Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Миллер Артур

Артур Миллер, известный американский историк науки (сейчас живет в Лондоне), повествует о выдающихся открытиях астрофизиков XX века. В центре рассказа — судьба индийского физика, лауреата Нобелевской премии Субрахманьяна Чандрасекара, чьи теории во многом сформировали наши сегодняшние представления о Вселенной. Книга Миллера — об эволюции звезд, о белых карликах, красных гигантах, нейтронных звездах и о самых таинственных космических объектах — черных дырах, жадно пожирающих материю и энергию.

Благодарности

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

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

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

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

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

Пролог

С 1967 года, когда существование черных дыр получило научное подтверждение, они приобрели почти мистическую притягательность. Ученые установили, что сила тяготения, с которой эти таинственные пустоты захватывают не только вещество, но и сам свет, практически непреодолима.

Вообразите себя астронавтом, подлетевшим слишком близко к черной дыре. Чудовищное поле тяготения поймает вас в ловушку, и вы устремитесь туда как в водоворот. Во время падения вы увидите поистине фантастическую картину. Сначала вам покажется, что все звезды и галактики Вселенной движутся с огромной скоростью, сливаясь в ярко сверкающий шар. Огромная гравитация черной дыры фокусирует свет от удаленных объектов во все более и более узкий конус. Вы будете очарованы фейерверком атомов, движущихся по спирали и сталкивающихся между собой. Атомы становятся все горячее и горячее, все ближе и ближе друг к другу, и, наконец, вспыхивают миллионами солнц. Вы почувствуете страшное притяжение сколлапсировавшей звезды ничтожного размера, но с бесконечной плотностью. По мере того как черная дыра засасывает вас глубже и глубже, сила гравитации растет больше и больше. Вы вытягиваетесь, как жевательная резинка, становясь длиннее и длиннее, тоньше и тоньше, пока вас не разорвет на части. Мощное поле тяготения задерживает свет вблизи черной дыры, и он достигает удаленного наблюдателя значительно позже. Он видит вас все еще находящимся около черной дыры, навсегда застывшим в пространстве.

Черная дыра — это колодец в космосе, конечный этап коллапса звезды. В течение многих десятилетий ученые считали, что идея черной дыры всего лишь причуда теоретиков, ошибочное решение уравнений общей теории относительности Альберта Эйнштейна — самой красивой теории, когда-либо созданной человеком. Но сейчас астрономы знают: гигантские черные дыры действительно находятся в центре нашей Галактики, и более того — во Вселенной существует множество этих монстров. Ученые обнаруживают черные дыры путем регистрации рентгеновских лучей, испускаемых частицами при падении внутрь дыры по спиралевидной траектории.

Существование черных дыр в космосе привело к появлению удивительных теорий. Например, эти дыры могут порождать такие же галактики, как наша. Возможно, они открывают кратчайшие пути в отдаленные части Вселенной или даже могут быть коридорами для путешествий во времени. Возникает мысль, а не создать ли черную дыру в земной лаборатории?

Сейчас многие ученые полагают, что изучение черных дыр является ключом к пониманию эволюции Вселенной и экстремальных природных явлений. Черные дыры — источник наиболее ярких объектов в природе, называемых квазарами, которые ярче триллиона солнц. И наконец, изучение черных дыр помогает понять структуру микромира и эволюцию Вселенной. В черных дырах могут нарушаться известные нам законы физики, что способно дать толчок к развитию двух великих теорий XX века — общей теории относительности (мир в макромасштабе) и квантовой механики (в микромасштабе).