Артур Миллер - Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры
Принцип неопределенности Гейзенберга состоит в том, что существует обратная связь между координатами частицы в пространстве и ее скоростью: мы можем очень точно определить местоположение частицы, но не можем одновременно измерить с той же точностью ее скорость. И наоборот. Любая попытка точно определить положение электрона приводит к внешнему воздействию на него и соответствующему изменению скорости. Фаулер должен был с самого начала воспользоваться выводами специальной теории относительности, но он рассматривал случай нерелятивистского вырождения и не принял во внимание релятивистские эффекты. А Чандра учел выводы специальной теории относительности и намеревался изучить то, что он назвал релятивистским вырожденным электронным газом.
Чандра понимал, что расчеты с использованием всего аппарата специальной теории относительности чрезвычайно сложны, а потому использовал приближение, согласно которому скорость электронов внутри белого карлика очень близка к скорости света. Чандра рассчитал связь между давлением и плотностью релятивистского вырожденного электронного газа, считая его идеальным квантовым газом и игнорируя электромагнитное взаимодействие частиц. Как и Фаулер, Чандра сосредоточился на изучении полностью остывших белых карликов. И применение теории относительности привело к поразительному результату: существовал верхний предел массы белого карлика. По расчетам Чандры, этот верхний предел массы лишь немного больше, чем масса Солнца[31]. Но что произойдет с белым карликом, когда он выжжет все свое топливо, если его масса превышает предел Чандры? Поскольку ничто не мешает сжатию звезды, может ли она сжиматься бесконечно? Чандре показалось, что он опроверг теорию Фаулера и нашел новое решение проблемы Эддингтона — то самое, которое Эддингтон назвал абсурдным.
И вот наконец корабль достиг порта Генуи и направился к Ла-Маншу. Чандра прибыл в Лондон 19 августа. Вскоре он уже был в Кембридже — в приподнятом настроении и с большими надеждами. В Индии все считали его гением, но здесь была абсолютно иная ситуация: в Кембридже его окружали самые блестящие физики мира — «Не только Эддингтон и Харди, но также множество людей, чьи имена я не упоминал. Я получил сильнейший опыт отрезвления», — позже вспоминал он.
Уверенность в себе постепенно испарялась. Он даже начал думать, что единственной причиной приглашения в Кембридж была его давняя переписка с Фаулером.
2 октября Чандра принес две новые работы Фаулеру, который стал его руководителем. Первая была посвящена вычислению плотности белых карликов и представляла собой применение уравнений Фаулера к задаче Эддингтона. Другая была более оригинальной и касалась предела массы белых карликов, который Чандра вычислил. Фаулер прочитал обе статьи, сделал некоторые замечания ко второй и предложил обе послать Милну для дальнейшей публикации.
Фаулер не проявил особого восторга по поводу содержания второй статьи и очень разочаровал этим Чандру, который был убежден, что она гораздо важнее первой. Фаулер предложил, чтобы эту статью прочел его коллега и бывший студент, блестящий и эксцентричный 28-летний Поль Дирак. А еще Фаулер напомнил Чандре, что в 1930 году Эдмунд Стонер также получил ограничения для массы белых карликов с учетом релятивистских эффектов. Чандра послушно процитировал работу Стонера, но указал, что его собственные результаты основаны на более реалистичной модели строения звезд и имеют более широкое применение[32].
Результаты Стонера применяются только к звездам с постоянной плотностью, тогда как Чандра считал, что плотность звезды возрастает при приближении к ее центру. Кроме того, Стонер был обеспокоен только одним вопросом: станут ли температура и давление в белом карлике невероятно высокими, когда масса звезды достигнет определенного критического значения? А Чандра был готов пойти намного дальше; он считал, что белый карлик с массой больше некоего предела может сжиматься до бесконечности. Впоследствии Чандра вспоминал: «Фаулер и его коллеги не хотели обращать внимания на мою сентябрьскую статью». Ему надоело слушать, что его статья всего лишь «очень интересна». Впрочем, сэр Джеймс Джинс оценил эту работу, и Чандра написал отцу: «Я доказал, что максимальная масса звезд-карликов примерно такая же, как у нашего Солнца, и сообщил об этом Джинсу. Он вежливо ответил мне, что этот результат „очень важен“». Ободренный этой оценкой, в середине ноября Чандра послал свою статью о максимальной массе в «American Astrophysical Journal». Сначала ее не приняли, но в марте 1931 года все-таки опубликовали.
Несмотря на ошеломляющие последствия его открытия, у Чандры было отчетливое ощущение, что ни Фаулер, ни Милн не считают его результаты важными. Молодого человека начала покидать уверенность. «Я почувствовал себя не на своем месте. Мне показалось, что вокруг меня очень много больших людей, которые занимаются важными вещами, в сравнении с которыми моя работа незначительна. Наверное, я испугался».
Как и все индийские студенты, оказавшиеся в Англии, Чандра попал в непростую ситуацию. Он чувствовал себя одиноким, тосковал по дому, ему не нравилась примитивная английская еда, возникли проблемы с вегетарианской диетой. Особенно неприятны были расовые предрассудки, царившие в Кембридже, как и во всей Англии. Гордясь своим происхождением, Чандра был решительно против дискриминации, но отцу написал: «Я чувствую себя здесь очень одиноко». По сравнению с непосредственностью, теплотой и открытостью в общении, типичных для Южной Индии, чопорность большинства англичан, с которыми столкнулся Чандра, явилась для него культурным шоком — настолько сильным, что он замкнулся и ушел в себя. Было мучительно трудно привыкать к одинокой жизни в этой унылой, серой стране, без привычного комфорта и поддержки семьи. Но ничего не поделаешь, зато здесь можно было по-настоящему заниматься наукой. Несколько легче стало с началом семестра, когда он целиком погрузился в учебу.
Со своим научным руководителем Чандра практически не встречался: Фаулер работал или в своем кабинете в Тринити-колледже, или в библиотеке. Чандра терпеливо ожидал Фаулера — хотел обсудить возникавшие проблемы, но тот совсем не торопился с ним общаться.
А рядом работали молодые ученые, совершавшие революционные открытия. Однажды Чандра написал отцу: «Я вчера видел Дирака. Этот худощавый, застенчивый молодой человек — уже член Королевского общества. По контрасту с Фаулером доктор Дирак бледный, тонкий, на первый взгляд он явно перегружен работой. Завтра начинаются его лекции. Я хотел бы с ним познакомиться. Здесь очень много интересных людей, но нужно время, чтобы узнать их поближе». Спустя месяц Чандра и Дирак уже были друзьями.
«Как однообразна эта жизнь! Весь день я работаю, и даже во время прогулки не могу забыть о своих исследованиях! Все это очень печально и нелегко», — жалуется он отцу. В ноябре Чандра написал ему, что чувствовал себя подобно «единственному электрону в убийственно свободном пространстве». Тем не менее Чандра был настолько увлечен своей работой, что не только не прекращал разрабатывать новые теории, но и вообще ощущал себя не человеком, а «животным из отряда физиков». Он пишет брату, что поговорить не с кем, зато математика становится его наркотиком. «Может, это и глупо, но она помогает мне забыть обо всем».
«Мне грустно думать, что ты чувствуешь себя так одиноко, — писал ему отец под Новый год, когда Чандра уже прожил в Англии пять месяцев. — Все изменится, когда у тебя появятся новые знакомые». Как фанатик правописания, он добавил: «Пожалуйста, пользуйся Оксфордским словарем, поскольку твои письма полны ошибок». В ответном письме Чандра извинился за малограмотность и рассказал о своей работе, посвященной недавно предложенной Дираком релятивистской теории электрона. В отличие от астрофизиков и следуя обожаемому им Дираку, Чандра вовсю использовал новые физические теории. Но когда однажды он дал прочесть свою статью Фаулеру, тот вернул ее со словами: «Никуда не годится — смех да и только!» Однако Чандра уже научился сдерживаться. Он пишет отцу: «Чувство одиночества — это слабость».
Чандра посещал лекции Эддингтона по теории относительности. «Он резко отличается от Дирака, — рассказывает он брату. — Дирак полностью сосредоточен и серьезен, а на лекциях Эддингтона всегда много смешного. Все лекции этого семестра очень хорошие и полезные». Хотя многие студенты жаловалась, что лекции Эддингтона скучны, зато Чандра считал иначе — он видел то, на что не обращали внимание остальные.
И все же был в Кембридже один астрофизик, который проявлял повышенный интерес к работам Чандры. Профессор Милн сразу стал опекать его, иногда даже чрезмерно. Он неожиданно зашел к Чандре в октябре 1930 года, вскоре после прибытия молодого индийца в Англию. Неожиданный визит профессора произвел на юношу огромное впечатление. Вскоре после этого Милн послал Чандре письмо, в котором написал, что его (Чандры) результаты о существовании предельной массы белых карликов были «частными случаями моего анализа „коллапсирующих звезд“». Это задело Чандру: он полагал, что все было ровно наоборот. «Результаты профессора Милна — это обобщение моих выводов», — написал он отцу. На самом деле Чандра ошибался, утверждая, что теория Милна — это не более чем расширенная версия его собственных представлений. После заседания Королевского астрономического общества, на котором Милн еще раз подверг критике теорию Эддингтона, Чандра сообщает отцу: «Многие (включая меня) считают, что Милн полностью уничтожил теорию Эддингтона о строении звезд». И добавил, что был слишком возбужден и поэтому не решился вступить в дискуссию с Эддингтоном, Джинсом и другими.
