(продолжение. Начало в №5/2020 и сл.)
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
«В июле 1945 года я возвращался в Кембридж в купленной за пять фунтов машине, и в кармане у меня лежало что-то вроде увертюры к “Риенци” Вагнера».
Возможно, не все мои читатели такие же знатоки и любители Вагнера, как Хойл. Я уж точно не принадлежу к их числу, а потому поясню, что он имел в виду. Немецкий композитор Вильгельм Рихард Вагнер (1813–1883) стал великим не сразу. Лет до тридцати он жил в нужде, если не сказать в нищете, и в долгах — по крайней мере однажды он сидел в долговой тюрьме. Но он верил в своё высокое предназначение, и в 1842 году приехал в Дрезден с первой большой оперой «Риенци». Её постановка имела успех (хотя опера длилась больше шести часов с учётом антрактов), а увертюра к ней считается одним из шедевров мировой оперной классики. Вскоре после этого он стал великим, хотя и был освистан во Франции (вряд ли бойкие французы могли усидеть шесть часов на одном месте под бой барабанов и гром труб), но отнюдь не разбогател, так что его многочисленные долги оплачивал благоволивший ему баварский король Людвиг II.
Итак, что же за шедевр лежал в кармане Фреда? И как он к нему пришёл? Хойл нашёл ключ к проблеме происхождения элементов.
Здесь нужно сделать очередное отступление, чтобы пояснить, в чём состояла проблема. Вплоть до начала XX века считалось, что химические элементы вечны и неизменны. Средневековые алхимики пытались открыть тайну трансмутации — превращения одних элементов в другие. Они надеялись найти способ сделать из свинца или ртути золото, придумав для этого «философский камень», который был способен сотворить такое чудо. Как выяснилось, великий Исаак Ньютон, посвятил алхимии гораздо больше времени, чем созданию своей системы мира, работая в полной тайне, но так и не добился никаких результатов.
Лорд Кейнс (знаменитый экономист и собиратель рукописей Ньютона) писал:
«С восемнадцатого столетия о Ньютоне думают как о первом и величайшем человеке новейшей научной эпохи, как о рационалисте, который учит нас мыслить холодно и трезво. Ничего подобного я не обнаружил. Мою точку зрения разделит всякий, кто разберётся в содержимом ящика с бумагами, упакованном Ньютоном перед тем, как окончательно покинуть Кембридж в 1696 году. Правда, некоторые материалы утеряны и не дошли до нас. Однако ясно, что Ньютон не был первым представителем века разума. Он был последним из магов, последним из вавилонян и египтян, последним великим мыслителем, видевшим и обыденный мир, и мир разума теми же глазами, что и люди, начавшие создавать наше интеллектуальное наследие немногим менее десяти тысяч лет назад. Исаак Ньютон, никогда не знавший отца, появившийся на свет уже после его смерти, притом в Рождество 1642 года, был последним чудо–младенцем, которому вполне заслуженно могли бы поклониться волхвы»[1].
В этом пассаже явно прослеживаются параллели с Иисусом Христом.
Другим алхимикам повезло ничуть не больше. Никакими ухищрениями ни один элемент не удавалось превратить в другой. И вот, в начале XX века выяснилось, что атомы не есть неделимые частицы материи, что внутри атома есть крошечное ядро, вокруг которого вертятся электроны. А потом выяснилось, что ядра состоят из протонов и нейтронов, и что некоторые элементы либо самопроизвольно, либо под внешним воздействием распадаются, образуя другие элементы. Трансмутация оказалась реальностью, но совсем не такой, какой её представляли себе алхимики.
Раньше вопрос о происхождении элементов просто не возникал, но теперь, когда стало ясно, что элементы не вечны, проблема их возникновения встала во весь рост. Как мы увидим позднее, Хойл был не единственным, кто попытался решить эту проблему, но пока рассмотрим его подход.
Предыдущие работы с Литлтоном подвели его к представлению о том, что подходящим местом для образования элементов являются звёзды. Нужно было найти соответствующие механизмы, причём такие, которые не просто правдоподобно описывали бы процесс образования элементов из водорода (простейшего элемента), но и предсказывали бы относительные распространённости различных элементов в природе, например, тот факт, что железо или свинец встречаются гораздо чаще золота. Задача эта очень непроста, и путь к её решению был извилистым. Хойл пишет об этом довольно подробно, так что мне не обойтись без довольно объёмистых цитат.
«Идея образования химических элементов в недрах звёзд была высказана задолго до того, как я обратился к этой проблеме. Как только Фрэнсис Уильям Астон выполнил свои масс-спектрографические измерения масс изотопов различных элементов, тут же и было высказано такое предположение. Однако, для синтеза элементов требовались колоссальные температуры в недрах звёзд. В 20-е годы не было даже ясно, как протекает относительно простая реакция превращения водорода в гелий. Проблема образования элементов не стала казаться проще и после успешного описания этой реакции Гансом Бете, поскольку для синтеза элементов требовались температуры, в сотни раз превосходящие те, что преобладали при превращении водорода в гелий».
Здесь я оборву цитату, чтобы вернуться к ней позднее, так как она подведёт нас к следующей большой главе в жизни Хойла, и перескажу ту «цепочку случайностей», как назвал её Фред, которая привела его к решению проблемы.
Всё началось с первой поездки Хойла в США. В главе о его военной деятельности упоминалось, что разработчики радара наткнулись на загадочное явление аномального распространения радиоволн. Этой проблемой заинтересовались военно–морские силы США, и осенью 1944 года Хойл вместе с ещё двумя коллегами отправился за океан на специальное совещание по аномальному распространению. Им предстояло пересечь Атлантический океан на военном транспорте, перевозившем десять тысяч американских солдат, отправлявшихся домой на рождественские каникулы. Это было довольно старое судно, постройки 20-х годов, весьма тихоходное, так что, по мнению Фреда, у него не было шансов оторваться от немецкой подводной лодки. Он выяснил, что в случае гибели в океане, его семья не получит ни фунта пенсии, а потому застраховал жизнь на все деньги, какие мог собрать.
«Солдаты осваивали бортовое вооружение и постоянно отрабатывали действия на случай торпедной атаки. Но мой знающий коллега сказал, что это пустая трата времени. Когда в судно попадает торпеда, то даже самый дисциплинированный экипаж охватывает паника и об инструкциях уже никто не помнит. Самым разумным, по его мнению, было бы пробраться на корму и соскользнуть в воду по одному из канатов, которых там множество. Потом нужно отплыть подальше и дождаться пока судно не пойдёт ко дну, выбросив огромный фонтан пара и воздуха, и стараться зацепиться за что-нибудь позволяющее остаться на плаву. Так ещё можно было надеяться уцелеть, тогда как шансов выжить в давке рвущихся к шлюпкам не было никаких. Потому мы тщательно обследовали корму в поисках наиболее подходящих канатов. Поначалу меня утешал выданный всем спасательный жилет, но при виде десятиметровых волн это утешение куда-то испарилось».
Десятидневное плавание, несмотря на мучившую Фреда морскую болезнь, спасение от которой он искал в той точке корабля, что оставалась неподвижной относительно волн, завершилось благополучно. Судно бросило якорь в Нью-Йорке.
Америка сразу очаровала Хойла. После нескольких лет британского затемнения освещённые здания и улицы выглядели как в сказке. Еды было вдоволь и задёшево, ни о каких карточках не было и речи. Литр вина стоил всего доллар.
Фред с коллегами приехали в Вашингтон, где должно было состояться совещание по аномальному эффекту, но до него оставались ещё три дня — неторопливое судёнышко прибыло в Штаты раньше срока. Эти три дня нужно было потратить с пользой, и Хойл отправился в Принстон для беседы с патриархом американской астрономии Генри Расселом. Его именем названа последовательность, описывающая эволюцию звёзд — последовательность Герцшпрунга–Рассела, о которой уже шла речь раньше. Узнав о том, что после совещания Хойл должен был отправиться на запад, в Сан-Диего, где находилось командование американских военно-морских сил, Рассел настоятельно советовал при первой же возможности посетить находящуюся неподалёку лучшую в мире на то время обсерваторию Маунт-Вилсон и снабдил Фреда рекомендательным письмом. Это стало следующим звеном в цепочке знаменательных событий.
Небольшим самолётом за каких-то двенадцать часов с пятью промежуточными посадками Фред добрался до Сан-Диего. За ним заехал один из местных астрономов и доставил на вершину, в обсерваторию, которую все называли «монастырём» и не без причины — неписаные правила запрещали пребывание там женщин и употребление алкоголя. Кроме того, всем почему-то полагалось есть с оловянных тарелок. Все три правила соблюдались неукоснительно, но иерархию их важности Хойлу установить не удалось.
Обсерватория Маунт-Вилсон
В таких спартанских условиях Фред провёл уикенд, и в понедельник утром пешком спустился с горы, вконец разбив свои поношенные туфли. Посему его весьма обрадовало появление машины, которая должна была доставить его в институт для продолжения обсуждений. Водителем оказался не кто иной, как Вальтер Бааде — один из крупнейших астрономов, пользовавшийся репутацией непревзойдённого мастера получения изображений на фотопластинках.
В отличие от многих немецких учёных, бежавших из Германии после прихода к власти Гитлера, Бааде прибыл в США ещё в начале 30-х годов по приглашению американских астрономов (у него и тогда уже была репутация блестящего наблюдателя), да так и осел там, сохранив германское гражданство, из-за чего после вступления США в войну у него возникли проблемы. Американские власти отправляли всех граждан враждебных государств — немцев и японцев — в наспех оборудованные лагеря, опасаясь у себя в тылу диверсий «пятой колонны». Бааде коллеги отстояли, в лагерь его не отправили, но обязали регулярно отмечаться в полицейском участке. В конце концов он даже выиграл — большинство астрономов, включая Хаббла, отправились воевать, и большой телескоп практически полностью оказался в его распоряжении. Кроме того, в городе ввели затемнение, так что вечно мешающий оптическим астрономам городской свет по ночам выключался. Условия для наблюдений были идеальными, и Бааде сделал тогда лучшие из своих снимков.
Хойл пишет, что для него было величайшей загадкой, как Бааде мог получать такие великолепные снимки, поскольку по его наблюдениям, тот был крайне неуклюж. Сам Бааде знал об этом своём недостатке и объяснял успешную работу с фотопластинками тем, что по несколько раз проделывал все операции по управлению телескопом и проявлению пластинок в уме, пока не достигал полного автоматизма.
Вальтер Бааде
Фред подметил за Бааде ещё одну особенность — у него была весьма примечательная манера вождения. Он входил в поворот на полной скорости и поворачивал руль, лишь когда машина уже почти вылетала с дороги. Такая своеобразная техника не осталась без внимания полиции, и в результате права у Бааде отобрали, так что последние пять лет своего пребывания в Пасадине он ездил без прав. Но он тщательно, как терпеливый наблюдатель, изучил все маршруты патрулирования, и зная, что полицейские чаще всего действуют по графику, двигался по тем улицам, где в это время их точно не должно было быть.
Хотя Фред и натерпелся страху с таким водителем, но был сполна вознаграждён полученной от Бааде информацией. Тот снабдил его массой оттисков свежих статей по астрофизике, которые не дошли до доступных Хойлу во время войны библиотек, в том числе он получил последние работы Бааде о сверхновых. Так в цепочке счастливых совпадений появилось следующее звено.
Последнее звено обнаружилось в Канаде, через которую Фред возвращался домой. К тому времени между Монреалем и Великобританией было налажено сообщение военно–транспортными самолётами, так что за 14 часов беспосадочного полёта он мог добраться до Глазго. Это было несравненно лучше выматывающего все внутренности путешествия по морю. Самолётами в первую очередь перевозили военных, так что штатских ставили на лист ожидания, и очередь до них обычно доходила только через несколько дней. В результате, Хойлу удалось повидаться кое с кем из друзей.
(По поводу правил путешествий по воздуху в Штатах во время войны Хойл любил рассказывать анекдот, который очень понравился Дираку. В то время военный, особенно в генеральском звании, имел преимущество, так что если свободных мест не оказывалось, то с рейса снимался кто-то из штатских. И вот случилось так, что одному генералу срочно понадобилось куда-то лететь, а потому с рейса сняли наименее важного пассажира — профессора университета. Генерал улетел, а профессор остался. Ирония состояла в том, что генерал спешил на лекцию, которую должен был читать высаженный профессор.)
В Монреале Фред встретился с давним другом, однокашником и руководителем своей несостоявшейся диссертации Морисом Прайсом. В самом начале войны Морис неожиданно исчез, и вот оказался в Монреале, где, как выяснилось, был ещё один кембриджский знакомый Хойла, специалист по ядерной физике. От острого ума Хойла не укрылось, что это вряд ли было совпадением. Он не задавал никаких вопросов, но было очевидно, что оба имеют какое-то отношение к атомному проекту. Фред понял, что его опасения оправдываются — работы над бомбой идут успешно и её создание лишь дело времени. Его немного удивляло, почему собираются использовать уран-235, который так трудно выделять, а не плутоний-239, образующийся в атомном котле. То ли кто-то ему намекнул на трудности с инициацией взрыва в плутонии, то ли он догадался сам (по прошествии лет он и сам не мог этого вспомнить), но он понял, что в этом ключ не только к созданию взрывного механизма плутониевой бомбы, но и последнее звено цепи его рассуждений. Имплозия, быстрое схлопывание — вот что требовалось Фреду в качестве последнего шага на пути к теории образования элементов.
Хойл вернулся к месту службы незадолго до Рождества 1944 года и, воспользовавшись относительным затишьем, стал размышлять над полученной в США информацией. Ему были нужны очень высокие температуры, гораздо выше тех, что описывались теорией Ганса Бете для превращения водорода в гелий в недрах звёзд. В Штатах, беседуя с Бааде, он упомянул о так называемых новых звёздах, как о возможных кандидатах на нужную ему роль, но тот посоветовал присмотреться к открытым им ранее сверхновым.
Сейчас самое время обратиться к оригинальной статье Бааде и Цвикки, где они описывают что же такое они открыли в небесах. В 1934 году Бааде вместе со своим другом–теоретиком Фрицем Цвикки опубликовали в журнале Американской академии наук статью под простым названием «О сверхновых»[2]. Вот что там было в частности написано.
«A. Обычные новые. Предпринятые в последние годы широкомасштабные исследования внегалактических систем продемонстрировали примечательный факт существования двух хорошо определённых типов звёзд или новых, которые можно подразделить на обычные новые и сверхновые. Объекты промежуточного типа обнаружены не были.
Похоже, что обычные новые — достаточно распространённое явление в некоторых звёздных системах. От десяти до двадцати новых вспыхивают ежегодно в нашем Млечном Пути. Максимум соответствует излучению, превышающему солнечное в 20,000 раз. Во время максимума обычная новая становится самой яркой из всех звёзд своей системы.
Б. Сверхновые. Новые второй группы (сверхновые) одно время представляли собой очень интересную загадку, поскольку этот тип новой звезды был обнаружен не только в ближайших системах, но, похоже, и во всём диапазоне расстояний до туманностей. Более того, эти новые звёзды отличались тем, что испускали столько же света, что и вся туманность, к которой они принадлежали.
Сверхновые встречаются гораздо реже, чем обычные новые. Из современных наблюдательных данных можно заключить, что они возникают с периодичностью порядка одной сверхновой на звёздную систему (туманность) за несколько сотен лет».
Далее авторы рассчитали примерные параметры сверхновой звезды, её возможную массу, изменение светимости и температуру, и пришли к выводу, что эта температура может быть очень высока. По их расчётам выходило, что температура могла находиться в пределах от 2 до 5 миллиардов градусов — в сотни раз выше, чем получалось у Эддингтона.
Это было именно то, что нужно Хойлу. Но от его идеи было бы мало толку, если бы «сварившиеся» внутри такой сверхгорячей звезды элементы оставались в ней навсегда. Требовался какой-то механизм, позволяющий образовавшимся элементам выплеснуться наружу, в окружающее космическое пространство. Да и вообще, идеям в физике грош цена, если они не облачены в форму уравнений.
Хойл принялся считать. Он пошёл по проверенному пути статистики, предположив, что в недрах такой звезды аналогом атомов будут составляющие ядра — протоны и нейтроны, а аналогом молекул будут сами атомы. Используя методы статистической физики, которым его обучили в университете, он смог установить в общем виде (многих данных по ядерным реакциям ему не хватало, впрочем, они тогда были ещё засекречены), что скорее всего по мере хода реакций под действием тяготения звезда станет сжиматься (это и была нужная ему имплозия), а потом накопленная энергия тяготения вызовет взрыв внутренних областей сверхновой. Если при этом окажется, что во внешних слоях будут продолжаться ядерные реакции, то образовавшиеся в их ходе элементы смогут выбрасываться в окружающее пространство.
Весной следующего 1945 года Хойл оказался в Кембридже, где получил некоторые нужные данные. Его уравнения приводили, по крайней мере по порядку величины, к относительной распространённости элементов, наблюдаемой на Земле. Это никак не могло быть совпадением. Фреду стало ясно, что он действительно напал на что-то важное. С этим аналогом увертюры Вагнера к «Риенци» в кармане он в июле 1945 года оставил работу на Адмиралтейство и отправился в Кембридж.
Приподнятое настроение не смог омрачить даже неприятный инцидент с Адмиралтейством. На него «настучали». Фреда обвинили в том, что он воспользовался поездкой в Штаты в личных целях и без разрешения посетил обсерваторию Маунт-Вилсон. Формально обвинение было справедливым — обсерватория не входила в перечень организаций, которые ему надлежало посетить, но у него был свободный уикенд, поездка никак не повлияла на его официальные обязанности и не повлекла дополнительных расходов, однако это было нарушением бюрократических правил. Как часто бывало при контактах с бюрократией, Фред взбесился. Поначалу он хотел всех послать, но потом поостыл и придумал официальное объяснение — якобы на юге Калифорнии отчётливо наблюдалась температурная инверсия, вызывающая аномальное распространение радиоволн, и лучше всего её могли объяснить астрономы Маунт-Вилсон. Объяснение, похоже, удовлетворило бюрократов и больше к нему никто по этому поводу не приставал. Но всё же Хойл затаил обиду, и когда незадолго до возвращения в Кембридж Адмиралтейство предложило ему остаться у них внештатным консультантом, он это предложение отверг.
Позднее он вспоминал совет Ричарда Фейнмана:
«Фред, когда ты действительно вне себя от бешенства, не кричи, а понижай голос до шёпота». По словам Хойла, «Фейнман, хотя и был на три года моложе, всегда относился ко мне по-отечески. И вообще, у нас было много общего. Например, стоило мне найти интересную задачу, которую я никак не мог решить, как тут же оказывалось, что он её уже решил».
* * * * *
На подготовку ушло довольно много времени и лишь весной 1946 года Фред послал в Астрономическое общество статью под названием «Синтез элементов из водорода»[3]. Получена она была 6 апреля, а в окончательном виде вышла 2 декабря с примечательной сноской: «Автор весьма признателен рецензенту за ценные замечания, высказанные в ходе подготовки этой работы к публикации». Похоже, это было сказано искренне.
Если он надеялся на скорую положительную реакцию, то ошибся, что позднее признал и сам. «Статья была очень длинной — слишком длинной для того, чтобы произвести должный эффект». Потому параллельно Хойл написал короткую заметку о происхождении космических лучей[4], которые, как ему сообщил в Калифорнии Бааде, могли испускаться при взрыве сверхновых. Рассмотренный Хойлом механизм возможного происхождения космических лучей во многом предвосхитил теоретическое объяснение излучения пульсаров, открытых в 1967 году (позднее Хойл попал в неприятную историю, связанную с открытием пульсаров, но об этом речь пойдёт своим чередом.)
Основная статья о синтезе элементов была действительно весьма обстоятельной — более 40 страниц текста и около 70 формул. И снова я не стану вдаваться в детали, а приведу лишь резюме статьи.
«Звёзды, исчерпавшие запас водорода в тех областях, где преобладают ядерные реакции, коллапсируют. Если масса звезды превышает предел Чандрасекара, коллапс будет продолжаться до тех пор, пока не возникнет вращательная неустойчивость. Эта неустойчивость позволяет звезде выбрасывать вещество на бесконечность. Такой процесс продолжается до тех пор, пока оставшаяся масса ядра звезды не станет порядка предела Чандрасекара или меньше его. Тогда звезда может перейти в равновесное состояние белого карлика.
Оценена величина температуры в центре коллапсирующей звезды, и показано, что эта величина должна быть достаточно высока для достижения статистического равновесия между элементами. Затем из уравнений статистической механики можно рассчитать относительные распространённости элементов. Детальный анализ этих уравнений показывает, что удаётся получить примерно одинаковые распространённости элементов для всей периодической таблицы элементов. Благодаря вращательной неустойчивости накапливающиеся в коллапсирующих звёздах тяжёлые элементы выбрасываются в межзвёздное пространство.
Результаты, полученные из рассматриваемого процесса образования тяжёлых элементов, позволяют дать естественное объяснение различию между новыми и сверхновыми звёздами».
Итак, в этой обстоятельной работе Хойл попытался описать процессы, протекающие в звёздах определённой массы, показать, как в них в результате ядерных реакций могут образовываться различные элементы, как они затем могут попадать в межзвёздное пространство, и кроме того попробовал объяснить разницу между новыми и сверхновыми звёздами. Это была весьма амбициозная программа, частично завершённая десять лет спустя.
Наверное, стоит пояснить, что такое «предел Чандрасекара», тем более, что с ним связана история, иллюстрирующая, как извилисты могут быть пути научного познания и признания даже верных результатов, и насколько опасна слепая вера в авторитеты.
* * * * *
Летом 1930 года из Индии в Англию плыл молодой выпускник Мадрасского университета Субраманьян Чандрасекар, которому была предоставлена стипендия для подготовки диссертации в Кембридже. Путешествие было долгим, так что у Чандрасекара было достаточно времени для решения давно занимавшей его задачи — как будет вести себя звезда по мере выгорания её топлива. Пока звезда «жива», излучение может противостоять стремящейся сжать её силе тяготения, но стоит ядерным реакциям прекратиться, как давление излучения исчезает, и звезда оказывается полностью во власти тяготения. Какая судьба её ждёт?
Умело применив свои познания в специальной теории относительности и квантовой статистике, Чандрасекар установил свой знаменитый предел — верхний предел, при котором звезда может существовать, как белый карлик. При его превышении (сейчас считается, что это 1,44 масс Солнца), её ждёт судьба нейтронной звезды. Звёзды гораздо большей массы, как считается теперь, превращаются в известные всем чёрные дыры. Но чёрными дырами в то время Чандрасекар не занимался — ещё не пришло их время.
Кстати, познания в квантовой статистике он вполне мог почерпнуть у своего знаменитого дяди — физика Ч.В. Рамана. Пока Чандра плыл в Англию, Нобелевский комитет собирал бумаги для присуждения его дяде премии за 1930 год, так что вскоре после прибытия в Кембридж Чандрасекар стал племянником Нобелевского лауреата. Установившие тот же эффект советские физики Г.С. Ландсберг и Л.И. Мандельштам премию с ним не разделили[5].
Субраманьян Чандрасекар
В Кембридже Чандрасекар продолжал активно развивать свои идеи, и там же близко познакомился с великим Эддингтоном, который часто заходил к нему в кабинет, да нередко они и обедали вместе, а кроме того установил хороший контакт с другим выдающимся астрофизиком — профессором Эдвардом Милном. К несчастью, у Эддингтона возник научный конфликт с Милном, и как раз по поводу белых карликов и нейтронных звёзд. Суть конфликта сейчас уже не важна, но о накале страстей можно судить по одному из высказываний Эддингтона:
«Я не читал последней статьи профессора Милна, потому как не думаю, что в этом есть нужда. Абсурдно было бы полагать, что у профессора Милна есть хотя бы микроскопический шанс оказаться правым».
На беду Чандрасекара, полученные им результаты были и в пользу Эддингтона, и в пользу Милна. В итоге, он оказался меж двух огней — то, что какие-то его выводы свидетельствовали в их пользу, оппоненты считали само собой разумеющимся, а вот то, что другие подтверждали точку зрения соперника, вызывало неприятие у того, и у другого. Молодой аспирант завис между молотом и наковальней. Но он не сомневался в правильности своих рассуждений и полученных результатов, а потому решил представить их на суд Королевского астрономического общества.
Заседание, на котором Чандрасекар собирался представить свою работу, было намечено на январь 1935 года и, получив его программу, он был удивлён, увидев, что сразу после него на аналогичную тему будет выступать Эддингтон. Они виделись почти каждый день, но Эддингтон ни словом не обмолвился о теме своего доклада, а на прямой вопрос Чандрасекара ответил, что это будет сюрпризом. Это и было сюрпризом, о котором индийский физик не мог забыть даже 50 лет спустя.
После обстоятельного доклада Чандрасекара Эддингтон постарался не оставить от его выводов камня на камне. Он фактически высмеял «предел Чандрасекара» (хотя он тогда ещё так не назывался) и, не имея весомых аргументов, просто провозгласил: «Я не знаю, удастся ли мне уйти с этого заседания живым, но я утверждаю, что такой вещи как релятивистски вырожденный электронный газ не существует». (Именно на его существовании, по сути, строилась вся аргументация Чандрасекара.) О пределе, при достижении которого звезда могла превратиться либо в нейтронную звезду, либо в белый карлик, он отозвался так: «Со звездой может случиться много чего, но никак не это. Я полагаю, что должен быть общий закон природы, который запрещал бы звезде вести себя столь абсурдным образом! Формула Чандрасекара вытекает из объединения релятивистской механики с нерелятивистской квантовой теорией. Мне такой союз представляется греховным».
Чандрасекар был раздавлен. Один из его кумиров, прекрасно знавший о его результатах, видевшийся с ним чуть ли не каждый день, ничего не сказал ему приватно, а решил изничтожить его публично, на глазах всех членов Королевского астрономического общества. Удар был силён и ниже пояса. Авторитет Эддингтона был настолько велик, что какой-то молодой аспирант никак не мог надеяться победить его. Но Чандрасекар решил не сдаваться.
Речь шла не об абстрактных рассуждениях, а о физике. Нужен был кто-то из известных учёных, кто мог бы проверить его уравнения и либо указать на ошибку, либо подтвердить его правоту. Одного слова Нильса Бора, или Вольфганга Паули, или Поля Дирака было бы достаточно, чтобы оправдать и обелить молодого аспиранта в глазах коллег. Чандра тут же написал своему давнему знакомому, известному физику, ассистенту Бора Леону Розенфельду с просьбой показать его выкладки мэтру. Розенфельд тут же ответил, посетовав на занятость Бора, который не мог сам ответить на письмо, но заверил, что тот не нашёл никаких ошибок в выводах Чандрасекара и совершенно не понял возражений Эддингтона.
Всё это весьма ободрило молодого аспиранта, но поддержка его выводов приводилась в частном письме, а ему требовалось нечто большее. Он послал Розенфельду оттиски статей Эддингтона с критикой его работ, ожидая каких-то публичных критических отзывов. Однако, Розенфельд посоветовал ему не ввязываться в публичную конфронтацию с Эддингтоном, намекая, что это может повредить Чандрасекару несмотря на его правоту. По поводу работ Эддингтона Розенфельд написал: «Я отважно перечитал статьи Эддингтона дважды и моё прежнее мнение нисколько не изменилось — это полнейшая чушь». Тем не менее, ни Бор, ни Розенфельд, ни Паули (который тоже ознакомился с работой Чандрасекара и с возражениями Эддингтона и взял сторону молодого аспиранта) не были склонны выступать с публичными опровержениями взглядов лидера британских астрономов. Они отговаривались тем, что речь идёт об астрофизике, а они в ней, мол, не специалисты, так что высказываться по этому поводу им не пристало.
Интересно и более позднее высказывание другого известного английского астрофизика и космолога У. МакКри:
«Мне стыдно, что я не постарался докопаться до сути аргументации Эддингтона. Если бы это был не Эддингтон, а кто-то другой, я бы несомненно попытался разобраться подробнее». Видимо, так же под влиянием авторитета великого англичанина рассуждали и другие.
В такой ситуации Чандрасекар принял решение: «Либо до конца дней я должен буду биться, отстаивая свою правоту, либо лучше сменю область исследований. Я решил — напишу книгу с изложением своих результатов, и займусь чем-нибудь другим». Так он и поступил, и вскоре такую книгу опубликовал[6].
В 1983 году, спустя почти пятьдесят лет после его открытия, Субраманьяну Чандрасекару была присуждена Нобелевская премия по физике за теорию эволюции массивных звёзд. В 1999 году (после кончины Чандры в 1995 году) NASA вывела на орбиту космическую рентгеновскую обсерваторию его имени. Рассчитанная на работу в течение 5 лет, она проработала почти 25. Благодаря ей были получены данные, подтверждавшие многие теоретические результаты Чандрасекара.
Мораль? Нужно быть уверенным в своей правоте, даже когда против тебя выступают мировые авторитеты. Вопрос только в том, как знать наперёд кто прав — ты или мировые авторитеты…
* * * * *
Теперь пора вернуться к прерванной цитате из воспоминаний Хойла. Вот что он писал дальше.
«Медведеподобный Джордж Гамов, сделавший в конце 1920-х годов больше всех для решения проблемы квантового туннелирования, утверждал, что требуемые очень высокие температуры скорее всего наблюдались в самые ранние моменты возникновения Вселенной, сразу после Большого взрыва. С середины 1940-х годов Гамов всячески пропагандировал эту идею, которая, как в конце концов выяснилось, имела важное значение для космологии, но не решала рассматриваемую проблему. Это было ясно ещё в те годы, поскольку подход Гамова наталкивался на непреодолимый провал — отсутствие элементов с атомными массами 5 и 8. Другой подход состоял в том, чтобы как можно убедительнее доказать наличие исключительно высоких температур внутри звёзд».
За этими несколькими фразами скрываются десятилетия последующих трудов, поисков, успехов и разочарований. За ними скрывается поразительная и захватывающая история борьбы двух конкурирующих теорий описания нашей Вселенной. Об этом речь подробно пойдёт ниже, а пока обратимся к упомянутому Хойлом альтернативному подходу — это и был его козырный туз, эквивалент Вагнеровской увертюры.
Итак, в статье 1946 года о синтезе элементов из водорода Хойл обозначил направление дальнейшей работы и, так сказать, застолбил своё право первопроходца. Подход Гамова представлялся ему бесперспективным.
Идея Гамова была проста и элегантна, как и всё что он делал. Вот как он изложил свои представления в 1949 году в номере крупного физического журнала, посвящённого 70-летию Эйнштейна[7].
Г.А. Гамов
«В теории происхождения различных видов атомов в результате захвата нейтронов предлагается считать, что различные ядра атомов образовались в результате последовательного накопления нейтронов и протонов, которые сформировали исходный горячий илем[8] на ранних стадиях истории Вселенной, характеризовавшихся высокой плотностью. Когда ввиду продолжавшегося расширения, температура илема упала ниже 109 K, протоны и нейтроны стали соединяться, образуя составное ядро дейтерия. Этот процесс продолжался в ходе происходившего время от времени захвата нейтронов и подстроек изменений параметров ядер в результате бета-распада вплоть до образования самых сложных ядер, таких как свинец и уран».
Насчёт свинца и урана Георгий Антонович погорячился. В своём понятном энтузиазме он запросто перепрыгнул через провалы с атомными номерами 5 и 8, а вот атомы их перескочить никак не могли — стабильных элементов с такими атомными номерами в природе не существует, а значит, последовательное добавление нейтронов к ядрам атомов элементов с атомным номером более 4 (гелия), предполагавшееся Гамовым, не срабатывало. Но Георгия Антоновича это не смущало. В то время данные о физических параметрах ядерных реакций были весьма скудными и оставалась надежда, что будет найдена реакция, позволяющая перепрыгнуть через пропасть отсутствующих стабильных элементов.
Была ещё одна трудность, которую нужно было преодолеть. При столь высоких температурах, которые требовались для образования первичных элементов, получавшиеся элементы должны были тут же распадаться. Значит, требовалось как-то понижать температуру, чтобы образовавшиеся элементы могли сохраниться. Гамов предложил считать, что пространство расширяется и, соответственно, его температура падает, что позволяет образовавшимся элементам сохраниться вплоть до настоящего времени. Он рассчитал распространённости элементов и получил цифры, примерно соответствующие наземным и астрономическим данным. Оценил он и примерный возраст Вселенной, который составил около 15 миллиардов лет.
В 1950 году Гамов изложил свои взгляды в научно-популярной статье под заголовком «Полчаса творения…»[9]. Об оценках возраста Вселенной и её современной температуры, то есть о регистрации фонового микроволнового излучения, речь подробно пойдёт дальше, а пока отметим, как Гамов в своей популярной статье отозвался о Хойле.
«Следует отметить, что некоторые исследователи [среди них упоминается и Хойл] придерживаются точки зрения, согласно которой элементы образовались не в однородном горячем бульоне, существовавшем на дозвёздной стадии Вселенной, а внутри гигантских доисторических звёзд, которые, по их мнению, населяли пространство на ранних стадиях развития Вселенной, а потом исчезли, взорвавшись и разбросав своё вещество по всему пространству. Автору данной статьи такая точка зрения представляется весьма искусственной и не очень вероятной. Он глубоко убеждён в том, что образование элементов происходило постепенным образом [имеется ввиду постепенное добавление нейтронов к ядрам]».
К концу 1940-х годов Фред пришёл к выводу о том, что сверхновые, о которых ему подробно поведал их первооткрыватель Вальтер Бааде, вполне справляются с «приготовлением элементов» в своих недрах, и принялся за детальные расчёты возможных ядерных реакций. Первая его работа 1946 года, как уже отмечалось, не произвела ожидаемого эффекта, но Фреда это не обескуражило.
Вот как он вспоминал о событиях того времени в 1997 году. «Тот факт, что [предложенный Гамовым] синтез элементов в ранней Вселенной вплоть до начала 1950-х годов привлекал всеобщее внимание, оказался нам на руку, потому как мы могли спокойно и постепенно, без цирковой свистопляски, накапливать факты и в конце концов в 1957 году опубликовать работу, известную под названием B2FH. В 1952 году Солпитер написал статью об образовании в звёздах углерода из альфа-частиц, а спустя несколько месяцев было показано, что связь синтеза углерода с синтезом кислорода требует наличия состояния ядра углерода с энергией 7,65 МэВ выше основного состояния. Обнаружение такого состояния в лаборатории вселило уверенность в правильности избранного подхода»[10]. За этими сухими фразами скрывается история одного из крупнейших достижений сэра Фреда и его коллег, о котором стоит рассказать подробнее.
* * * * *
Очень ясно суть открытия Хойла изложил академик Лев Борисович Окунь. «[Хойл объяснил] детали в расположении энергетических уровней ядер 12С и 16O. Знаменитый уровень ядра углерода с энергией возбуждения 7,65 МэВ лежит всего на 0,3 МэВ выше суммы масс ядер 4Не + 8Ве. Ядро 8Ве нестабильно, и потому без этого уровня, резонансно усиливающего сечение реакции, углерод образовывался бы гораздо менее эффективно, чем сжигался в реакции и Вселенная была бы настолько бедна углеродом, что вряд ли возникла бы жизнь. Именно такого рода соображения привели Фреда Хойла к тому, что в начале 1953 года он предсказал существование уровня 7,65 МэВ и примерно через неделю открыл его совместно с экспериментаторами Калифорнийского технологического института»[11].
Насчёт вероятности возникновения жизни и всего недели, которая якобы потребовалась для подтверждения предсказания Хойла, мы ещё поговорим отдельно, а пока остановимся на сути его достижения. Как уже упоминалось, несмотря на уверения Гамова и его сотрудников, «нанизыванием» нейтронов получить все элементы в теории Большого взрыва не получалось — именно это имеет в виду Л.Б. Окунь, говоря о нестабильности ядра бериллия 8Ве (выше об этом упоминалось как о провале при массе 8).
К тому времени у Хойла уже были все необходимые для «приготовления» химических элементов ингредиенты: наличие во Вселенной значительных количеств лёгких элементов (водорода и гелия, служивших «сырьём» для дальнейших ядерных реакций), высокие температуры в недрах массивных звёзд, необходимые для протекания соответствующих ядерных реакций, и сверхновые, знаниями о которых Фреда снабдил Вальтер Бааде. Требовалось лишь найти реализуемые в природе ядерные реакции, которые позволяли бы образовать из водорода и гелия все остальные элементы. В результате самоотверженных усилий Хойлу с коллегами удалось сформулировать теорию звёздного нуклеосинтеза.
После возвращения по окончании войны в Кембридж Хойл получил должность младшего преподавателя — он должен был читать лекции, но не имел статуса полноправного члена колледжа. Это была временная работа, а не постоянный контракт. Младшему преподавателю поручали читать те лекции, которые руководство считало необходимым, и часто оказывалось, что на них сваливали курсы, которые никто из постоянных преподавателей читать не хотел. Так Фреду достался курс лекций по геометрии, который был ему совсем не по нутру, но отказаться он не мог, а стал ждать удобного случая.
Такой случай вскоре представился опять-таки благодаря его старому другу Морису Прайсу, который, недолго поработав в Кембридже, перешёл в Оксфорд, где занял пост профессора теоретической физики. Морис читал в Кембридже курс электричества и магнетизма для выпускников, курс довольно сложный, а потому весьма интересовавший Фреда. Прайса нужно было кем-то заменить, и чтение курса предложили Хойлу, который тут же согласился при том условии, что его освободят от геометрии. Поскольку младшему преподавателю полагалось читать лекции не более определённого количества часов в месяц, руководству пришлось согласиться. Фреду сильно повезло.
А вскоре ему повезло ещё раз. Оказалось, что никто, ну абсолютно никто из старших преподавателей и профессоров не хочет читать курс термодинамики (Хойл намекает, что они её боялись, потому как не понимали). Фред был готов читать и этот курс, но на младшего преподавателя нельзя было нагрузить ещё 24 часа лекций, а потому руководство колледжа оказалось перед дилеммой — либо искать кого-то ещё для чтения курса термодинамики, либо повысить Хойла до должности старшего преподавателя с постоянным контрактом (тогда отпадало бы ограничение по числу лекционных часов), который позволил бы ему спокойно доработать на этой должности до пенсионного возраста в 70 лет. Так, на втором году работы в Кембридже он стал полноправным членом университета.
Я рассказал об этих административных деталях потому, что они имеют непосредственное отношение к сделанному Хойлом открытию. Дело в том, что штатный преподаватель имел право на рабочий отпуск с сохранением места, который он мог проводить в другом университете или исследовательском центре. Такой отпуск называется sabbatical, и он весьма важен для поддержания учёных в форме.
При содействии Бааде осенью 1952 года Фред получил приглашение провести первые три месяца следующего года в Калифорнийском технологическом институте (Калтехе), и ещё два месяца в Принстонском университете. Кембридж предоставил ему sabbatical и Хойл отбыл в Штаты. В конце 1952 года он прилетел в Нью-Йорк, откуда поехал в Принстон и договорился о курсе лекций, который должен был читать через несколько месяцев. Потом взял напрокат машину и поехал через всю страну с востока на запад. Он был опытным автомобилистом и полагал, что сможет справиться с любой неожиданностью. Он даже знал, как бороться с потёкшим радиатором. Когда это случилось на его видавшей виды машине в Англии, он вспомнил прочитанный в каком-то автомобильном журнале совет — налить в радиатор воды и насыпать туда овсяные хлопья, что он и проделал, доехав на овсянке до ближайшей станции обслуживания. Фред также любил вспоминать, что Рождество тогда он провёл на ранчо в недрах Большого Каньона, где «выиграл в карты несколько долларов у погонщиков мулов, хотя правила игры мне были не до конца понятны». На эти выигранные доллары он купил себе новые ботинки взамен напрочь разбитых при пешем спуске на дно каньона.
В Калтехе Хойл должен был читать лекции по своей теории нуклеосинтеза, и стал к ним усиленно готовиться, понимая, что будет иметь дело с ведущими профессионалами, многие из которых, возможно, симпатизировали идеям своего соотечественника Гамова (к тому времени Георгий Антонович уже полностью американизировался и стал весьма уважаемым профессором уважаемого американского университета).
О том, как проходили эти лекции, много лет спустя рассказал один из сотрудников Калтеха, позднее принимавший самое активное участие в проверке предсказания Хойла — Уорд Уэйлинг. «Одним из первых визитёров был, конечно, Фред Хойл. Он не занимался экспериментами и должен был прочитать у нас несколько лекций.
Насколько я помню, он читал по одной лекции в неделю. Хойлу нужно было построить элементы: как из водорода получить тяжёлые элементы? Он не очень хорошо разбирался в ядерной физике, а потому в основном рассуждал о том, как они могли бы сформироваться, какие космические и астрономические условия для этого могут потребоваться и тому подобное. Так он мог говорить около часа пока кто-нибудь, например, Джесси Гринстейн [крупный астрофизик], который относился к его рассуждениям весьма скептически, не изрекал чего-нибудь вроде: “Кстати, только что упомянутый вами процесс не может протекать в звёздах”, или “Нет, такая реакция невозможна”, и тогда Хойл прерывал лекцию и говорил: “На сегодня хватит, продолжим в следующий раз”.
В следующий раз, через неделю он возвращался к этому моменту и как-то обходил возникшую трудность, пока (и мне кажется, что так бывало каждый раз) Гринстейн снова не указывал на какую-то несуразность и тогда Хойл снова говорил: “Продолжим в следующий раз”. Складывалось впечатление, что он всё сочиняет на ходу, а может так оно и было, потому как всё это было совершенно ново. Мне кажется, он выдумывал свою теорию от недели к неделе и рассказывал нам, а астрономы критиковали её по своему разумению. Это было потрясающе»[12].
Похоже, такой метод работы оказался весьма эффективным. Опытные физики–ядерщики тут же указывали Фреду на ошибки и ложные пути в его рассуждениях, а тот сразу учитывал их замечания и продвигался дальше. В какой-то момент ему пришло в голову, что раз углерод и кислород достаточно распространены в природе, а теоретически мыслимые ядерные реакции вроде бы не позволяют им образовываться в требуемых количествах, то значит в описаниях реакций есть какой-то пробел.
Хойл пришёл к выводу, что в атоме углерода должен быть ранее незамеченный так называемый резонансный уровень, который позволял бы реакциям протекать с очень большими скоростями и обеспечивать нужный выход углерода. С этим он и пришёл к шефу лаборатории Калтеха, где читал лекции, и предложил экспериментально поискать нужный уровень, тем более, что лаборатория специализировалась именно на такого рода исследованиях. Шефом лаборатории был Вилли Фаулер. Раньше они не встречались и познакомились на коктейле, устроенном в честь приезда Хойла.
Вилли Фаулер
О том, как идею Хойла встретили физики–ядерщики в разное время участники событий вспоминали по-разному. Вот как об этом рассказывал Фаулер в июне 1972 года:
«Я был весьма скептически настроен по отношению к этому автору космологической теории стационарной Вселенной, к этому теоретику, который задаёт вопросы о ядре углерода-12… Передо мной был нелепый человечек, который полагал, что я должен прервать наши важные исследования и начать поиски этого [резонансного] состояния. Пришлось дать ему от ворот поворот. Парень, отстань, ты нам мешаешь»[13].
В своей Нобелевской лекции в декабре 1983 года Фаулер упомянул об этом в более нейтральных тонах:
«Хойл пришел в лабораторию в начале 1953 года и спросил окружавших его физиков о возможности существования предположенного возбуждённого состояния. Короче говоря, Уорд Уэйлинг, его приглашённые сотрудники и студенты–дипломники решили найти это состояние. Они нашли это состояние почти точно там, где предсказывал Хойл»[14].
Ещё один сотрудник той же лаборатории описал события так: «Когда Фред изложил свои идеи, было видно, что все к ним относятся весьма скептически. И Вилли [Фаулер] тоже был настроен скептически, но я не помню, чтобы кто-то выдвинул серьёзные возражения. Припоминаю, что ближе к концу совещания я сказал, что мы могли бы и даже должны проверить, есть ли в атоме углерода-12 такой возбуждённый уровень, о котором говорил Хойл, и что лучше всего для проведения измерений подходит группа Уорда Уэйлинга»[15]. И группа Уэйлинга взялась за дело.
Тот вспоминал, что для проведения эксперимента потребовалось передвинуть поближе к измерительной аппаратуре массивный магнит весом в несколько тонн. Для этого магнит поставили на стальной лист, под который предварительно подложили сотни теннисных мячей, и медленно покатили это сооружение по полу. Позади листа суетились студенты, которые подбирали мячи и перебрасывали их вперёд, чтобы там снова подложить под лист.
Наконец, установка была собрана и начался эксперимент. Интересно, что никто из участников потом не мог припомнить, сколько же времени понадобилось для подтверждения догадки Хойла. Согласно одному из членов группы Уйэлинга, на это ушло «буквально несколько недель», сам Уэйлинг полагал, что эксперимент занял «примерно три месяца», а Хойл писал, что потребовалось около двух недель.
Своё состояние в течение этой пары недель он описал весьма красочно.
«Пожалуй, ближе всего к ощущениям учёного, ожидающего подтверждения своей идеи, ощущения подсудимого, которому вот-вот должны вынести приговор удалившиеся на совещание присяжные. Разница, правда, в том, что подсудимый прекрасно знает, виновен он или нет. В суде он надеется, что присяжные вынесут приговор в его пользу, если он невиновен, или же ошибутся и оправдают его, если он виновен. В физике «присяжные»–экспериментаторы почти никогда не ошибаются. Проблема в том, что учёный не знает, “виновен” он или нет до тех пор, пока ему об этом не объявит “старшина присяжных”.
Эйнштейну пришлось ждать экспериментального подтверждения общей теории относительности более пяти лет, и он уверял, что не особо волновался за результат. Если это действительно так, то у него должны были быть железные нервы. Должен признаться, что хотя моё предсказание было гораздо менее значительным, я всё равно испытывал холодок в животе, заходя в лабораторию, и, не услышав об отрицательном результате, с облегчением выходил на свежий воздух в течение тех двух недель, пока шёл эксперимент. В тот день, когда я узнал о подтверждении своей догадки, аромат апельсиновых деревьев показался мне ещё упоительнее».
Успешное предсказание произвело на физиков–ядерщиков огромное впечатление. И дело было не только в том, что «нелепый человечек», который путался в ядерных реакциях и которого постоянно приходилось поправлять, внезапно оказался прав, а и в том, что выяснилась неожиданная обратная связь между астрофизикой и ядерной физикой. Грубо говоря, оказалось, что глядя на небо, можно проникнуть в тайны атомного ядра.
Это было совершенно неожиданно. До тех пор влияние было односторонним — в астрофизике использовались достижения ядерной физики, как, например, в работе Ганса Бете по источникам энергии в звёздах, но чтобы наоборот, такого ещё не было. Как вспоминал в 1972 году Фаулер:
«Это было невероятно! В лабораторию приходит некто и предсказывает существование возбуждённого состояния ядра; мы проводим эксперимент и находим его. Ни один ядерный физик, исходя из своей теории, не мог сделать ничего подобного, да и по сей день не может. Его догадка ошеломляла. После триумфа Хойла — предсказания резонансного уровня углерода на основе чисто астрофизических представлений — мы стали относиться к нему со всей серьёзностью».
Надо сказать, что Фред проявил удивительную выдержку и не раструбил тут же на весь мир о своём замечательном предсказании. Первое сообщение о нём было сделано лишь почти полгода спустя на конференции Американского физического общества в сентябре 1953 года[16]. Эта короткая статья была подготовлена группой Уэйлинга, а Хойл к тому времени уже вернулся в Кембридж. Уэйлинг позднее вспоминал, что они решили добавить Фреда к списку авторов буквально в последний момент.
Позднее Хойл весьма скромно оценивал свое достижение. «В каком-то смысле это была незначительная деталь, но поскольку физики усмотрели в этом необычное и успешное предсказание, оно так сильно на них подействовало, что многие поверили в “рутинное” образование элементов в звёздах, отказавшись от преобладавшего тогда мнения о синтезе элементов в первые минуты существования горячей Вселенной»[17], отстаивавшегося и пропагандировавшегося Гамовым с сотрудниками.
Ричард Фейнман оценил предсказание Хойла очень высоко. Вот что он сказал, в своих лекциях Характер физических законов. «Замечательно то, что весь характер нашей Вселенной в значительной степени зависит от точного значения одного энергетического уровня одного ядра. Как оказывается, один уровень ядра 12C равен 7,82 МэВ. И именно он делает нашу Вселенную такой, какая она есть. Существование в нашем мире всех других элементов очень тесно связано с тем обстоятельством, что у углерода оказалось именно это значение энергетического уровня»[18].
Когда «лёгкая эйфория» (слова Хойла) улеглась, он принялся дальше развивать свои идеи. «Ещё до отъезда из Калтеха в марте 1953 года я обнаружил дополнительные процессы синтеза, которые в статье Бербидж, Фаулера и Хойла 1957 года носят название альфа-процесса. Тогда же я набросал черновик статьи под названием “I. Синтез элементов от углерода до никеля”[19]. Римская цифра один означала, что будет и вторая статья, но она так никогда и не вышла. При значительной помощи коллег её основные результаты перешли в нашу работу 1957 года»[20].
Вилли Фаулер очень быстро осознал перспективность вновь открытой области исследований. Вскоре он принял предложение поработать в Кембридже в качестве приглашённого профессора, и там стал сотрудничать с молодой английской супружеской парой астрофизиков — Маргерит и Джефри Бербидж. Они занялись развитием идей Хойла.
Маргерит и Джефри Бербидж
Вот как Хойл вспоминал о тех событиях в «мемуарном» выступлении 1986 года. «Вилли Фаулер, с которым я подружился в Калтехе, решил провести свой sabbatical 1953–54 годов в Кембридже. В то время Маргерит и Джефри Бербидж были научными сотрудниками в Кембридже и начали вместе с Фаулером работать над тем, что позднее стало называться s-процессом [медленным процессом]. Я не мог присоединиться к ним по двум причинам. Одна была чисто организационной. Оба моих колледжа и университет позволили мне поработать вне Кембриджа при том условии, что по возвращении я соглашусь принять большую лекционную нагрузку, и в 1953–54 годах на меня нагрузили действительно немало. Вторая причина состояла в том, что я, честно говоря, сомневался в s-процессе и мне гораздо больше по душе был r-процесс [быстрый]. Проблема с s-процессом, по моему мнению, состояла в том, что тогда имелись данные лишь по сечениям поглощения нейтронов для элементов, а не для отдельных нуклидов. Поскольку сечения реакций с участием медленных нейтронов у изотопов одних и тех же элементов могли отличаться на несколько порядков, как например, у кадмия и гадолиния, мне казалось, что имеющихся данных недостаточно для качественного выполнения работы.
В 1955 году я снова провёл свой sabbatical в Калтехе. К тому времени супруги Бербидж были научными сотрудниками уже там, так что все четыре автора работы, опубликованной в 1957 году и известной под названием B2FH, оказались в одном месте в течение примерно семи месяцев. Тогда в нашем распоряжении уже были и данные астрономических наблюдений. На меня большое впечатление произвела статья Барбары и Мартина Шварцшильд, в которой они показали, что близкие к нам звёзды могут отличаться по отношению содержания в них металлов к водороду до 3 раз. Из этого открытия с неизбежностью следовало, что металлы должны были образовываться в реакциях в звёздах, а не в ходе единого универсального процесса. Мы также узнали о другой работе, где сообщалось об обнаружении в некоторых типах звёзд–гигантов короткоживущего элемента технеция, откуда следовало, что в таких звёздах должен происходить ядерный синтез типа s-процесса».
Работу в США для супругов Бербидж помог найти Вилли Фаулер. С Джефом (теоретиком) особых проблем не было, а вот с его женой Маргерит возникли затруднения, хотя она была уже известным исследователем, а Джеф только-только защитил диссертацию (он был на шесть лет младше жены). Она была астрономом–наблюдателем, но неписаные правила «монастыря» обсерватории Маунт-Вилсон не допускали присутствия там женщин. Директор обсерватории не мог позволить Маргерит пользоваться телескопом, потому что «там не было женского туалета».
Как тут не вспомнить возмущение великого немецкого математика Давида Гильберта, который в 1913–15 годах не смог взять к себе в университет Эмми Нётер (1882–1935) — крупного математика, которая помогала Эйнштейну в создании общей теории относительности, и доказала теорему, обессмертившую её имя. Аргументация была той же — женщинам не место в университете. «Но это же не баня», — рассердился Гильберт. «Не баня, но женского туалета всё равно нет».
Эмми Нётер так и не удалось поработать в немецком университете (позднее она уехала в США), а Маргерит Бербидж помогла хитрость. Джеф заявил, что будет наблюдать на телескопе сам и брал жену в качестве ассистента. В действительности, всё было наоборот, и в конце концов обитатели «монастыря» смирились с женским присутствием у телескопа. Позднее Маргерит со смехом вспоминала, как ей приходилось скрывать беременность, облачась в просторный балахон и не снимая его даже в самые жаркие дни[21].
Статья 1957 года стала классической, на неё принято ссылаться так, как написал Хойл — B2FH, по первым буквам фамилий авторов. Такой чести научные статьи удостаиваются редко; другой такой «именной» работой является, например, статья Гамова «αβγ», о которой речь пойдёт дальше. Принято считать, что именно публикацией B2FH было официально положено начало полноценной теории звёздного нуклеосинтеза.
В 1987 году природа преподнесла астрофизикам подарок — неподалёку от нас, в Большом Магеллановом Облаке, взорвалась сверхновая, что поблизости случается не часто, а главное, к тому времени уже имелись мощные телескопы и приёмная аппаратура не только на Земле, но и в космосе. Эта сверхновая, получившая обозначение SN1987A, послужила отличным объектом проверки теории нуклеосинтеза.
SN1987A
В декабре 1989 года в журнале New Scientist была опубликована статья[22] о результатах наблюдений сверхновой SN1987A, одним из авторов которой был Роджер Тэйлер (он был также соавтором одной из самых противоречивых работ, написанных совместно с Хойлом, о чём речь пойдёт дальше). В ней отмечается, что данные наблюдений надёжно подтверждают справедливость теории образования элементов в сверхновых. Авторы перечисляют восемь различных типов реакций (почти все они были описаны в работе B2FH), которые согласно теории должны протекать в сверхновых для образования элементов, и указывают, что все они находят подтверждение. Теория Хойла и коллег выдержала испытание и заслужила название классической.
В октябре 1997 года один из ведущих физических журналов посвятил 90 страниц обзору последних достижений в области звёздного нуклеосинтеза[23]. Все статьи развивали и дополняли идеи B2FH; один только список литературы занимал 12 страниц в две колонки! Очевидно, эта область исследований разрабатывалась очень активно.
В 2007 году, отмечая 50-летие со дня публикации B2FH, один из исследователей писал:
«Статьи супругов Бербидж, Фаулера и Хойла, а также Камерона [канадского физика, независимо предложившего сходную теорию] — великолепные достижения, которые детально и убедительно описывают почти все ядерные процессы, ответственные за нуклеосинтез в нашей Вселенной. За последние 50 лет к процессам, описанным в этих работах, добавлено очень немногое. Это показывает, что ещё тогда авторам удалось дать исчерпывающее и верное описание процессов синтеза, которое осталось справедливым до наших дней»[24].
* * * * *
Не могу не упомянуть здесь сочинение Гамова, которым он позднее отметил достижение Хойла с коллегами. Он назвал его «Новая Книга Бытия»[25].
Вначале Бог создал излучение и илем.
И илем был без числа и формы, и в бездне гулко соударялись нуклоны.
И Бог сказал: «Да будет масса два». И стала масса два.
И Бог увидел дейтерий, и был он хорош.
И Бог сказал: «Да будет масса три». И стала масса три. И Бог увидел тритий, а потом литий, и они были хороши.
И Бог продолжал называть число за числом, пока не пришёл к трансурановым элементам. Но когда Он оглянулся на дело рук Своих, то нашёл, что оно нехорошо.
В спешке Он упустил массу пять, так что, конечно, нельзя было образовать более тяжёлые элементы.
Бог очень огорчился и хотел вновь сжать Вселенную и начать всё сначала. Но это было бы слишком просто.
Потому, будучи всемогущим, Бог решил исправить Свою ошибку самым невероятным образом.
И Бог сказал: «Да будет Хойл». И стал Хойл. И Бог призвал Хойла и повелел ему создать тяжёлые элементы любым способом, каким тот пожелает.
И Хойл пожелал создать тяжёлые элементы в звёздах и разбросать их везде взрывами сверхновых. Но, поступая так, он должен был получить ту же кривую распределения, что и для ядерного синтеза в илеме, если бы Бог не забыл назвать массу пять.
Итак, с Божьей помощью Хойл создал тяжёлые элементы, но так сложно, что ныне ни Хойл, ни Бог, ни кто иной не могут точно установить, как и вправду было дело.
АМИНЬ
* * * * *
Ясно, что работа 1957 года была нобелевского калибра. И Нобелевская премия по физике воспоследовала в 1983 году. Одна её половина досталась Субраманьяну Чандрасекару «За теоретические исследования физических процессов, играющих важную роль в строении и эволюции звёзд», а вторая «За теоретические и экспериментальные исследования ядерных реакций, имеющих важное значение для образования химических элементов во Вселенной» — … Уильяму Альфреду Фаулеру. Ни Хойла, ни супругов Бербидж среди лауреатов самой престижной научной премии не было.
О своей реакции на известие о присуждении ему Нобелевской премии Фаулер рассказывал так:
«Когда пришло это сообщение, я ехал в поезде. Я, естественно, полагал, что её получил и Фред. По возвращении я узнал, что Фреда в числе лауреатов нет. Я тут же позвонил ему и сказал, что в таком случае я от премии откажусь, на что он ответил: “Не дури, принимай премию”»[26].
Несмотря на прекрасную память, Хойл о таком звонке и своём ответе не помнил. Видимо, Фаулер выдавал желаемое за действительное.
А вскоре Фаулер написал Хойлу.
«Дорогой Фред. После нескольких дней эйфории в последние две недели у меня тяжело на сердце. Совершенно непонятно, почему премия не досталась тебе, или почему её не поделили между нами. Я понимаю, что мои слова не сильно помогут, но, по крайней мере, я буду чувствовать себя менее скверно».
Хойл тут же откликнулся: «Дорогой Вилли. Все в Калтехе должно быть очень обрадовались твоей Нобелевской премии, с которой я тебя поздравляю. Многим было ясно, что исследования в области нуклеосинтеза рано или поздно будут представлены к этой премии. Я полагал, что мы с тобой могли бы разделить эту премию, так как я считаю своей особой заслугой пионерские работы 1945–53 годов, а твоя заслуга в том, что ты по сей день продолжал исследования в этой области, которая стала одним из крупных разделов астрономии. Но вышло иначе. А то как хорошо было бы снова оказаться вместе»[27].
Один из ближайших сотрудников Хойла вспоминал, что тот оборвал все контакты с Фаулером, а ведь раньше Вилли был практически членом семьи. Они были близки, как только могут быть близки друзья и коллеги[28]. И вот, полный разрыв.
За что Хойл так обиделся на Фаулера, не совсем понятно. Ведь он не мог не знать, что Фаулер не выпрашивал себе премии, не лоббировал, не организовывал своего выдвижения. А может быть, его расстроило то, что премия была присуждена Фаулеру «За теоретические и экспериментальные исследования…», тогда как все знали, что основоположником теории и её главным разработчиком был он, а не Фаулер? Неужели он всерьёз полагал, что его друг должен был возмутиться и отказаться от премии, раз её несправедливо лишили его самого и его коллег? Возможно, он судил по себе, по тому, как сам поступил бы в подобной ситуации. Но это домыслы…
Сын сэра Фреда Джефри написал мне: «Прекрасно помню наш долгий разговор с отцом в начале декабря 1983 года. Он был в ужасном состоянии и отказывался общаться с Фаулером. Вся эта история совершенно выбила его из колеи, а ведь ранее он довольно скоро забывал свои неудачи и шёл вперёд».
Многие, очень многие полагали, что Хойл должен был быть в числе лауреатов, ведь именно он был родоначальником всего подхода, он был основным теоретиком, и именно его предсказание резонансного уровня в углероде вызвало такую сенсацию. (В последнее время это предсказание часто упоминается, как единственное пока свидетельство предсказательной силы так называемого антропного принципа, о котором речь пойдёт отдельно.)
Нобелевский комитет рассудил иначе. Его архивы остаются закрытыми в течение 50 лет после присуждения премии. Расчёт на то, что спустя полвека никого из награждённых (или ненаграждённых) уже не будет в живых, и пусть историки занимаются давней историей. Те из моих читателей, кто доживёт до 2033 года (чего я, конечно, желаю всем), будут иметь возможность ознакомиться с резонами Нобелевского комитета состава 1983 года.
Редакционная статья Nature от 27 октября 1983 года была озаглавлена «А где же Хойл?[29]» Отмечая несомненные заслуги Фаулера, главный редактор намекает на причину, по которой, по его мнению, Нобелевский комитет обошёл Хойла. «В столь захватывающей области исследований, как физика, нередко случается, что наиболее выдающиеся умы не лишены некоторой эксцентричности». Под эксцентричностью, по-видимому, понимается приверженность Хойла гипотезе панспермии.
В числе причин, по которым Хойла отверг Нобелевский комитет, обычно называют две — его публичное заявление по поводу присуждения премии за 1974 год и то, что к 1983 году он практически выпал из обоймы «респектабельных» учёных, стал своего рода диссидентом, инакомыслящим, белой вороной. Ко второй причине— панспермии — мы вернёмся позднее, а о первой вполне уместно рассказать здесь, хотя и придётся забегать вперёд, несколько нарушая связность повествования.
* * * * *
Нобелевская премия по физике за 1974 год была присуждена двум англичанам — Мартину Райлу и Энтони Хьюишу. О Райле и его многолетней борьбе с Хойлом мы поговорим отдельно, а пока опишем ход событий, приведших Хьюиша к наиболее престижной научной награде, со слов одной из главных участниц событий Джоселин Белл. К сожалению, у меня нет возможности полностью привести текст её выступления, где она с большим остроумием рассказывала о создании радиотелескопа, задуманного Э. Хьюишем, аспиранткой которого она была в середине 1960-х годов, но я буду его обильно цитировать, опуская отдельные технические детали и имена. Итак, ей слово[30].
Джоселин Белл
«Телескоп занимал территорию в 4,5 аккра, на ней поместились бы 57 теннисных кортов. Мы установили там более тысячи мачт, на которых закрепили около 2000 дипольных антенн, и вся эта конструкция была соединена 120 милями кабелей и проводов. Работа на нём началась в июле 1967 года, хотя потребовалось ещё несколько месяцев для того, чтобы полностью завершить отладку.
Вся ответственность за работу телескопа и анализ получаемых данных лежала на мне, а Тони Хьюиш мной руководил. Данные регистрировались четырьмя трёхканальными самописцами, и все вместе они выдавали в день 96 футов [около 30 метров] бумажных лент. Все получаемые данные я анализировала вручную. Мы решили не компьютеризировать анализ данных до тех пор, пока не поймём как следует поведение телескопа и приёмной аппаратуры. Человеку легче распознавать сигналы различного вида, чем компьютеру. Для компьютера трудно составить такую программу.
Проанализировав несколько сот футов лент, я заметила, что кое-где попадаются “странности”, которые не были похожи на привычные небесные источники, но и не напоминали паразитные сигналы от наземных источников. Более того, я вспомнила, что подобные странности наблюдались на том же участке неба и раньше.
В ноябре 1967 года я как-то включила быстрый самописец и увидела на ленте повторяющуюся последовательность сигналов с периодичностью 11/3 секунды. Я сообщила об этом Тони Хьюишу, который сказал, что скорее всего это сигнал земного происхождения. Это было вполне разумным соображением, но я по причине своего глубочайшего невежества не видела, почему бы ему не иметь звёздное происхождение. Хьюиш пришёл лично проверить ленты с данными и подтвердил, что всё указывало на небесный источник, но периодичность в 11/3 секунды была подозрительной и больше соответствовала земному источнику, так как трудно было вообразить, чтобы какая-то звезда могла пульсировать с такой частотой.
Вскоре двое коллег наблюдали те же сигналы на другом телескопе и на другом приёмнике, откуда следовало, что в нашем оборудовании дефектов не было, а потом ещё один коллега измерил дисперсию сигналов и установил, что их источник находится далеко за пределами Солнечной системы, но где-то в нашей Галактике. Неужели это были сигналы искусственного происхождения, посылаемые представителями другой цивилизации? Тогда они должны были бы подвергаться эффекту Допплера вследствие обращения планеты с «зелёными человечками» вокруг своей звезды, но измерения Тони Хьюиша не обнаружили ничего, кроме подтверждения того факта, что наша Земля действительно обращается вокруг Солнца.
Тем временем, я старалась наверстать упущенное для диссертации время, которое ушло на анализ странных сигналов. Как-то перед рождеством я зашла к Тони Хьюишу и попала на совещание высокого уровня, где обсуждался важный вопрос — как предать гласности полученные нами результаты. Мы не очень-то верили, что получили сигналы внеземной цивилизации, но, конечно, такая идея приходила нам в голову, тем более, что убедительных доказательств естественного происхождения сигналов у нас тогда не было. Возникали интересные проблемы — если действительно удалось обнаружить, что где-то ещё во Вселенной есть разумная жизнь, то как об этом объявить, не вызвав нежелательных последствий? Куда об этом нужно сообщить в первую очередь? В тот день решить эти проблемы нам не удалось, и я, сильно разозлившись, отправилась домой. Я ведь собиралась написать диссертацию по новой методике работы с радиотелескопом, и надо же, чтобы какие-то дурацкие зелёные человечки выбрали для своей передачи именно мою антенну и именно ту частоту, на которой я работала. Подкрепив угасающие силы ужином, я вернулась в лабораторию и вскоре, разглядывая ленты с данными из совершенно другого участка неба, обнаружила следы аналогичных “странностей”».
Данные Джоселин вызвали большой переполох. Сигналы были настолько похожи на передачу инопланетной цивилизации, что поначалу это представлялось наиболее правдоподобным объяснением. Хьюиш решил посоветоваться с Мартином Райлом, который заявил, что если это действительно «зелёные человечки», то все ленты с данными следует немедленно уничтожить, чтобы никому не пришло в голову посигналить им обратно, потому как тогда можно было бы обнаружить где находится Земля и завоевать её. К счастью, обнаружение следов других «странностей» позволило исключить версию инопланетян.
Снова слово Джоселин Белл.
«На следующее утро было очень холодно, и что-то в приёмной аппаратуре разладилось. Ругаясь, я стала дёргать все переключатели, отогревать блоки своих дыханием и наконец на пять минут всё заработало. Это были как раз те пять минут, в течение которых удалось принять странный сигнал. В этот раз периодичность сигналов была 1,2 секунды. Я оставила ленты на столе Тони Хьюиша и отбыла на рождественские каникулы в гораздо лучшем настроении, ведь было крайне маловероятно, чтобы уже две компании зелёных человечков одновременно выбрали одну и ту же столь невероятную частоту, решив посигналить на одну и ту же планету — нашу Землю.
По возвращении, просматривая накопившиеся за время рождественских каникул ленты, я обнаружила ещё два источника периодических сигналов, итого их стало уже четыре. Были и ещё кандидаты, но не такие явные, как твёрдо установленные четыре.
В конце января 1968 года мы послали в Nature[31] статью об обнаружении первого пульсара. Потом нас иногда обвиняли в том, что мы слишком долго держали своё открытие в секрете, что, очевидно, не так. Примерно тогда же я передоверила наблюдения следующему поколению аспирантов и занялась анализом данных для своей диссертации.
За несколько дней до публикации в Nature Тони Хьюиш устроил семинар в Кембридже, где собирался доложить полученные результаты. Казалось, все астрономы, сколько их ни было в Кембридже, пришли на этот семинар, и только их взвинченность впервые дала мне понять, что за революцию мы совершили. Среди них был профессор Хойл, и я отлично помню сделанное им в конце семинара замечание. Он начал с того, что впервые слышит о таких звёздах, а потому у него не было времени поразмыслить о них, но ему кажется, что это должны быть не белые карлики, а остатки взрыва сверхновых. Учитывая, какие расчёты по гидродинамике и проницаемости звёздных оболочек для нейтрино он должен был проделать в уме, это было совершенно поразительное замечание!»
Тут я ненадолго прерву цитирование выступления Джоселин Белл, чтобы дать слово Хойлу.
«Позднее Джоселин рассказывала о том, что происходило на семинаре. После того, как было заявлено, что пульсары — это белые карлики, меня спросили, что я думаю по этому поводу, и я сказал, что, по-моему, это скорее нейтронные звёзды. Джоселин полагает, что это был пример поразительно быстрого умозаключения, но честность заставляет меня признаться в обратном. Я просто вспомнил о своей статье о космических лучах и нейтронных звёздах, написанной в 1946 году. Так что, скорее, это был пример весьма медленного умозаключения».
Но вернёмся к событиям ранней зимы 1968 года. Джоселин Белл продолжает свой рассказ.
«В статье в Nature мы упомянули, что в какой-то момент рассматривали возможность регистрации сигналов от другой цивилизации. После публикации статьи на нас набросились журналисты, а когда они узнали, что там была замешана женщина, то они устремились просто косяками. Меня фотографировали стоящей у приборной стойки, сидящей на приборной стойке, разглядывающей фальшивые ленты, а один из них заставил меня бежать с воздетыми к небу руками и инструктировал: “Улыбайтесь во весь рот, дорогуша. Вы только что сделали великое открытие!” (Архимед и не подозревал, чего он был лишён.) При этом журналисты постоянно задавали очень уместные вопросы: “Выше вы или ниже принцессы Маргерит?” или “А сколько у вас бойфрендов?”.
Этим моё участие и завершилось. Я наконец закончила анализ данных, измерила угловые диаметры нескольких радиоисточников и оформила всё это в виде диссертации. (Пульсарам было отведено место в приложении). Потом я переехала в другой город и вышла замуж».
Вот за это выдающееся открытие и была в 1974 году присуждена половина Нобелевской премии. И присуждена она была одному Энтони Хьюишу; Джоселин Белл в число лауреатов не попала.
Энтони Хьюиш
Фреду Хойлу это очень не понравилось. Не понравилось настолько, что в 1974 году он отправил в ведущую британскую газету Times сердитое письмо, где критиковал решение Нобелевского комитета, оставившее Джоселин без её доли премии. В автобиографии он написал вот что.
«Интересно сравнить открытие пульсаров с открытием эффекта Мёссбауэра, поскольку и то, и другое были сделаны аспирантами. В диссертационной работе Рудольфа Мёссбауэра произошла вынужденная задержка, и именно тогда он обнаружил, что линия испускания гамма-лучей радиоактивным ядром, связанным с кристаллом, гораздо уже, чем было принято считать. Руководитель его диссертации заявил, что не имеет никакого отношения к получению этого результата, и настоял на том, чтобы Мёссбауэр опубликовал своё открытие самостоятельно. Именно он и стал известен, как автор открытия и получил за это все причитающиеся ему почести [Нобелевскую премию за 1961 г.]. В случае открытия пульсаров всё было иначе.
За неделю до того, как об открытии было доложено в Nature большой “командой” коллег, один из сотрудников Кавендишской лаборатории заглянул в мой кабинет и по секрету поведал, что на следующем лабораторном семинаре будет сделано сообщение огромной важности, но поскольку он был связан обещанием держать всё в тайне, больше ничего сказать мне не мог. Семинар должен был состояться в среду, до выхода в свет свежего пятничного номера Nature. Ни в ходе семинара, ни в последующем публичном заявлении об открытии совершенно ничего не говорилось о том, что оно было сделано аспиранткой Джоселин Белл. Спустя несколько лет именно на мою долю выпало рассказать, возможно, несколько резковато, как всё было на самом деле. Но к тому времени всё в мире пошло кувырком, и правда в респектабельных кругах была уже не в чести. Присвоение чужих заслуг стало считаться нормой, а вот попытка восстановить справедливость оказалась совершенно неприемлемой».
Письмо Хойла и его публичные выступления были настолько резкими, что он стал опасаться, не подадут ли на него в суд за клевету, и даже подумывал, не нанять ли ему адвоката. В итоге, ему пришлось писать всякого рода “объяснительные записки” и как-то выпутываться из этой неприятной истории. В конце концов всё завершилось без судебных разбирательств, но его репутация в определённых кругах, которые он назвал “респектабельными”, оказалась сильно подмоченной, что несомненно аукнулось ему в будущем.
Хьюиш был в бешенстве, ведь его фактически обвинили в краже результатов своей аспирантки. Он и в самом деле собирался подать на Хойла в суд за клевету, но в конце концов передумал — решил не давать лишнего повода порезвиться газетчикам и заработать адвокатам. Сама же Джоселин Белл подошла к своему не-лауреатству спокойно и философски. В конце того же цитированного выше выступления она сказала:
«Приходилось слышать, что я должна была разделить Нобелевскую премию с Тони Хьюишем. По этому поводу я хотела бы высказать несколько соображений.
Во-первых, споры о том, в чём заключаются достижения аспиранта, а в чём руководителя диссертации разрешить очень трудно, даже невозможно. Во-вторых, именно на руководителе лежит полная ответственность за успех или неудачу предложенной темы. Известны случаи, когда руководитель обвинял аспиранта в его провале, но всем ясно, что почти всегда это вина руководителя. Я считаю только справедливым, что руководитель должен насладиться плодами успеха. В третьих, мне кажется, что присуждение Нобелевской премии аспирантам принизило бы её статус, так что такое присуждение должно производиться только в исключительных случаях, к которым мой, как мне кажется, не относится. И наконец, я вовсе не расстроена, ведь я и впрямь оказалась в чудесной компании».
Мне кажется, что дело было не только в защите чести и достоинства молодой аспирантки Джоселин Белл. У меня есть сильнейшее подозрение, что главное негодование у Хойла вызвало присуждение второй половины Нобелевской премии за 1974 год его главному оппоненту и, похоже, личному врагу Мартину Райлу. Особенно его могла возмутить речь, произнесённая при церемонии награждения членом Шведской королевской академии наук профессором Хансом Вильгельмсоном, который, в частности, сказал: «Измерения Райла позволили заключить, что модель стационарной Вселенной неприемлема. В большом масштабе космос должен описываться динамическими эволюционными моделями»[32]. Ведь именно Хойл был одним из авторов стационарной модели Вселенной, о которой будет подробно рассказано дальше.
Данные Райла Хойл всегда считал в высшей степени сомнительными, а его собственная модель также, по его мнению, вполне могла считаться эволюционной. Но нападать на Нобелевский комитет из-за выданной Райлу премии было бы слишком прямолинейно — все знали, что они враги, а вот обвинить шведских академиков в необъективности по отношению к юной леди могло показаться Фреду достойным поводом для публичного выступления. Как бы то ни было, он сильно навредил себе этим демаршем.
В октябре 2010 года английская газета The Observer опубликовала небольшую статью, озаглавленную «Фред Хойл — учёный, грубость которого стоила ему Нобелевской премии»[33]. Возможно, так оно и было. То, что йоркширец Хойл считал прямотой, другими вполне могло восприниматься как грубость или, по меньшей мере, бестактность.
На склоне лет, в 1997 году Шведская королевская академия наук всё же отметила его премией Крафорда. Джефри Хойл сообщил мне, что во время церемонии вручения премии в присутствии короля Швеции некоторые члены Нобелевского комитета чувствовали себя очень неуютно, а один даже как бы извинился за то, как обошлись с сэром Фредом в 1983 году. Якобы премию ему не дали потому, что он не был физиком.
Эту премию иногда называют «утешительной», поскольку она часто присуждается учёным, которые могли бы стать Нобелевскими лауреатами, но по каким-то причинам ими не стали. В денежном выражении она не меньше Нобелевской, но по престижу уступает значительно. Помимо лауреатов этой премии о ней мало кто слышал.
Пусть Хойла и обошли с Нобелевской премией, но его шедевра — объяснения вместе с супругами Бербидж и Фаулером происхождения всех химических элементов из водорода и гелия — было никому не отнять. Хойл с коллегами показали, что все мы и всё, что нас окружает состоит из «звёздной пыли».
Вот слова современного исследователя:
«Объяснение происхождения элементов было одним из крупнейших достижений науки XX века, а может быть и во всей истории науки. По своей важности оно соизмеримо с созданной Ньютоном теорией движения планет и с теорией эволюции Дарвина»[34].
Примечания:
[1] J.M. Keynes, «Newton, the Man», in J.R. Newman, ed. «The World of Mathematics», Simon and Schuster, 1956.
[2] W. Baade, F. Zwicky, «On Super-Novae», Proc. Nat. Acad. Sci. Vol. 20, 1934.
[3] Hoyle, F., «The synthesis of the elements from hydrogen», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 106, 1946.
[4] Hoyle, F., «Note on the origin of cosmic rays», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society}, Vol. 106, 1946.
[5] В.Л. Гинзбург, И.Л. Фабелинский, «К истории открытия комбинационного рассеяния света», Вестник РАН, том 73, № 3, 2003.
[6] S. Chandrasekhar, «An Introduction to the Study of Stellar Structure», New York, Dover, 1939.
[7] G. Gamow, «On Relativistic Cosmogony», Rev. Mod. Phys., vol. 21, No. 3, 1949.
[8] Согласно второму изданию словаря Webster’s New International Dictionary, слово ylem есть устаревшее существительное, означающее «изначальную субстанцию, из которой образовались все элементы». [Примечание Гамова]
[9] G. Gamow, «Half an hour of creation…» Physics Today, August 1950.
[10] F. Hoyle, «Synthesis of the elements in stars: forty years of progress, Rev. Mod. Phys., Vol. 69, No. 4, October 1997.
[11] Л.Б. Окунь, «Фундаментальные константы физики», УФН, 1991, 9.
[12] Whaling, Ward. Interview by Shelley Erwin. Pasadena, California, April-May, 1999. Oral History Project, California Institute of Technology Archives}, https://oralhistories.library.caltech.edu/122/
[13] Interview with Dr. William Fowler By Charles Weiner at California Institute of Technology, June 8, 1972, Niels Bohr Library and Archives, American Institute of Physics, College Park, MD USA, www.aip.org/history/ohilist/4608_1.html
[14] У.А. Фаулер, «Экспериментальная и теоретическая ядерная астрофизика, поиски происхождения элементов», УФН, 145, 3, 1985.
[15] Цитируется по H. Kragh, Arch. Hist. Exact Sci. (2010) 64:721–751.
[16] F. Hoyle, N. Dunbar, W. Wenzel, and W. Whaling. «A state in C12 predicted from astrophysical evidence». Physical Review 92: 1095 (1953).
[17] F. Hoyle, «Personal Comments on the History of Nuclear Astrophysics», Q. Jl R. astr. Soc. 27, 445 (1986).
[18] Р. Фейнман, «Характер физических законов», М., Наука, 1987.
[19] F. Hoyle, «On nuclear reactions occurring in very hot stars. I: The synthesis of elements from carbon to nickel. Astrophysical Journal, Supplement Series 1, (1954).
[20] M. Burbidge, G. Burbidge, W. Fowler, and F.Hoyle, «Synthesis of the elements in the stars». Reviews of Modern Physics 29, (1957).
[21] Interview with Dr. Margaret Burbidge by David DeVorkin at the University of California, Santa Cruz, July 13, 1978, www.aip.org/history/ohilist/25487.html
[22] R. Tayler, J. Gribbin, «SN1987», New Scientist, 16 December 1989.
[23] «Synthesis of the elements in stars: forty years of progress», Reviews of Modern Physics, Vol. 69, No. 4 (1997).
[24] G. Meynet, «Nucleosynthesis from massive stars: 50 years after B2FH», http://arxiv.org/abs/0708.3185v1 (2007).
[25] Г. Гамов, «Моя мировая линия», М. Наука, Физматлит, 1994.
[26] «A Century of Ideas, Perspectives from Leading Scientists of the 20th Century», B.G. Sidharth. Ed., Springer Science+Business Media B.V., 2008, предисловие к статье У. Фаулера.
[27] Цитируется по J. Gregory, «Fred Hoyle’s Universe», Oxford University Press, 2005.
[28] Ch. Wickramasinghe, «My Journey with Fred Hoyle», World Scientific, 2005.
[29] «Where was Hoyle?», Nature, vol. 305, p. 750, 1983.
[30] S.J. Bell Berner, «Little Green Men, White Dwarfs or Pulsars?» Annals of the New York Academy of Science, vol. 302, 685, (1977).
[31] A. Hewish et al., «Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source», Nature, 217, 709 (1968).
[32] H. Willhelmsson, The Nobel Prize in Physics 1974, Award Ceremony Speech, http://www.nobelprize.org/nobel\_prizes/physics/laureates/1974/presentation-speech.html
[33] R. McKie, «Fred Hoyle: the scientist whose rudeness cost him a Nobel prize», The Observer, 10 October 2010.
[34] S. Kwok, «Stardust, The Cosmic Seeds of Life», Springer, 2013.
Оригинал: https://7i.7iskusstv.com/y2022/nomer4/macarsky/
