджело, для Чандры «математическое совершенство черных дыр также проявляется особым образом на каждом уровне понимания». И в этом — их своеобразная красота.

Эддингтон писал о падении в черную дыру как о падении «в никуда». Но как мы понимаем термин «никуда»? В области сингулярности звезды, которая сократилась до бесконечно малой и бесконечно плотной точки, законы классической физики и общей теории относительности нарушаются. Однако квантовая механика умеет справляться с бесконечностями, перед которыми пасует классическая физика. В глубине черной дыры действуют законы квантовой гравитации. И физики предполагают, что в этой экстремальной области теряется связь между пространством и временем и нарушается причинный порядок событий. Пространство теряет определенную форму и превращается в колеблющуюся «квантовую пену», подобную аморфной массе мыльной пены. Это мир без конкретности, там царит вероятность.

Трудно представить себе, какие могут нас ожидать сюрпризы с черными дырами. С точки зрения математики сингулярность в этой бездонной гравитационной яме поразительным образом похожа на сингулярность, породившую Большой взрыв. Возможно, черные дыры могут рождать «беби-вселенные», пригодные для жизни. И вновь математика оказалась ключом к раскрытию самых удивительных тайн природы. Это чувство не покидало Чандру до самого конца жизни.

Формально Чандра ушел с работы в Чикагском университете в 1980 году. После выхода на пенсию за ним до 1985 года сохранялось звание профессора с прежней зарплатой. Вскоре он получил грант на исследования и пригласил на работу своих любимых учеников, в том числе и Феррари. 21 августа 1995 года Чандра проснулся от сильных болей в груди. Он не хотел беспокоить Лалиту, оделся и незаметно вышел из спальни, бросив быстрый взгляд на зеркало и на шкаф с репродукцией картины Моне, на которой была изображена маленькая девочка. «Это ты», — часто говорил он Лалите. Чандра поднялся по лестнице, сел в машину и поехал в университетскую клинику. У входа в здание он упал — это был обширный инфаркт. Чандра умер в тот же день, на руках у Лалиты.

Она развеяла часть его праха на территории университета, часть высыпала в озеро Мичиган, а часть праха увезла в Индию, «он всегда с нами, потому что он везде».

 

Глава

14

Внутрь черной дыры

Спустя четыре года после смерти Чандры, 23 июля 1999 года, с мыса Канаверал стартовал космический челнок «Колумбия». На нем находился самый современный рентгеновский телескоп — рентгеновская обсерватория «Чандра». Лалита была почетным гостем на презентации. Однако она не считала, что Чандра был бы рад присвоению спутнику его имени. Лалита говорила, что он всегда думал только о работе и в гораздо большей степени его бы порадовали будущие открытия обсерватории во Вселенной, чем ее название.

Рентгеновская обсерватория «Чандра» предназначалась для поиска черных дыр, и поиск этот оказался весьма успешным — ученым удалось проникнуть во многие тайны, долгие годы мучившие астрономов и астрофизиков. Одним из наиболее интригующих объектов оказалась галактика NGC 6240. Эта галактика находится в созвездии Змееносца на невообразимо далеком расстоянии от Земли в почти 3840 миллионов триллионов километров (мы видим NGC 6240 такой, какой она была 400 миллионов лет назад). Ранее рентгеновские обсерватории уже обнаружили таинственный источник рентгеновского излучения прямо в центре галактики. Совместные наблюдения в радио-, оптическом и инфракрасном диапазоне выявили и второй источник. С помощью приборов обсерватории «Чандра» со сверхвысоким разрешением удалось определить, что рентгеновское излучение испускается двумя активными ядрами галактик, получающими энергию от сверхмассивных черных дыр. Астрофизики сделали вывод, что NGC 6240 представляет собой продукт столкновения двух галактик с активной черной дырой в каждой. В NGC 6240 с огромной интенсивностью рождаются звезды, они эволюционируют и время от времени взрываются. Слияние предыдущих галактик случилось примерно 30 миллионов лет назад. Две сверхмассивных черных дыры находятся на расстоянии 29 тысяч триллионов километров друг от друга, и каждая из них обладает огромным гравитационным потенциалом. Они постепенно дрейфуют, сближаются и формируют двойную спиральную систему, сливаются и в конце концов образуют черную дыру еще больших размеров. Это подтверждает гипотезу о том, что сверхмассивные черные дыры в галактических центрах образуются при слиянии меньших по размеру черных дыр.

«Слияние» идет около 400 миллионов лет и состоит из трех этапов. Сначала две черных дыры кружатся друг вокруг друга, затем они сближаются в этаком космическом «танго» и в результате сливаются. Этот заключительный «щелчок» наступает, когда дыра в координатах пространства-времени принимает симметричную форму. Астрофизики считают, что в результате возникает одна вращающаяся черная дыра, а две предыдущих исчезают без следа. Образующиеся при этом гравитационные волны могут предоставить информацию, доступную для математической обработки. Самые мощные волны появляются при слиянии и «щелчке». В зависимости от поведения гравитационных волн можно установить, что возникшая черная дыра — это результат слияния двух черных дыр или какого-то иного процесса. Астрофизики считают, что ежегодно во Вселенной происходит несколько подобных катастрофических слияний. Но если с NGC 6240 такое случится, то мы увидим это с Земли через 400 миллионов лет или даже позже. В последние годы ученые разработали наземные приборы для обнаружения гравитационных волн, возникающих при «щелчке» и иных катастрофах в космосе. Одним из них является лазерный интерферометр обсерватории гравитационных волн (LIGO), в котором лазерный луч расщепляется надвое. Эти лучи распространяются в двух взаимно перпендикулярных направлениях на 3200 метров. Затем они объединяются и интерферируют. Любое изменение длины пути лазерного луча изменяет интерференционную картину. Этот метод настолько чувствителен, что с его помощью можно обнаружить изменение одной триллионмиллиардной части пути лазерного луча. Предполагается, что пульсации структуры пространства-времени, вызванные такими космическими событиями, как взаимное вращение двух черных дыр или двух нейтронных звезд, должны изменить величину по крайней мере одного из этих путей, а также и интерференционную картину. Так ученые обнаружат гравитационные волны. NASA и Европейское космическое агентство (ESA) совместно разработали очень интересный проект космической антенны, использующей принцип лазерного интерферометра (LISA). Проект предусматривает запуск трех космических аппаратов с лазерами по углам равностороннего треугольника, на расстоянии 4,8 миллиона километров друг от друга. Лазерные лучи каждого аппарата направляются навстречу друг другу. Находящийся в космосе детектор LISA будет особенно чувствителен к гравитационным волнам низкой частоты. Фоновый шум из-за подземных толчков мешает наблюдать такие волны с помощью LIGO на Земле. LISA сможет обнаруживать двойные звезды, вращающиеся друг вокруг друга с минутными и часовыми периодами, a LIGO отметит гораздо более быстрые явления, например спиралевидное движение двойных черных дыр.

Ученые трудятся и над другими проектами. Одним из них является создание программы для суперкомпьютера в Лоуренсовской национальной лаборатории в Беркли. Предполагается определить характер гравитационных волн, создаваемых при слиянии пары вращающихся черных дыр Керра с произвольными осями вращения. При столкновении и слиянии двух черных дыр образуется новая черная дыра, излучающая гравитационные волны, обладающие импульсом. Этот процесс вызывает отдачу, которая может вытолкнуть новообразованную дыру из центра галактики. Ядро галактики при этом «травмируется» и демонстрирует необычный спектр излучения. Мартин Рис предположил нечто еще более впечатляющее — отдача оказывается столь сильной, что черная дыра вырывается из своей галактики и устремляется в пространство, словно запущенная катапультой.

Своеобразный компаньон обсерватории «Чандра», космический телескоп «Хаббл», обнаружил поразительное явление — черную дыру, двигающуюся в нашей Галактике со скоростью 110 километров в секунду. Занесенная в каталог как GRO J1655-40, она стала первым известным примером черной дыры, отлетающей от массивной сверхновой звезды после ее взрыва. Ее перемещение можно проследить, так как она движется вместе с сопутствующей звездой-компаньоном, которую постепенно поглощает. Астрономы считают эту пару остатками от взрыва сверхновой, породившей черную дыру. Звезда-компаньон вращается вокруг GRO J1655-40 с периодом 2,6 дня. К счастью, GRO J1655-40 находится на безопасном от нас расстоянии — нас разделяют примерно 58000-86000 триллионов километров.

Обсерватория «Чандра» предназначена также и для изучения струй (джетов), исходящих из квазаров. Наблюдения показывают, что струи вылетают из черной дыры в центре квазара со скоростью, примерно равной половине скорости света. С помощью обсерватории «Чандра» было обнаружено рентгеновское излучение в отдалении от центра галактики, где струи прорываются через облако газа и затормаживаются. Астрономы надеются, что данные, полученные благодаря «Чандре», помогут понять, как эти струи влияют на окружающее пространство.

Обсерватория «Чандра» даже «услышала музыку» черной дыры. Этот космический концерт создала сверхмассивная черная дыра в скоплении галактик созвездия Персея, на расстоянии 2400 триллионов триллионов километров от Земли. Почти трехсуточные наблюдения и последующая обработка изображений позволили обнаружить волны вблизи черной дыры, которые оказались звуковыми. Считается, что они вызваны многочисленными взрывами в окрестностях черной дыры, происходящими при падении на нее значительного количества газообразной материи из галактик, поглощаемых дырой. По тону звук соответствует си-бемоль, но мы не можем его слышать — он на пятьдесят семь октав ниже среднего до. А ведь клавиатура пианино имеет всего семь октав. Гул черной дыры более чем в миллион миллиардов раз ниже, чем звуки, улавливаемые человеческим ухом. Рев черной дыры — самая низкая нота во Вселенной.

Один из самых удивительных объектов обнаружен прямо в центре нашей Галактики — на Млечном Пути, на расстоянии 268 тысяч триллионов километров. Благодаря наблюдениям в радио-, инфракрасном и рентгеновском диапазонах, астрономы проникли сквозь мрак густой межзвездной пыли, окружающей ядро Галактики. Оказалось, что в самом ее центре находится невероятно мощный источник радиоволн и видимого света — слишком мощный, чтобы исходить от звезды, пульсара или фрагмента взорвавшейся сверхновой. Астрофизики предполагают, что в центре каждой галактики существует черная дыра и что наблюдаемый объект на Млечном Пути — такая массивная черная дыра, питаемая аккреционным диском. Ее назвали Стрелец A* (Sagittarius А*, или Sgr А*).

В 1996 году астрономы начали создавать точные трехмерные карты звездных скоплений, вращающихся в этом районе Вселенной. Данные, полученные в течение десяти лет с помощью камер высокого разрешения и телескопа Южной европейской обсерватории в Сьерро-Паранале в Чили, подтвердили, что звездные скопления перемещаются вокруг источника излучения, не являющегося звездой, и что темный объект находится именно там, где и компактный источник рентгеновского излучения Sgr А*. Ближайшая к нам звезда S2 делает полный оборот вокруг Sgr А* каждые 15,2 года на расстоянии 16 миллиардов километров. Эти данные позволили астрофизикам с большой точностью вычислить, что масса Sgr А* в 4 миллиона раз больше массы Солнца, а горизонт событий равен 22,4 миллиона километров — это меньше орбиты Земли вокруг Солнца. Sgr А* вращается вокруг своей оси с периодом 11 минут.

Нечто массивное и притом столь компактное — это может быть только сверхмассивная черная дыра, и прямо в центре нашей Галактики! Эта гипотеза полностью соответствует результатам наблюдений. Как и утверждал Чандра, красота и простота управляют миром…

Астрономы продолжают изучать Sgr А* и накапливать данные, которые позволят понять, как рождается и развивается сверхмассивная черная дыра в центре Галактики. Даже после вспышки Sgr А* испускает рентгеновские лучи сравнительно низкой интенсивности, характерные для «голодной» черный дыры, возникшей после взрыва сверхновой, который уничтожил большую часть межзвездного газа вокруг нее, и дыра испаряется, — ненасытный, пожирающий галактики космический пылесос. Чандра был бы очарован панорамой небесного свода — мозаикой из тридцати отдельных изображений, полученных обсерваторией «Чандра» в июле 2001 года. Она демонстрирует вытянутые части ядра Млечного Пути размером от 3800 до 8600 триллионов километров. При тщательном рассмотрении можно отметить сотни белых карликов, нейтронных звезд и вспышки рентгеновского излучения черных дыр в облаке раскаленных газов с температурой много миллионов градусов Кельвина. Sgr А* находится справа от яркого пятна в центре фотографии.

Коллапсирующая звезда вращается все быстрее и быстрее, а вращающийся аккреционный диск ускоряет это вращение. Однако данную теорию не удавалось проверить до сентября 2003 года, когда это было сделано с помощью космической обсерватории «Чандра». Перемещаясь в пространстве, черная дыра поглощает газ звезды-компаньона, вращающийся вокруг черной дыры и расширяющий ее аккреционный диск. Если дыра не имеет компаньона, она затягивает окружающий межзвездный газ с образованием диска. Перемещаясь в направлении черной дыры, газ нагревается до десятков миллионов градусов Кельвина. Атомы железа в этом газе излучают отчетливые сигналы в рентгеновской области спектра и позволяют определить орбиты частиц в окружении черной дыры. Расстояние частиц от черной дыры зависит от кривизны пространства-времени вблизи нее. Если черная дыра вращается, то она увлекает вместе с собой пространство-время и скручивает эту область в воронку, у которой горизонт событий меньше, чем у самой дыры. В результате орбиты частиц оказываются ближе к вращающейся черной дыре, чем к невращающейся. Уменьшение диаметра орбит может быть обнаружено по рентгеновскому излучению этих частиц, которое в случае вращающейся черной дыры имеет большую длину волны, чем для невращающейся. Для этих частиц гравитационное красное смещение должно быть более заметно, так как они ближе к горизонту событий. При наблюдении рентгеновского излучения атомов железа, вращающихся вокруг черных дыр, астрофизики обнаружили, что частицы находятся на расстоянии всего 32 километров от горизонта событий. Орбиты частиц вокруг Лебедя X-1 находятся более чем в 160 километрах от горизонта событий, что позволило астрофизикам признать Лебедь X-1 невращающейся черной дырой. Это следует из сложных математических моделей аккреционных дисков. Однако до сих пор не появилось надежных методов различения вращающихся и невращающихся черных дыр. У некоторых черных дыр звезда-компаньон прекращает свое существование до того, как у дыры образуется спин заметной величины. Возможно, так случилось и с Лебедем X-1, хотя астрофизикам еще предстоит выяснить, вращается ли эта звезда. Почему некоторые черные дыры вращаются быстрее других? Дело в том, что спин черной дыры может быть результатом сложения момента вращения коллапсирующей звезды, момента вращения ее компаньона и хаотического потока разогретого газа из аккреционного диска, а он не всегда вращается в том же направлении.

Обсерватория «Чандра» зарегистрировала множество фантастических космических событий. В одном из неравных гравитационных столкновений звезда с массой нашего Солнца была случайно сбита с курса другой звездой и исчезла вблизи сверхмассивной черной дыры в центре галактики RX J1242-11 в созвездии Девы. Черная дыра с массой в 100 миллионов больше Солнца разорвала в клочья незваного гостя и вызвала одну из самых мощных рентгеновских вспышек, когда-либо зарегистрированных в этой галактике. Обсерватория «Чандра» зарегистрировала эту катастрофу 9 марта 2001 года. Ее заметили также космическая рентгеновская обсерватория «XMM-Newton» и рентгеновская обсерватория ROSAT (разработанная учеными из Германии, Великобритании и США). Уникальное событие было предсказано сразу после появления теории черных дыр, но никогда до того не наблюдалось.

Идея о существовании черных дыр вызвала появление самых невероятных предположений и фантастических домыслов о Вселенной, незначительной частью которой мы являемся. Не сможем ли мы в один прекрасный день создать черные дыры в лаборатории? У физиков уже имеется программа соответствующих исследований. Не нужно сжимать вещество до его радиуса Шварцшильда — такой технологии пока нет. Предлагается совершенно иной способ — разогнать на ускорителе элементарные частицы до околосветовых скоростей и столкнуть их друг с другом. При столкновении выделится огромное количество энергии в очень малом объеме, и тем самым на долю секунды воспроизведутся условия, возникшие сразу после Большого взрыва, когда температура достигала десяти тысяч триллионов градусов Кельвина и образовывались черные дыры. Эксперимент планировали провести еще в 2005 году с использованием протонов и антипротонов на Большом адронном коллайдере в Европейском центре ядерных исследований. Физики уже говорят о «фабриках черных дыр», в которых они надеются получать эти дыры. Черная дыра будет в миллион раз меньше, чем размер атомного ядра (10-13 сантиметров) и с массой около массы протона (10-24 граммов). Хокинг предсказывает, что они испарятся за доли секунды и при этом произойдет вспышка излучения, анализируя которую физики надеются получить информацию об образовании черных дыр и о структуре пространства на самом микроскопическом уровне. Согласно теории Хокинга, спектр этого излучения зависит от числа измерений пространства, в котором оно распространяется, и может предоставить информацию о свойствах пространства вблизи черной дыры. В теории ранней Вселенной предполагается, что в начале времен пространство имело больше четырех измерений — в отличие от наших привычных представлений. Размерности большего порядка не проникают в наше пространство и заметны только при чрезвычайно малых размерах — от одной десятой от одной триллионной одной триллионной размера атома (10-33 сантиметров). В таких невероятно малых областях ученые ожидают проявления эффектов квантовой гравитации. Это так называемая планковская длина, наименьшее расстояние в теоретической физике. Она составлена из трех фундаментальных констант: гравитационной постоянной G, описывающей масштаб наблюдаемой Вселенной, постоянной Планка для атомного масштаба и скорости света. Некоторое представление о планковской длине дает такое сравнение: если атом увеличить до размеров всей Вселенной, то планковская длина будет равна примерно метру. Планковская длина невообразимо мала, но не равна нулю — она определяет область пространства с объемом 10-99 кубических сантиметров. И как это ни покажется удивительным, ученые умеют изучать объекты столь ничтожного масштаба. Для исследования их структуры физики используют длины волн примерно такого же размера. Радары настроены на длины волн, сравнимые с геометрическими размерами самолетов, а для исследования свойств атомов необходимо использовать волны с очень короткой длиной. Физики получают коротковолновое излучение чрезвычайно высокой частоты и энергии с помощью Большого адронного коллайдера. Можно надеяться, что им удастся воспроизвести условия ранней Вселенной, а излучение черных дыр Хокинга в коллайдере даст информацию о возможных дополнительных размерностях пространства. Не исключено, что в глубинных областях черной дыры, где приходится использовать законы квантовой гравитации, звезды коллапсируют не полностью. Вместо этого появляются дополнительные размерности пространства, и это может преподнести ученым неожиданные сюрпризы. Астрофизики рассуждают о вероятности совершенно фантастических вещей — например, могут ли черные дыры использоваться как порталы для путешествий в невообразимо далекие галактики. Серьезным препятствием является огромная гравитация коллапсирующей звезды, которая превратит космонавтов и их космический корабль в ничто. Но появилась хитроумная идея обнаружения черных дыр с «благоприятной» сингулярностью. Математические модели таких дыр уже разрабатываются. Появилась и гипотеза, что некоторые сверхмассивные черные дыры имеют гибридную структуру с участками менее значительной гравитации. Пролет космических аппаратов через эти участки черной дыры обеспечит бесстрашным космонавтам больше шансов на выживание. Когда космический корабль попадет в такую черную дыру, искривление пространства и времени вблизи «благоприятной» сингулярности или в области слабой гравитации затянет корабль внутрь дыры. Это приведет к значительному ускорению и дальнейшей резкой остановке корабля, как бы уткнувшегося в тупик. В иллюминаторе космонавты увидят странную картину. Приборы покажут, что они высадились на планете, находящейся в миллионе триллионов километров от Земли. А по своим часам астронавты пролетят это огромное расстояние всего за несколько минут. Хотя бегущий по поверхности пространства-времени свет затратит миллион лет для этого путешествия, их полет через щель вблизи сингулярности будет почти мгновенным. Это как если добраться от Северного полюса до Южного сквозь планету, вместо путешествия по ее поверхности.

Путь напрямик — результат математического решения уравнений общей теории относительности Эйнштейна, называемый «кротовой норой». Это — дыра в пространстве-времени, которая позволяет астронавтам туннелировать вместо того, чтобы двигаться по поверхности. Туннель может возникнуть или же закрыться вследствие чудовищной гравитации в перемычке между двумя удаленными объектами. Гравитация здесь столь велика, что вырваться из нее не может даже свет. Для преодоления этого эффекта должен потребоваться материал с отрицательной гравитацией, теоретически предсказанный квантовой механикой. Такого рода объект откроет туннель на время, за которое путешественник пройдет через него. В будущем представители сверхпродвинутой цивилизации, надо надеяться, сумеют это сделать.

Пока же ученым не удается найти пространственно-временной туннель, но мы знаем, где находятся черные дыры. Близкий к нам Стрелец А* — неплохая цель космического путешествия, хотя до него все-таки 240 триллионов километров. Наверняка ученые когда-нибудь научатся вводить людей в состояние анабиоза, которое позволит им выжить в долгом межзвездном путешествии. А в один прекрасный день космонавт отправится в полет к черной дыре и возвратится обратно, на Землю, через пространственно-временной туннель.

Существование черных дыр следует из теории относительности, однако долгие годы они казались ученым чем-то абсурдным и нереальным, впрочем как и многие другие следствия этой теории. Так, сегодня уже доказано, что движущиеся часы идут медленнее, чем часы покоящиеся. Предположим, что в будущем космонавты смогут совершить путешествие до ближайшей к нам звезды — Альфы Центавра, удаленной от нас на 38 триллионов километров, — с околосветовой скоростью. Во время полета на их звездолете прошло бы всего несколько лет, а на Земле — столетия. Вернувшись на Землю, путешественники окажутся в далеком будущем: родные отважных покорителей космоса давно умерли, сменилось множество поколений землян. Но вспомним про пространственно-временной туннель — ведь он тоже является математическим следствием теории относительности. Если бы наши космонавты смогли использовать антигравитационный материал и открыть вход в такой туннель, они добрались бы до Альфы Центавра за нескольких минут, и их часы показывали бы практически то же время, что и часы на Земле. А полетев обратно на Землю с околосветовой скоростью, они вернулись бы домой раньше, чем улетели.

Все это кажется просто математическим абсурдом, как и идея Чандры о белых карликах, сжимающихся до бесконечно малых точек бесконечной плотности. Идея, которая привела к открытию черных дыр — таинственных пропастей в ткани пространства и времени с диаметрами около миллионов километров, образований, способных поглощать звезды. Ученые не верили Чандре много лет, зато потом его прозрения привели к глубоким изменениям наших представлений о Вселенной, внесли огромный вклад в развитие астрофизики.

Чандра всю свою жизнь провел в мире сложнейших расчетов, в мире чисел и символов. Он помог раскрыть некоторые тайны Вселенной, но множество тайн его собственной жизни не раскрыты и по сей день. Уверенный в своем даре, Чандра постоянно испытывал горечь — ему казалось, что признание его заслуг научным сообществом недостаточно. Чандра часто вспоминал слова Эддингтона о Дедале и Икаре: такие ученые, как Дедал, создают теории и применяют их только в тех областях знания, где уверены в успехе, а ученые типа Икара — авантюристы, лезут в Незнаемое. Чандра относил себя к типу Икара — он всегда предпочитал рисковать.

В конце жизни Чандра часто ездил в Индию, он думал, что когда-нибудь они с Лалитой навсегда переберутся на родину. Однако после его смерти Лалита решила, что останется жить в их старой квартире, где все было пропитано воспоминаниями о долгих годах, проведенных рядом с ее великим мужем. Его кабинет должен оставаться точно таким же, как в день его ухода.

Главное место в кабинете занимал массивный деревянный стол. Напротив — большое окно, откуда Чандра смотрел на университетский городок, где вначале чувствовал себя нежеланным гостем. Справа от окна — стул, на котором Лалита обычно сидела и с обожанием смотрела на работающего Чандру. Иногда он поглядывал на жену и спрашивал, все ли в порядке, не хочет ли она чего-нибудь. «Просто люби меня», — говорила Лалита, и они обнимались. Пятьдесят девять лет они прожили душа в душу. Индийцев часто считают плохими слушателями, говорит Лалита, но к ней это не относилось. Она могла слушать мужа часами. Чандра поражался, насколько хорошо Лалита чувствует и понимает его. «Ты открыла меня», — часто говорил он.

Чандра любил водить машину. Однажды во время длительного путешествия по штату Огайо Лалита предложила включить радио и послушать музыку — дорога была скучной и утомительной. Однако радио не работало. Тогда Лалита предложила пройтись по алфавиту и выбрать тему для разговора, начиная с каждой буквы. Первой была буква «А», и естественным образом они попали на астрономию. Лалита попросила Чандру рассказать несколько историй про астрономов, и он сразу спросил: «Может, я буду диктовать?» — «Отлично! Но о ком ты собираешься говорить?» — «О ком? Конечно же, об Эддингтоне». «Он говорил непрерывно, а я записывала, — вспоминает Лалита, — так время пролетело незаметно».

Близкий друг и коллега Чандры по работе в Чикагском университете, нобелевский лауреат 1980 года Джеймс Уотсон Кронин рассказывал: «Несомненно, конфликт с Эддингтоном наложил отпечаток на всю его жизнь. Чандра действительно никогда публично не демонстрировал свою обиду на Эддингтона, но всегда помнил об инциденте 11 января 1935 года».

Кронин и другие его коллеги в Чикаго считали, что Чандра никогда не был счастлив или хотя бы удовлетворен собой. Одержимый наукой, он редко испытывал радость от хорошо сделанной работы и был предрасположен к приступам депрессии. После 11 января 1935 года он надолго потерял уверенность в себе. Всю оставшуюся жизнь Чандра пытался доказать свою научную состоятельность самому себе, а точнее, призраку Эддингтона, который преследовал его, как тень отца Гамлета. Чандра со слезами на глазах не раз говорил Лалите, что его напряженная работа помешала ему ощутить счастье личной жизни. К 1980 году Чандра получил все возможные научные премии и намного большее признание, чем Эддингтон. Однако тень этого человека продолжала его преследовать. Но Чандра умел прощать и, несмотря ни на что, продолжал дружить с Эддингтоном. Чандра не раз говорил, что события 11 января 1935 года «не влияют на наши личные отношения». Эддингтон часто приглашал Чандру на крикет и на теннис в Уимблдоне, иногда они вместе катались на велосипедах. А однажды Эддингтон открыл Чандре свой личный код, придуманный им для поездок на все более далекие расстояния (с помощью этого кода он заставлял себя больше заниматься спортом): пусть n — это количество миль, которые Эддингтон проехал в данный день; необходимо проехать n миль n раз в году и постоянно увеличивать это число. Эддингтон усердно придерживался этого правила. В 1938 году он писал Чандре: «Моя езда на велосипеде по-прежнему равна 75. Была довольно неудачная Пасха, когда у меня были только две поездки по 74 и три четверти мили, которые не в счет». В 1943 году он отметил, что «n теперь равно 77. Я помню, что при Вас было 75».

Чандра всегда любил читать биографии великих физиков, причем ко многим ученым относился весьма критически. Так, ему не нравилось, что у Эрвина Шрёдингера было много женщин. Чандра считал, что безупречная личная жизнь является важнейшим компонентом успешной научной деятельности.

Признание медленно приходило к Чандре. Однажды он с ужасом обнаружил, что некоторые физики называют верхний предел массы белых карликов пределом Ландау, а не Чандрасекара. Отсюда, по-видимому, была его некоторая жесткость и суровость. Эддингтон славился грубостью своих выступлений на собраниях Королевского астрономического общества. Но и Чандра вел себя таким же образом. Его кресло в зале заседаний было неприкосновенным. Если кто-то по неосторожности садился в него, Чандра подходил и выжидательно стоял рядом, пока тот не уйдет. Коллеги всегда знали, что от Чандры можно ожидать любых неприятностей. Вспоминают, как во время обсуждения доклада Чандра резко прокомментировал какой-то пассаж докладчика и тут же вышел из зала. Докладчика успокоили, сказав, что на самом деле ему был сделан комплимент. Если Чандре не нравилась лекция, он уходил задолго до ее конца.

На публике Чандра был строг, но, как и Эддингтон, всегда благожелательно относился к своим аспирантам и всячески их поддерживал. У Эддингтона было мало учеников и сотрудников, а у Чандры их было много — одних только аспирантов сорок пять человек. Начиная с 1954 года Чандра полностью отдавался физическому факультету Чикагского университета, который закончили все его ученики, а в 1964 году, когда он переехал в университетский кампус, они последовали за ним. В течение двадцати лет руководство Йеркской обсерватории не разрешало занимать кабинет Чандры в надежде, что он когда-нибудь к ним вернется. Но этого так и не произошло.

Чандра очень тщательно отбирал учеников. Определяющим условием был высокий математический уровень претендента. Исследования его студентов всегда касались той области, которая в данный момент интересовала Чандру, причем всем удавалось защитить диссертацию по этой теме. Чандра никогда не ставил своим студентам задачи, которые не мог бы решить сам. Его ученики вспоминают, что он всегда был доступен, внимателен, заботился об их будущей научной карьере, но строг и беспощаден, если качество работы учащегося не соответствовало его требованиям. И никто на это не жаловался — все понимали, что жесткая критика шла им на пользу.

Работавшие с Чандрой часто вспоминали его шутки, иногда довольно горькие. У него было прекрасное чувство юмора, он совсем не был сухим ученым мужем. В конце 1950-х годов математик Джон Сайкс с помощью йеркских коллег Чандры сочинил пародию на его работу. Подобно статье Чандры «О нестабильности слоя жидкости, нагреваемой снизу при одновременном воздействии вращающегося магнитного поля. II», она была озаглавлена: «О невозмутимости лифтеров. LVII». Это была веселая пародия на тяжелый стиль статей Чандры с многочисленными сносками на его предыдущие публикации. Сайкс отправил статью в «Астрофизический журнал» для опубликования 19 октября, в день рождения Чандры. Секретарь редакции на всякий случай решил показать статью Чандре, не думая, что она его позабавит. Но Чандра был в восторге, с огромным удовольствием всем давал ее читать и согласился, чтобы она была напечатана в «Астрофизическом журнале» в отдельном приложении за деньги автора статьи. Сайкс настолько хорошо спародировал стиль Чандры, что профессор всерьез рекомендовал его опус студентам как образец правильного написания научной работы.

Чандра постоянно анализировал все происходящее с ним и свои отношения с другими людьми. Конечно, наука имеет дело с абстрактными понятиями, и на фоне грандиозных событий космического масштаба человеческая жизнь кажется ничтожной. Но не будем забывать, что ученые, проводящие эксперименты, занимающиеся математическими расчетами и выдвигающие теории, — всего лишь люди. Ими могут двигать иррациональные побуждения, часто они отвергают результаты, не соответствующие их собственным представлениям, работают под влиянием страстей, зависти, страхов, амбиций и разочарований.

Чандра невероятно много сделал в науке. Его монографии стали настольными книгами каждого астрофизика. Но, несмотря на всеобщее признание и награды, Чандра долгие годы страдал — ему казалось, что его теорию эволюции звезд игнорируют. Когда же она наконец была признана и Чандра получил высшую научную награду — Нобелевскую премию, особой радости это ему уже не доставило. Однако он продолжал работать как одержимый, забывая о душевных муках и сопротивляясь приступам депрессии. Продолжал свой вечный поиск внутренней гармонии, который смогла прервать лишь его смерть…