Текст книги "Блюз черных дыр и другие мелодии космоса"

Интерес Уилера к проблеме звездного коллапса, в свою очередь, пробудил у него интерес к теории относительности. Чтобы понять процессы коллапса затухающих звезд и суть их конечного состояния, требуется разбираться не только в ядерной физике, но и в теории гравитации, которая была и остается синонимом общей теории относительности, математического описания искривленного пространства-времени. Гравитация стремится сжать умирающую звезду, но ядерные силы оказывают этому сжатию сопротивление. Кто же из них победит?

Так случайно совпало, что в то время, когда нацисты в 1939 году вторглись в Польшу, Роберт Оппенгеймер и его студент Хартлэнд Снайдер опубликовали абсолютно новаторскую статью, где, исходя из идеальных условий, утверждали, что коллапс большой и плотной потухшей звезды ничем не ограничивается, а значит, в итоге звезда исчезнет вовсе. В войну все, что не связано непосредственно с выживанием, отодвигается на задний план, поэтому на их работу обратили внимание далеко не сразу. Когда же в конце 1950-х годов этой проблемой занялся Джон Уилер, то он подверг статью Оппенгеймера критике, решив, что ее упрощающие предположения нереалистичны и ведут к сомнительным заключениям. Уилер считал, что беспрепятственное сжатие звезды в точку невозможно. Однако позже он и его принстонские коллеги, вооруженные послевоенными знаниями о физике деления и синтеза атомных ядер, а также новыми электронно-вычислительными машинами, ответили на свои собственные критические замечания, завершив тем самым перечень возможных вариантов гибели звезд.

Подводя итог десятилетиям научных исследований, мы сегодня можем назвать три существующих конечных состояния потухших звезд. Звезды, подобные Солнцу, в конце своей жизни превращаются в белые карлики – прохладные сферы вырожденного вещества, сравнимые по размеру с Землей. Давления плотно упакованных электронов в белых карликах достаточно для того, чтобы противостоять дальнейшему гравитационному сжатию. Более массивные звезды завершают свой эволюционный путь в виде нейтронных звезд – еще более плотных сфер вырожденной ядерной материи диаметром около 20–30 км. Давления плотно упакованных нейтронов в них также хватает для того, чтобы препятствовать полному коллапсу. Но у самых массивных звезд нет возможности сопротивляться гравитационному сжатию: их беспрепятственный коллапс неизбежен.

В 1963 году в своей лекции о гравитационном коллапсе Уилер признал справедливость предположений, высказанных Оппенгеймером и Снайдером почти четвертью века ранее. Показательно, что Оппенгеймера в аудитории в те минуты не было. Возможно, он все еще чувствовал себя уязвленным из-за критики Уилера, а возможно, вовсе не стремился к примирению или не хотел чествовать докладчика за его научный вклад в решение проблемы. Как бы то ни было, он сидел снаружи, перед аудиторией, и разговаривал с друзьями. К тому времени у “разрушителя миров” были уже иные интересы, не связанные с этим его причудливым и в конечном счете наиболее значительным вкладом в теоретическую физику. В 1967 году, вскоре после смерти Оппенгеймера, Уилер во время своей лекции пытался подыскать удачный термин, который описывал бы конечное состояние тяжелых звезд, поскольку ему надоело повторять словосочетание “полностью коллапсировавший гравитационный объект”. И вдруг кто-то из слушателей выкрикнул: “А что насчет черной дыры?”.

(Как сказал Рай, “это далеко не полная история, но пусть так и останется”.)

Коллапсирующая звезда сначала преодолевает сопротивление электронного газа, а затем сопротивление атомных ядер. Когда вещество звезды сжимается до достаточно высокой плотности, искривление пространства-времени вокруг коллапсирующей массы становится настолько сильным, что даже свет оказывается захвачен на орбиту вокруг объекта. По мере дальнейшего сжатия свет уже не может вырваться наружу, словно пространство-время вокруг такого объекта расширяется быстрее, чем распространяется свет. Поверхность, представляющая собой рубеж невозврата (так называемый горизонт событий), определяется самой геометрией пространства-времени. С образованием черной дыры горизонт событий как бы отбрасывает темную тень. Черная дыра – это больше не звезда. Даже не материя. Раздавленное вещество исчезает совсем, оставляя в качестве своей тени горизонт событий. Черная дыра не представляет собой ничего, кроме собственной тени.

И Джон Уилер ввел в этот захватывающий мир черных дыр и квантовой механики Кипа Торна. Кип был представителем первого поколения физиков, взращенных на релятивизме. Ему посчастливилось начать свою научную карьеру в эпоху постановки важных астрофизических задач, которые ожидали, чтобы для их решения прибегли к теории относительности, и Кип использовал это удачное стечение обстоятельств самым что ни на есть замечательным образом.

Кип, блистательный ученик и добросовестный работник, был тогда молодым человеком (войну он претерпел ребенком), переболевшим пацифизмом. Когда я поначалу охарактеризовала его как пацифиста, Кип поправил меня, сказав, что это неверно. “Вовсе нет, – сказал он. – Пережив ужасы и последствия Второй мировой войны и узнав о сталинских чистках, я далеко ушел от пацифизма”. И тем не менее его политические взгляды не совпадали с взглядами его наставника. Кип полагал, что движущие силы холодной войны и гонки вооружений – это паранойя и невежество. Однако небесспорное участие Уилера в программе по разработке термоядерного оружия являлось неотъемлемым элементом интеллектуальной среды, в которой приходилось трудиться его соратникам. Водородная бомба представляет собой беспредельно мощное оружие геноцида. Слово, которое приходило Кипу на ум при мысли о сверхбомбе, было – “непристойный”. Его же собственные интересы лежали в области чисто академических исследований – чистой астрофизики. Чистое знание – достояние каждого, которое вместе с тем не принадлежит никому. Да, сверхбомба морально неприемлема, но законы ядерной физики, по которым она создана, лишены любых оттенков морали. Иногда – исключительно из любознательности – Кип задавал своим коллегам с допуском к секретным работам, связанным с ядерной физикой, технические вопросы, на которые те давали весьма уклончивые ответы. Его, разумеется, интересовали ядерные процессы, управляющие эволюцией звезд, а не те, что протекают в бомбах, но, как успел уже осознать Уилер, физика этих процессов одинакова и в недрах звезд, и внутри бомб.

Кип старался игнорировать свои политические разногласия с Уилером, любя его и искренне восхищаясь им за те же качества, за какие любили и ценили Уилера все остальные. Кипа притягивали интеллектуальная щедрость и выдающиеся способности наставника, а вовсе не его политические воззрения. Магию притягательности Уилера лучше всего передает цитата из его автобиографии: “Мне уже за восемьдесят, а я все еще продолжаю поиски. И знаю, что научные искания – это больше, чем простое стремление понять. Ученые движимы жаждой творчества, желанием создать картину мира и сформировать о нем такие представления, которые придадут ему еще чуть больше красоты и гармонии”.

Абстрактные математические объекты обернулись реальной астрофизической территорией, осваивать которую взялись Кип и другие представители его поколения. Пускай черные дыры мертвы и темны, но по некоей иронии они способны так искажать вокруг себя пространство и время, что превращаются в ярчайшие маяки Вселенной, несмотря даже на то, что любое доказательство их существования в 1960-х и 1970-х годах все еще подвергалось сомнению. Кип получил возможность заняться теоретическим описанием пульсирующих черных дыр, аккреции звездного вещества, излучения гравитационных волн. Когда он теоретизировал о кротовых норах и путешествиях во времени, сама действительность подталкивала его к мысленным экспериментам с участием развитых внеземных цивилизаций, и ограничены эти эксперименты были лишь физическими законами – но никак не развитием технологий. Его вклад в релятивистскую астрофизику фундаментален. Кип сам называл то время золотым веком. К 1970 году, в возрасте тридцати лет, он уже стал штатным профессором в Калифорнийском технологическом институте и снискал там уважение и известность за свои глубокие, тщательные и оригинальные теоретические исследования.

Поколение его наставника было призвано решать жизненно важные задачи. Шла мировая война, вершившая людскими судьбами. Научные исследования, хотя и носившие зачастую абстрактный характер, тоже служили благородной цели. Возможно, Кип ощутил себя обязанным не просто строить собственную научную карьеру, но посвятить свою жизнь чему-то возвышенному, достойному ревностного служения. Ему представился шанс сделаться первооткрывателем, адептом, проповедником (в атеистическом смысле слова) нового способа общения с Вселенной. Он оказался в состоянии помочь с доставкой на Землю природных ресурсов, дабы затем поделиться ими с обществом и посодействовать появлению чего-то важного, такого, что превзойдет все ожидания, включая и его собственные. Пока астрономы, прильнув к оптическим телескопам, жадно вглядывались в небо, Кип нашел возможность изучать Вселенную не при помощи световых волн, а при помощи звучания волн гравитационных. Перефразируя название романа Пинчона: Кип отыскал возможность исследовать Вселенную, вслушиваясь в музыку тяготения[12]12
  Томас Пинчон (род. в 1937) – известный американский писатель-постмодернист, перу которого принадлежит, в частности, роман 1973 г. “Радуга тяготения” (Gravity's Rainbow). – Прим. ред.


[Закрыть].

Я описала бы Кипа как человека хотя и осмотрительного и аккуратного, однако же не робкого или опасливого. Свои расчеты он выполнял всегда вдумчиво, не торопясь, порой очень-очень медленно. Но его тщательность не свидетельствовала о колебаниях или нерешительности. Работы Кипа расцвечены смелыми догадками, дерзкими гипотезами и рискованными предсказаниями. Он, судя по всему, рассматривал гравитационные волны как самый интересный из возможных для него объектов исследования, но при этом отдавал себе отчет в том, что они с трудом поддаются измерению и вызывают много споров. Из-за обилия разнообразных неясностей в природе гравитационных волн разобраться нелегко, а изменение представлений о пространстве-времени может попросту смешать все карты. Реальны ли эти волны вообще? Не являются ли они артефактом неверных суждений о пространстве и времени?

Даже сам Эйнштейн подвергал сомнению существование гравитационных волн. В 1916 году он считал, что их нет. И в том же году, что они есть. В 1936-м он вновь признал их реальность, хотя за прошедшие двадцать лет не раз менял свою точку зрения по этому вопросу. На одной из лекций Эйнштейн сказал: “Если вы спросите меня, существуют ли гравитационные волны, мне придется ответить, что я не знаю. Но проблема эта крайне занимательна”.

К началу 1970-х годов скептицизм относительно гравитационных волн не то чтобы полностью рассеялся, но заметно уменьшился, так как уже успела сформироваться солидная теоретическая база. И пускай многие продолжали сомневаться в существовании гравитационных волн – Кип к их числу не принадлежал. Мало того: Кип заявил, что в 1962 году, когда он вместе с Джоном Уилером начал работать над своим диссертационным проектом, ему уже было совершенно ясно, что гравитационные волны существовать просто обязаны (и неважно, что дебаты по этому поводу продолжались еще добрых двадцать лет). В 1972 году в обзоре, написанном совместно с аспирантом Биллом Прессом, Кип изложил собственное видение проблемы (которое стало для него “руководством к действию” на ближайшие десятилетия), присовокупив к этому план исследований, могущих заинтересовать Калифорнийский технологический институт.

Концепция состоит в том, что гравитационные волны возникают из-за существования предельной скорости распространения сигналов. Когда две черные дыры вращаются друг относительно друга, искажения формы пространства-времени должны неотступно следовать за ними, однако форма пространства-времени не может измениться мгновенно, поскольку для этого потребовалась бы передача информации (о движении черных дыр) со скоростью, превышающей скорость света. По мере вращения черных дыр искажения пространства тоже перемещаются и изменяются, и эти изменения постепенно расходятся вовне волнами со скоростью света, унося энергию неистового движения астрофизических объектов.

Регистрация гравитационных волн сулит поистине астрономические выгоды. Эти “новые посланцы космоса, – не раз говаривал Кип, – откроют нам новое окно во Вселенную”. Однако сведения об астрофизических событиях и энергии, которые могли бы доставить нам гравитационные волны, весьма скудны. Гравитация – самое слабое из известных взаимодействий. Гравитационное притяжение между двумя электронами составляет меньше одной триллионной от одной триллионной от одной триллионной электромагнитного взаимодействия между ними. Гравитационному притяжению всей нашей планеты легко противостоять силой человеческих мышц: ведь мы можем прыгать. Только мощнейшие движения самых больших из мыслимых скоплений массы и энергии способны порождать значительные гравитационные волны – такие, которые сумели бы зарегистрировать чувствительнейшие приборы.

Время для осуществления задуманного было самое что ни на есть благоприятное. Золотой век теории относительности – вдохновенные мечты о космосе, полном неизведанного. Возможно, слышимая Вселенная окажется столь же богата и разнообразна, как и Вселенная видимая? Галилей направил свой телескоп на ближайшие к Земле астрономические тела – на Солнце и планеты. Он увидел горные хребты на Луне. Он наблюдал спутники Юпитера и кольца Сатурна[13]13
  В 1610 г. Галилей впервые увидел в телескоп кольца Сатурна – как два расплывчатых пятна по краям планеты – и начал размышлять о ее “тройственности”. Только в 1655 г. Христиан Гюйгенс разглядел, что Сатурн окружен кольцом, а еще через двадцать лет Джованни Кассини установил, что колец несколько. – Прим. перев.


[Закрыть]и подтвердил, что Земля – не центр мира. В последующие столетия люди узнали о многочисленных астрономических объектах, расположенных за пределами нашей Солнечной системы и за пределами Млечного Пути. Не исключено, что создатели интерферометров тоже будут вознаграждены за свои труды подобным изобилием объектов изучения. Стоит лишь научиться записывать голоса космоса – и мы услышим отзвук непредставимых пока феноменальных явлений. Именно об этом мечтали встретившиеся в тот далекий уже день Рай и Кип.

В 1975 году оба они отправились в Вашингтон на заседание комитета НАСА. Кип намеревался собрать информацию, необходимую ему для составления заявки на проведение исследований по экспериментальной гравитации в Калифорнийском технологическом институте. Рай рассказывает:

– Я познакомился с Кипом в аэропорту Вашингтона. Никогда прежде я его не встречал. Подумал еще: “Что это за.?” Длинные волосы, браслеты какие-то. Короче, с виду типичный чокнутый. С такими я раньше не сталкивался. Выглядел он ужасно забавно. Хотя я тоже, наверное, показался ему чертовски смешным.

Позднее выяснилось, что мы работали в Принстоне в одно и то же время. И я привязался к Кипу. Он был очарователен, хотя и смотрелся тогда идиотом, вот просто абсолютным идиотом.

Вот как описывает Рай их следующую встречу:

– Мы проговорили всю ночь, то есть буквально всю ночь. Кип прикидывал, чем может заняться Калтех в области экспериментальной гравитации.

Кип тоже упоминает о нескольких ночах, проведенных в беседах с Раем:

– Таких ночей было немало – и в 1970-х, и в 80-х, и еще в 90-х. – Он смеется: – Но вот в какие из них мы бодрствовали до самого утра, я уже не припомню. Память у меня паршивая.

– Потому что не спите по ночам, – предполагаю я.

Наше с Кипом общение освежает его память. Вдобавок он (будучи человеком педантичным) обращается к записям из своего личного архива, чтобы уточнить конкретные даты. Итак, тогда он уже уяснил для себя, что эксперименты, связанные с гравитационными волнами, обязательно станут одним из пунктов его заявки для Калифорнийского технологического института, но, похоже, именно разговоры с Раем поспособствовали тому, что эти эксперименты заняли в ней центральное место.

Рай вспоминает:

– Мы нарисовали на листе огромную схему – список всевозможных задач, связанных с гравитацией. Но за какими из них будущее? Чем следует заняться? Я даже не пытался давить на него, Кип сам пришел к этой мысли. Решил, что из всех этих задач Калтеху нужно выбрать одну – регистрацию гравитационных волн с помощью интерферометров. Это казалось самым перспективным. Ну а затем Кип задумался о том, кого именно пригласить в проект, ведь одному тут явно не справиться.

И Рай продолжает:

– Кип уже тогда знал, чего хочет. Он задумал пригласить Владимира Брагинского, прекрасного, кстати, человека. Русского, который был с ним очень дружен. Не знаю, в курсе ли вы, но Кип некоторое время провел в Москве.

Кип вносит в этот рассказ небольшие коррективы, напоминая о многочисленных формальностях, связанных с процедурой подачи таких списков, об отборочной комиссии, об участии в отборе проректоров, ректоров, заведующих кафедрами, профессоров, преподавателей. Однако имя Владимира Брагинского в списке потенциальных руководителей экспериментальной программы должно было значиться непременно.

Существуют организмы, которые выживают вопреки или даже благодаря экстремальным условиям, – например, при запредельных давлениях и температурах. Так, есть бактерии, которые живут у гидротермальных источников на дне моря и используют в качестве источника энергии только водород. Советские ученые той эпохи вовсе не были экстремофилами, любящими подобные условия жизни. Но они действительно добивались больших научных успехов, хотя и находились под неописуемым давлением, существуя в неблагоприятной, так сказать, “бесплодной” среде; при этом им удавалось генерировать выдающиеся интеллектуальные достижения в самых элементарных жизненных условиях. Многие знаменитые засекреченные научные центры СССР вызывали на Западе в целом, и у Кипа в частности, восхищение. Ученого не особо страшил интерес, который проявлял к его поездкам в Москву КГБ. Что же касается Брагинского, то если его и тяготило пристальное внимание со стороны органов, то он этого не показывал и терпеливо подчинялся выдвигаемым требованиям, сдерживая свое раздражение и недовольство ради высоко им ценимых сотрудничества и дружбы с Кипом. В тех редких случаях, когда приятели выезжали за пределы Московской кольцевой автодороги, Брагинский был обязан сообщать властям маршрут, чтобы те могли контролировать передвижение машины, сверяя на каждом пункте автомобильной инспекции ее путь с заранее намеченным. Брагинский однажды признался Кипу, что всякий раз, когда тот посещал СССР, его, Брагинского, вызывали для беседы в КГБ. Бдительность по отношению к советскому ученому проявлялась и во время его поездок в США. Иногда он с коллегами отправлялся в заграничную командировку в сопровождении сотрудника КГБ. Кип замечает с иронией: “Такого человека всегда было легко вычислить. Им оказывался тот, кто ничего не знал”.

За ними следили власти обеих стран. Кип практически уверен, что в конце 1960-х и в начале 1970-х годов американские госорганы прослушивали его телефоны. Однажды случилось вот что: в дверь Кипа постучал мистер Бевинс из лос-анджелесского отделения ФБР – это был то ли четвертый, то ли пятый его визит, и всякий раз он пытался выведать о Владимире Брагинском что-нибудь новое. Кип, уставший от абсурда происходящего, распахнул дверь кабинета: “Он как раз здесь. Расспросите его сами”. И вежливо представил агента его объекту наблюдения. После долгой паузы, во время которой оба оторопевших гостя приходили в себя, опомнившийся первым Бевинс приподнял свою штанину: “Смотрите-ка, оказывается, я, как и вы, сделан из плоти и крови!” – словно бы осознав внезапно все значение равенства людей.

Брагинский убедил Кипа в том, что регистрация гравитационных волн увенчается успехом, и Кипу, разумеется, не хотелось оказаться в проекте в качестве простого консультанта русских. Рай говорит по этому поводу вот что: “Существовали определенные сложности. Кип знал, что на тот момент Брагинскому трудно было бы покинуть Россию. Шла холодная война. Я понятия не имею, каким образом ему вообще удавалось выезжать за границу, но ему удавалось. Так что я подозревал его в связях с КГБ. Правда, ездил он всегда один, без жены и детей, которые оставались дома как заложники.

Но пойми, это всего лишь мое предположение. Впрочем, выглядит оно весьма правдоподобно”.

Кип, однако, заверил меня, что Брагинский никоим образом не был связан с госбезопасностью, хотя и являлся членом коммунистической партии, “не занимая в ней никаких постов”. Возможно, Брагинского выпускали за рубеж из-за желания советских властей похвастаться перед Западом. То была эпоха политических спекуляций, пропаганды и краснобайства, и СССР извлекал пользу из чувства уважения, которое испытывали к Брагинскому иностранные ученые. Ему позволялось ездить в заграничные командировки, чтобы он демонстрировал превосходство советской науки. “И все-таки, – добавляет Кип, – возможно, просто ради того, чтобы показать, кто в доме хозяин, Владимиру несколько раз отказывали в выездной визе, а однажды аннулировали ее прямо в аэропорту, перед самой посадкой в самолет”.

Итак, именно Брагинский был бы самой подходящей кандидатурой для приглашения в Калтех, и мысленно он уже даже воображал себе собственную жизнь после переезда в либеральную, солнечную и беззаботную Калифорнию. Но суровые последствия этого поступка для тех, кого ему пришлось бы оставить на родине, страшно было представить. В итоге Брагинский так и не покинул Советский Союз, но даже оттуда, издалека ему все же удалось принять участие в работе над детекторами. Группа Брагинского и сегодня сотрудничает с LIGO.

Рай вспоминает, что через несколько месяцев после их встречи в 1975 году Кип спросил его, хочет ли он участвовать в проекте. А Рай ответил: “Позвольте сразу вас предупредить, что у меня ужасная ситуация. Я мало публиковался, так что никакая комиссия мою кандидатуру не одобрит”.

– Забавная тогда вышла история. Кип все же настоял на своем и уговорил меня подать заявку. Я отправил ему резюме, а спустя некоторое время получил от него записку: “Здесь же не хватает нескольких страниц, да?” После этого я понял, что стараться мне смысла нет.

– Большой роли при обсуждении кандидатуры Рая в Калтехе это не сыграло, – уверяет Кип. – Я нисколько не сомневался, что назначение Рая профессором обязательно состоится.

(Когда в декабре 1977 года был составлен список соискателей, Райнер Вайсс значился в шорт-листе вторым.)

Однако же в 1975 году, в ту ночь, когда они встретились в Вашингтоне перед заседанием комитета НАСА, Рай предложил другого кандидата, чье имя позже еще всплывет в Калтехе в процессе отбора претендентов. Рай вспоминает: “Я не был лично знаком с этим человеком и никогда его не видел, но знал, что он очень умен. Я говорю о Роне Древере. Именно его кандидатуру я и предложил тогда Кипу”.