Текст книги "Блюз черных дыр и другие мелодии космоса"

Глава 5
Джо Вебер

В 1969 году Джо Вебер объявил, что совершил открытие в экспериментальной астрофизике, сделав то, что ранее считалось невозможным. Он обнаружил доказательства существования гравитационных волн. Представьте себе его гордость, гордость быть первопроходцем, радость открытия, почти животное чувство наслаждения собственными свершениями. Практически в одиночку, вооружившись твердой решимостью, он вознамерился обнаружить гравитационные волны. Вебер заполняет несколько тетрадей, сотни страниц, расчетами, эскизами, идеями и в итоге создает экспериментальный аппарат – хитроумный инструмент, резонансную антенну, так называемую “антенну Вебера”, которая вибрирует в унисон с гравитационной волной. Эта антенна представляет собой сплошной алюминиевый цилиндр (длина – около двух метров, диаметр – один метр, вес – около 3000 фунтов, то есть примерно 1360 кг); можно, пожалуй, провести аналогию с гитарной струной, вот только играть на ней затруднительно. У антенны Вебера имеется всего одна естественная частота, на которой мощная гравитационная волна должна заставить ее (антенну) звучать, подобно камертону.

Джозеф (Йона) родился в Нью-Джерси в 1919 году в семье литовских евреев-иммигрантов. Сначала Йону стали звать Янки, а затем – Джо. Школьного учителя сбил с толку сильный акцент матери мальчика: ему послышалось “Джозеф”, и женщина кивнула в знак согласия, поскольку это было достаточно близко по звучанию к имени ее сына. Джозеф Вебер мог бы зваться Йоной Гебером, но семья предпочла иное написание своей фамилии – “Вебер”: так показалось удобнее.

Ради экономии семейного бюджета Джо Вебер ушел, не доучившись, из нью-йоркского колледжа Купер-Юнион и поступил в Военно-морскую академию. Он получил офицерское звание, был экспертом по радарам, штурманом, дослужился до капитана. Вебер находился на авианосце “Лексингтон”, когда тот был поврежден и потоплен японцами во время Второй мировой войны; позже командовал кораблем-охотником за подводными лодками. В 1982 году он дал интервью Кипу Торну: “Я оказался в числе тех, кому в июле 1943-го было приказано подыскать подходящий участок берега для высадки 1800 десантников бригадного генерала Теодора Рузвельта-младшего. После войны я стал начальником департамента электронной разведки. Так что мне были знакомы тонкости электронной разведки всего военно-морского флота”. У Джо характерное произношение, типичное для американцев его поколения. Домашние даже прозвали его Янки – после несчастного случая, который произошел с ним в детстве. В пять лет его сбил автобус; малышу потребовались специальные занятия по речевой реабилитации, в результате чего он приобрел типичный американский выговор.

Выйдя в отставку, 29-летний Вебер получает должность профессора в университете Мэриленда, причем оклад у него “один из самых высоких на то время – 6500 долларов в год”. Как ни странно, докторской степени у него не было, но приняли его на работу с условием, что он ее получит. И Вебер попросил известного физика Георгия Гамова стать руководителем его диссертационного проекта. Профессор Гамов спросил: “А что вы умеете?” И Джо ответил: “Я инженер в области физики микроволн, с большим опытом. Вы не могли бы предложить мне какую-нибудь тему для диссертации?” По словам Джо, Гамов сказал: “Нет”. Просто “нет”. Бравший интервью Кип понимал всю иронию этой истории, но для читателей я ее сейчас растолкую. Так вот: Гамов, Ральф Алфер и Роберт Герман предсказали существование реликтового электромагнитного излучения, оставшегося от Большого взрыва, спектр которого в настоящее время лежит в микроволновой области, то есть предсказали существование космического микроволнового фонового излучения – свечения, сопровождавшего возникновение Вселенной. Если бы Гамов сказал “Да”, Джо, возможно, получил бы Нобелевскую премию за обнаружение реликтового излучения. Но все обернулось по-другому: в 1965 году реликтовый фоновый свет был обнаружен двумя учеными из Лабораторий Белла, будущими нобелевскими лауреатами Пензиасом и Вильсоном, причем сделали они это открытие случайно, чуть ли почти того не желая. Однако в результате эти двое стали свидетелями того, чего раньше никто не наблюдал.

Повторяю: молодой и полный энтузиазма эксперт в области микроволнового излучения, инженер, идет к знаменитому Гамову, который предсказал микроволновое излучение, оставшееся от Большого взрыва и являющееся лучшим подтверждением верности теории о происхождении и эволюции Вселенной, и спрашивает: “У вас не найдется проекта для такого инженера, как я?”, а Гамов по некоей непонятной причине отвечает: “Нет”.

Эта досадная история определила всю дальнейшую научную карьеру Джо. После странного отказа профессора Гамова Джо начинает заниматься атомной физикой, работает над концепцией мазера [по-английски maser, название дано по первым буквам словосочетания Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation] — усилителя микроволн с помощью вынужденного излучения, или, в более современной формулировке, квантового генератора микроволн на основе эффекта вынужденного излучения, и уже в 1951 году проводит первую публичную презентацию, содержавшую все его основополагающие идеи. С этих пор Джо получает признание – правда, не всеобщее – как независимый, самостоятельный соавтор открытия предшественника лазера [по-английски laser, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усилитель света с помощью вынужденного излучения]. Если бы судьба распорядилась иначе, за это открытие ему тоже могли бы дать Нобелевскую премию. И он получил бы патенты. И, соответственно, деньги. Джо едва было не добрался до самой вершины. Подобно Шеклтону[17]17
  Эрнест Генри Шеклтон (1874–1922) был прославленным англо-ирландским полярным исследователем, участником четырех антарктических экспедиций. К сожалению, ни одну из них нельзя назвать полностью успешной: в силу разных обстоятельств их приходилось прерывать. До вожделенного Южного полюса Шеклтон так и не добрался. – Прим. ред.


[Закрыть], он несколько раз становился “почти первым”: почти первым увидел Большой взрыв, почти первым запатентовал мазер, почти первым обнаружил гравитационные волны. Он и прославился именно благодаря этому “почти”. Объясняя в интервью Кипу свое желание после постигшего его разочарования в истории с мазерами заняться исследованиями в области теории относительности, он вскользь, однако без всякой иронии, замечает: “Мне казалось… эээ… что в ней нет никаких, эээ… особо спорных моментов”.

На черно-белых фотографиях он склоняется над своим цилиндром: пышные, зачесанные назад волосы цвета перца с солью, белая рубашка с коротким рукавом, очки в черной квадратной оправе. Он закрепляет в середине цилиндра кварцевые кристаллы, которые, сжимаясь в результате резонансных колебаний антенны, производят электрическое напряжение – и ток течет по проводам от антенны к электронному оборудованию, записывающему звучание этой гигантской струны. Это был весьма скромный, нетребовательный измерительный прибор. Антенна Вебера в университетской лаборатории Мэриленда помещалась в небольшой комнате и легко управлялась одним-единственным человеком. Создал он и другие антенны, установленные (примерно в миле от кампуса) в строении, смахивавшем на гараж. Позже, для уверенности при фиксировании синхронных событий, Вебер разместил свою антенну в Аргоннской национальной лаборатории близ Чикаго, на достаточно большом расстоянии от мэрилендских антенн, чтобы исключить такие источники сигналов, как, к примеру, автомобильные аварии и грозы. Он продумывал все до мелочей. Он был гениальным, упорным и дерзким. Его антенны не стоили больших денег. И они работали. Звучали изо дня в день, словно бы откликаясь на многочисленные сигналы, посылаемые нашей Галактикой. Вселенная вознаграждала ученого за старания шумным небом. Он даже не пытался идентифицировать источники. В отношении этого Вебер был агностиком – пускай, мол, разбираются теоретики. Он указал новые пути и экспериментаторам, и физикам-теоретикам, совершив одно из важнейших экспериментальных открытий века. Да, это заняло десять лет – немало, но все же не сто, как предсказывали скептики! – однако в итоге эксперимент, поставленный Вебером с небольшой командой единомышленников, завершился успешно.

В 1969 году Вебер выступает на скромной по масштабу конференции по общей теории относительности, участники которой все еще выражали сомнение в самом существовании гравитационных волн. “Указания на существование гравитационных волн” – так назывался его доклад. Источником волн могли быть столкновения звезд, или нейтронных звезд, или пульсаров, происходящие в районе центра Галактики. Его слова повергли присутствующих в шок, сменившийся ликованием. Грянули аплодисменты. Вебер – провозвестник будущего. Он на журнальных обложках. Он купается в лучах славы.

Кип отлично помнит, как пришло известие об обнаружении гравитационных волн. Хотя его и удивило, что Джо представил результаты так скоро, он все-таки решил отнестись к ним серьезно. Специалисты по прикладной физике, взбудораженные докладом Вебера, пытались понять природу источников, способных заставить его антенну звенеть так упорно и энергично. Теоретики также занялись поисками разнообразных источников – зачастую не для того, чтобы объяснить полученные экспериментальные данные, а, скорее, ради исследования полного спектра возможностей, которые в состоянии предоставить космос. Роджер Пенроуз сосредоточился на проблеме возникновения гравитационных волн при рождении Вселенной. Стивен Хокинг сталкивал друг с другом черные дыры. Но, по мере получения итогов теоретических расчетов, первоначальный энтузиазм постепенно угасал. Вебер подсчитал: для соответствия его данным в нашей Галактике ежегодно должны уничтожаться тысячи Солнц. Его отношение к проблеме источников сигнала было приемлемо для экспериментатора, который обязан оставаться беспристрастным и непредвзятым. Но для теоретика утверждение о гибели тысяч Солнц попахивало невообразимым нарушением закона сохранения энергии. Мартин Рис (теперь – сэр Мартин Рис) и его коллеги Деннис Сиама и Джордж Филд показали, что количество энергии, необходимое для объяснения результатов Вебера, слишком велико для нашей Галактики. Однако в произведенных ими расчетах имелись некоторые неопределенности, что позволило Веберу и дальше отстаивать свою позицию.

Джо пробыл какое-то время у Уилера в Принстоне и познакомился там с Кипом и авторитетным физиком-теоретиком Фрименом Дайсоном. Вебер и Дайсон обсудили вероятность того, что взрывающиеся звезды – сверхновые – могут рождать волны пространства-времени, и пришли к выводу, что, возможно, резонансная частота антенны Вебера чувствительна к этому явлению. Джо обыкновенно поддразнивал теоретиков из-за их надменности, однако же высказанное Дайсоном мнение оценил высоко: “Дайсон и писал, и говорил мне, что размышлял об этом. Поначалу, услышав о результатах моих измерений, он решил, что я сумасшедший, но затем он детально все проанализировал и сделал первые расчеты для гравитационного коллапса, которые и прислал мне. Эти расчеты приводятся в его книге «Межзвездный транспорт»”.

В “Межзвездном транспорте” представлены взвешенные и при этом оригинальные суждения о преимуществах тех или иных возможностей налаживания связи с инопланетянами. Дайсон включил туда статью “Гравитационные машины”, в которой рассматривал компактные потухшие звезды как перспективных кандидатов в источники гравитационных волн. Сегодня мы уже можем наблюдать компактные потухшие звезды, но в 1963 году их существование было под вопросом. Так вот, Дайсон предположил, что развитая цивилизация в состоянии расположить две вращающиеся друг вокруг друга компактные потухшие звезды таким образом, чтобы использовать полученную систему как рогатку – для ускорения космического корабля практически до скорости света. Он также предполагал, что подобные пары естественного происхождения могли бы стать источником мощного всплеска гравитационного излучения, которое установка Вебера вполне способна обнаружить. Идея Дайсона оказалась востребованной – но не для осуществления внеземного общения, а для поиска перспективнейших источников гравитационных волн.

Вебер зачитывает Кипу несколько вдохновляющих строк из статьи: “Фримен Дайсон. «Гравитационные машины». Потеря энергии за счет гравитационных волн обусловливает приближение звезд друг к другу со все возрастающей скоростью до тех пор, пока в последние секунды своей жизни они не сольются вместе, оставив след от этого события в виде гравитационной вспышки невообразимой интенсивности. которая может быть зарегистрирована с помощью существующего оборудования Вебера. Представляется целесообразным продолжать наблюдения с использованием оборудования Вебера.”

Даже великий Оппенгеймер поддерживал Вебера. В середине 1960-х годов Джо отправился встречать Оппенгеймера, прилетевшего с визитом, в аэропорт и с радостью услышал, что знаменитость с большим энтузиазмом следит за исследованиями гравитационных волн. Джо вспоминает произнесенную тогда Оппенгеймером фразу: “«Твое теперешнее исследование – чуть ли не самое захватывающее из тех, какие здесь проводятся.» Я был поражен, его слова, разумеется, невероятно подбодрили меня. И он был не единственный, кто сделал мне подобный комплимент”. Но это лишь начало истории, как сказал Кипу Джо. Все свидетельства собраны, зарегистрированы и подшиты в дело.

Вектор науки может измениться очень быстро – и он изменился. Вскоре резонансные антенны Вебера появились в компании IBM, в Стэнфордском университете, в Лабораториях Белла, в Шотландии, Японии, Германии, Италии, Советском Союзе, Калифорнии, Луизиане и в Рочестере, штат Нью-Йорк. Повсюду. Буквально повсюду. В 1972 году НАСА даже установило устройство Джо (гравитометр лунной поверхности) на Луне. Возникали все новые конструктивные усовершенствования, усложнялись методы анализа. Но никто, никто, кроме Джо, так и не смог обнаружить гравитационные волны. Пространство было наполнено мертвой тишиной.

Рон Древер, в то время работавший в Глазго, и его сотрудники, а также другие группы исследователей в Великобритании – из Харвелла, Кембриджа, Оксфорда, Глазго – принялись создавать собственные гравитационные антенны, внося изменения в изначальную конструкцию, которая с каждой очередной воплощенной гениальной идеей все менее походила на простой музыкальный камертон. Рон Древер впервые заинтересовался гравитационными антеннами в начале 70-х годов, твердо поверив в правоту Вебера.

Стивен Хокинг и Гэри Гиббонс из Кембриджа обсуждали, как можно оснастить лабораторию, использовав для этого материалы, найденные чуть ли не на свалке (идеи эти, впрочем, не реализовались). В частности, Древер по их просьбе исследовал резервуар, применявшийся прежде как декомпрессионная камера для водолазов, и пришел к выводу, что эта вещь дешевая, но для целей проекта негодная.

В 1970-е годы Древер хотел навестить Вебера в его мэрилендской лаборатории, однако тот, ожесточившийся и подозрительный, отказал ему в этом. Тем не менее Рон все-таки приехал в Мэриленд, но был встречен там с нескрываемым презрением. Вебер приветствовал его словами: “Нельзя просто зайти с улицы и заняться гравитационно-волновыми экспериментами”. Рон был с этим полностью согласен, но Веберу отчего-то не понравился его оптимистический настрой. Древер, обескураженный приемом, вернулся в Великобританию и занялся постройкой в Глазго собственных антенн. Хотя у него уже были основания для сомнений, он по-прежнему держал свой разум открытым для новых перспектив. Однако его постигло разочарование: антенны регистрировали только шум. Очень скоро он и его сотрудники вынуждены были признать, что места сомнениям больше нет: к сожалению, Вебер ошибался.

Брагинский был первым, кто построил гравитационную антенну и объявил об отрицательном результате – отсутствии волн. После нескольких недель проведения эксперимента он осознал необходимость создания более чувствительных антенн или выработки совершенно иного экспериментального подхода. Более масштабными оказались эксперименты Рона Древера. Он посвятил им то ли год, то ли два, упорно пытаясь воплотить в жизнь “всякие безумные идеи” в рамках большого британского проекта в лаборатории Резерфорда в Кембридже. Немецкая группа, имевшая в своем распоряжении наиболее высокоточный прибор, также опровергла результаты измерений Вебера. И в конце концов энтузиазм в отношении наблюдений гравитационных волн угас.

Заявление Джо Вебера об обнаружении гравитационных волн, сделанное в 1969 году, принесло ему славу и превратило в одного из самых знаменитых ученых его поколения. Однако приведенные им сведения были достаточно быстро и решительно опровергнуты. В последующие десятилетия Вебер практически лишился поддержки – как моральной, со стороны коллег, так и финансовой. Из университета Мэриленда его едва не уволили. Комментируя однажды создавшееся положение, Вебер упомянул свою вторую жену, астронома Вирджинию Тримбл, двадцатью тремя годами моложе его. Вот что вспоминает социолог Гарри Коллинз: “ [Вебер] сказал мне с улыбкой, что когда он женился на ней, то купался в лучах славы, а ее почти никто не знал, однако же со временем их роли поменялись”.

Вебер не отступил, даже когда появились множественные свидетельства ошибочности его точки зрения и от него отвернулось ученое сообщество. Его заявления о непосредственном обнаружении гравитационных волн перепроверялись, и доказательства неправоты Джо всякий раз перевешивали. Он никогда не наблюдал гравитационные волны. Вместо этого он регистрировал сбой оборудования, или ошибался в аналитических расчетах, или даже – что было бы хуже всего – бессознательно искажал данные.

Ричард Гарвин, физик-экспериментатор из IBM, движимый то ли заявлением Вебера, то ли своей недоверчивостью, довольно быстро собрал и откалибровал собственный детектор, настроенный на узкий диапазон частот, характерный для антенны Вебера. Однако небеса хранили молчание, так же, как и в опытах прочих экспериментаторов по всему миру. Гарвин очень расстроился. Предыдущий обмен мнениями убедил его в том, что Вебер не станет прислушиваться к разумным доводам и даже принимать во внимание полученные данные, и потому он решил подстеречь Джо на публике и открыто выступить против него. В 1974 году, на конференции по теории относительности, проходившей в Массачусетском технологическом институте (эти конференции становились раз от разу оживленнее именно благодаря полемике с Джо), Гарвин вышел вперед и принялся осуждать Вебера за неверную интерпретацию сделанных им измерений. Вебер и Гарвин тогда едва не подрались. Оба угрожающе замерли друг напротив друга перед залом, полным миролюбивых релятивистов, и один только страдавший от последствий полиомиелита астрофизик Фил Моррисон осмелился воздеть свою трость и тем самым помешать схватке. Противники разошлись. Вебер был полон решимости, Гарвин – презрения.

Джо, почувствовав себя гонимым, еще более укрепился в своей вере. Эксперимент Гарвина смело можно было назвать куда менее точным, чем эксперимент Вебера. Сконструированный на скорую руку детектор был меньшего размера и эксплуатировался всего месяц. Да и вообще – проведенные эксперименты никогда не бывают идентичными, а их сравнение требует кропотливой работы. Как ученый Вебер имел полное право, более того – был обязан указать на недостатки при сопоставлении двух экспериментов. Признать свое поражение, основываясь на неверной логике и скудных данных, он не мог.

В следующие двадцать пять лет обстоятельства не благоволили к Джо. Недоброжелатели ловили его на вопиющих ошибках. Он выдвигал заведомо ложные гипотезы. К примеру, Джо заметил, что раз в сутки, когда центр нашей Галактики находился в зените, детектор регистрировал целый пучок событий. На этом основании Вебером был сделан вывод о том, что сигнал может приходить из области плотного галактического ядра, где логично ожидать избыточную гравитационную активность, которая, соответственно, является источником интенсивных гравитационных волн. Астроном Тони Тайсон сидел в первом ряду вместе с Джоном Уилером и Фрименом Дайсоном на коллоквиуме в Принстоне, где Вебер и продемонстрировал свой график с большими пиками, повторяющимися каждые двадцать четыре часа наблюдений; по его мнению, это были мощные всплески гравитационных волн, приходящих из плотного галактического центра. “Мы все так и подскочили, – вспоминает Тайсон, – воскликнув: «Погодите-ка, Джо, но ведь гравитационные волны должны пронзать Землю насквозь!»” Это обстоятельство ставило вывод Вебера под сомнение. Поскольку гравитационные волны беспрепятственно проходят сквозь Землю, его антенны должны были бы регистрировать события раз в двенадцать часов – когда центр Галактики над головой и когда он под ногами. После того как Веберу указали на ошибку в его рассуждениях, он заново проанализировал данные и вернулся через пару недель с кластерами событий, происходящими каждые двенадцать часов. Такая гибкость в анализе данных только усилила недоверие к ним.

Тони Тайсон решил прояснить ситуацию, построив свой собственный детектор в Лабораториях Белла. В течение года он собирал данные и – “ни черта не увидел”. Однако соблазн обнаружить новую физику никуда не делся, и он захотел сделать детектор более чувствительным, чтобы расширить границы наблюдений. Дэвид Дуглас в университете Рочестера построил точную копию антенны Тайсона с тем, чтобы они, находясь на большом расстоянии друг от друга, могли искать совпадающие события. Благодаря поддержке АТ&Т[18]18
  Крупнейшая в мире телекоммуникационная компания, второй по величине в Америке сотовый оператор, один из основных подрядчиков Агентства военной связи США. – Прим. ред.


[Закрыть], материнской компании Лабораторий Белла, им удалось получить во временное пользование длинный коаксиальный кабель, который проложили между лабораторией Тайсона, лабораторией Дугласа и лабораторией Вебера. Таким образом, каждый из исследователей мог напрямую скачивать чужие данные на цифровые носители и проводить с ними свой собственный анализ.

Изучив данные, полученные с помощью независимых детекторов, Вебер заявил о сигналах, совпадающих с теми, что были зарегистрированы с помощью его детектора в штате Мэриленд. Совпадение сигналов с разных далеко отстоящих друг от друга и независимо управляемых детекторов действительно можно было интерпретировать как обоснование гипотезы о том, что источники сигналов имели астрофизическую природу, а не являлись следствием земных помех. Однако же Дуглас и Тайсон не обнаружили в своих данных ничего, кроме шума.

Тайсон предположил, что Джо вытягивал ложные сигналы из шумов в своих собственных данных, причем эти сигналы совпадали с теми ложными сигналами, которые Тайсон намеренно вводил в данные Вебера для калибровки детектора. “Я думал, что мы проинформировали Джо о калибровочных сигналах. Но, может, мы этого не сделали”, – говорит озадаченный Тайсон. Если Джо полагался на совпадение с этими ложными сигналами, то он мог обнаружить совпадение где угодно. Еще больший удар нанесло по теории Джо то обстоятельство, что разные группы использовали разные временные стандарты. Тайсон и Дуглас использовали среднее время по Гринвичу, тогда как Джо – североамериканское восточное время. Когда Джо записывал событие в 02:00, утверждая, что одновременные события были обнаружены Тайсоном и Дугласом также в 02:00, фактический временной сдвиг составлял четыре часа. Одновременных событий не наблюдалось. Даже если бы ситуация складывалась для Джо самым благоприятным образом, устоять после совершения таких ошибок было бы невозможно. В конце концов Вебер устранился от анализа данных, чтобы исключить любое обвинение в своей личной предвзятости, но было уже слишком поздно. Люди перестали ему верить. Он сознательно поддался соблазну ложных надежд, превратился в генератора ложных утверждений и был публично разоблачен в ходе очень унизительных для него научных форумов. Фальсификатора уличили. Тайсон говорил о Джо: “Он был великим инженером, но никудышным аналитиком”.

В конце 1980-х годов заслуженный профессор (professor emeritus) Вебер, чтобы поддерживать существование мэрилендской лаборатории, которая к тому времени представляла собой практически пустую бетонную коробку, стоявшую между лесом и полем для гольфа, использовал собственные денежные средства. Иногда ему даже приходилось демонстрировать кошелек с наличными, чтобы решить то или иное дело. О вывеске на фасаде он особо не заботился, и непогода не пощадила былую гордость слов “Обсерватория гравитационных волн”.