Артур Миллер - Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры
В 1926 году Эддингтон описывал, что случится со звездой при подобном сжатии: «кривизна окружающего пространства станет такой, что оно сомкнется вокруг звезды, оставив нас снаружи, то есть нигде». Звезда с радиусом меньше ее радиуса Шварцшильда сколлапсирует и навсегда останется бесконечно малой и бесконечно плотной, иными словами, попадет в состояние сингулярности.
В отличие от других ученых Оппенгеймер и Снайдер восприняли идею радиуса Шварцшильда вполне серьезно и применили ее к реальным звездам. И сделали удивительное открытие: при определенных условиях массивная звезда действительно может сколлапсировать до размера меньше радиуса Шварцшильда, втягивая в себя окружающее пространство и исчезая из поля зрения. Они впервые использовали термин «сингулярность Шварцшильда». Это означало, что свету необходимо бесконечно большое время, чтобы вырваться наружу.
Непонятное, мистическое, непостижимое, это решение абсолютно соответствовало тому, что ранее получил Чандра. Ведь его теория тоже утверждала, что финал эволюции звезд с массой выше определенной величины именно такова! Его ранние результаты нашли наконец свое подтверждение.
Работы Оппенгеймера и Снайдера породили интригующие вопросы, на которые сами авторы не смогли ответить. Представим себе наблюдателя, движущегося вместе со звездой, радиус которой сократился почти до размера радиуса Шварцшильда. Такой наблюдатель видит абсолютно иную картину, чем мы, находящиеся далеко от звезды: материя затягивается внутрь нее все быстрее и быстрее из-за сильного гравитационного поля вблизи границы этой области (граница называется горизонтом событий и определяется радиусом Шварцшильда)[54].
Но когда звезда оказывается за горизонтом событий, свет больше не может вырваться из нее. Мы, то есть удаленные наблюдатели, скажем, что эта звезда «замораживается». Из-за усиливающейся силы тяжести свет от нее идет до нас все дольше, и в конце концов мы увидим, что звезда не движется вообще и как бы застывает в пространстве и времени. «Звезды таким образом стремятся закрыть себя от любого общения с удаленным наблюдателем», — писали Оппенгеймер и Снайдер.
По иронии судьбы в 1939 году, в то же самое время, когда Оппенгеймер и Снайдер занимались своей новаторской работой, сам Эйнштейн пытался доказать, что «сингулярности Шварцшильда» в физической реальности не существует, поскольку «материя не может быть сосредоточена в столь малой области таким образом». Разумеется, утверждал он, звезды нельзя сжать до размера меньшего, чем радиус Шварцшильда. И великие ученые порой ошибаются. Как и большинство других, Эйнштейн отказывался даже думать о том, что звезды могут сколлапсировать полностью.
Между тем черные тучи сгущались над Европой. Нацизм и коммунизм влияли не только на судьбы науки, но и на жизни ее выдающихся представителей. Многие немецкие ученые вынуждены были бежать из гитлеровской Германии. Гениальные физики Бете, Бор, Эйнштейн, Ферми и выдающийся астрофизик Мартин Шварцшильд, сын Карла Шварцшильда, нашли убежище в США. Гамов и Теллер были «подарком» Соединенным Штатам от Сталина. Впервые наука стала играть важную роль в вопросах разработки новых видов оружия. В 1942 году Оппенгеймер начал полномасштабную вербовку для Манхэттенского проекта. Его цель заключалась в разработке атомной бомбы — оружия огромной разрушительной силы, способного уничтожить целые города. В свои тридцать восемь лет Оппенгеймер стал одним из самых старших ученых, занятых в проекте, — средний возраст его коллег был около двадцати четырех.
В 1941 году Чандра еще не был гражданином США, и поэтому у него возникли проблемы с допуском к оборонным работам. Его старый друг по Кембриджу Джон фон Нейман тогда ему очень помог. Чандра стал гражданским консультантом баллистической лаборатории отдела артиллерии на полигоне в Абердине, штат Мэриленд. Там он занимался вопросами баллистики, похожими на те, что решал в свое время Милн в Англии. Его очень заинтересовала физика ударных волн и механизмы переноса энергии. В 1942 году Чандра организовал коллоквиум по этой теме в Чикагском университете. Среди многочисленной аудитории были Юджин Вигнер (еще один блестящий венгерский физик, эмигрант, шурин Дирака) и Ферми. Они и многие другие ученые, участники Манхэттенского проекта, в скором времени исчезнут для всего мира, найдя убежище где-то на юго-западе США, и с ними можно будет общаться только посредством писем. Адрес их будет такой: п/о 1663, Санта-Фе, Нью-Мексико. Два года спустя Чандра начал получать письма в конвертах, на которых был указан именно этот адрес. Они были от Ханса Бете, ставшего главой теоретического отдела в Лос-Аламосе. Чандра не видел его с вашингтонской встречи в 1938 году. Первое письмо Бете отправил 20 марта 1944 года. Он писал: «Джонни фон Нейман просил у Вас узнать: не хотите ли Вы присоединиться к нашему проекту? Нам очень нужна Ваша помощь, и мы верим, что Вы сможете лучше других выполнить определенные расчеты, связанные с работой, которой Вы занимались в Абердине. Вы для нас самый подходящий человек, разбирающийся в проблемах такого рода, за исключением Джонни, который бывает здесь только часть времени. Знаете, тут работают многие Ваши друзья…»
Из-за глупейшей бюрократической волокиты Чандре удалось получить разрешение ехать в Лос-Аламос только в октябре 1944 года. К тому времени союзные войска продвигались с боями от нормандских берегов через Францию к Германии; поговаривали, что война может закончиться к Рождеству.
Чандра не любил, когда Лалита уезжала из их дома, а еще хорошо помнил расовую неприязнь, которую испытал в штате Мэриленд. «Даже на полигоне в Абердине я сталкивался с расовыми предрассудками в различной форме — в ресторанах и подобных местах, и поэтому мне очень не хотелось ехать на юг», — вспоминал он. В конце концов Чандра решил отказаться от предложения Бете и остаться в Йерксе. Однако ему было хорошо известно о том, что происходит в Лос-Аламосе на п/о 1663, он был в курсе новейших работ в ядерной физике и знал об «исчезновении» ведущих исследователей. Вскоре Бете повторил свое предложение. Он предполагал, что победа над гитлеровской Германией не за горами, но «работа здесь, скорее всего, продлится не менее чем до конца войны на Тихом океане, а возможно, и дольше». 6 августа 1945 года атомной атаке была подвергнута Хиросима, через три дня — Нагасаки. В интервью Чандра сказал, что первая атомная бомба была необходима, но вот вторая уже лишняя. Чандра пошел дальше: сначала он отрицал, что в решении о ядерной бомбардировке Японии присутствовал некий расистский подтекст, но затем добавил: «Думаю, если бы война в Германии не была закончена, вряд ли на нее сбросили бы атомные бомбы». Возникла неловкая пауза, а затем интервьюер нашел выход из создавшегося положения, предложив: «Вернемся к Вашим астрофизическим работам». Когда Чандра все-таки появился в Лос-Аламосе (это уже было в 1950-х годах), он начал работать над следующим поколением ядерного оружия — с взрывными характеристиками, очень похожими на взрыв сверхновой.
Глава 10
Сверхновые звезды в небесах и на Земле
Вспоминая бурные времена в Кембридже после 11 января 1935 года, Чандра удивлялся, что он никогда не чувствовал себя раздавленным или униженным. «Я решил, что не нужно все время доказывать, что я прав, а другие нет. Я писал книгу, формулировал свои взгляды и хотел бы не думать больше об этом». Именно так он и поступил. Менее чем за год Чандра написал свою первую книгу о белых карликах «Введение в изучение строения звезд», но вдохновение его угасло после бешеной атаки Эддингтона.
Чандре очень хотелось заниматься белыми карликами, ведь еще многое было не ясно. К примеру, что может произойти, если они вращаются или пульсируют. Однако Чандра считал, что, придерживаясь своей точки зрения, он, по существу, воюет с ветряными мельницами. Эддингтон никогда не изменит своего решения. Поэтому Чандра решил забыть о белых карликах. Позже он опубликовал «Принципы звездной динамики» — элегантное, очень сложное математическое исследование, касающееся равновесия галактик и солнечных систем, в котором всячески избегал белых карликов.
В 1939 году за эту крайне интригующую тему взялся Гамов. Он решил использовать новую ядерную физику Бете, в которой анализировалось излучение звезд и поворотный момент в их эволюции, наступающий после полного сгорания топлива и последующего старения. Гамов разработал сценарий эволюции, который предполагал, что излучение стабильных звезд растет до тех пор, пока они не сожгут весь свой водород. Затем они сжимаются, их свет тускнеет, и в конце концов они превращаются в белых карликов, если их масса меньше критической. Те же звезды, масса которых превышает предел Чандрасекара, взрываются, образуя сверхновую звезду, и в конечном итоге превращаются в нейтронные звезды. Вслед за Бете он пришел к выводу, что источник излучения тяжелых звезд, таких как красные гиганты, не водород. Гамов предположил, что эти образования — молодые звезды и излучают они благодаря гравитационному сжатию частиц газа, из которых состоят. В конце концов они тоже начнут сжигать водород, как и звезды с меньшей массой, и взорвутся, образуя фрагменты белого карлика.
