Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности Феррейра Педро

Глава 5.

Всеобщее помешательство

В последние годы Альберт Эйнштейн вел простую жизнь. Он спал допоздна в своем обшитом белой вагонкой доме на Мерсер-стрит почти в центре города Принстона, штат Нью-Джерси, где он жил со своей сестрой Майей. (Его жена Эльза умерла в 1936 году вскоре после переезда.) Каждую неделю Эйнштейн ходил в Fuld Hall — главное здание института перспективных исследований, где работал с 1933 года. С годами он стал привычной фигурой в принстонском кампусе, но даже будучи более известным, чем когда бы то ни было раньше, оставался одиноким.

Эйнштейн стал одним из первых постоянных членов нового института, учреждения для гениальных умов, основанного семьей Бамбергер и финансируемого из частных фондов. Его окружали прославленные коллеги. Например, Джон фон Нейман, математик, работавший над атомной бомбой и один из первых изобретателей современных компьютеров. Некоторое время там трудился математик Герман Вейль, протеже Давида Гильберта, одним из первых поднявший знамя теории пространства-времени Эйнштейна. Присутствовал в этом кругу и Курт Гёдель, философ и логик, своей теоремой о неполноте посеявший хаос в философии XX века. И разумеется, не обошлось без Роберта Оппенгеймера, который в 1947 году стал директором института. В коридорах Эйнштейн мог встретить почетных посетителей, создателей квантовой физики или современной математики. Но всему он предпочитал уединение собственного кабинета.

Через несколько часов Эйнштейн отправлялся домой для обеда и сна. Затем можно было пойти в кабинет, сесть в любимое кресло, обернув ноги пледом, и заняться вычислениями, написанием работ и разбором множества писем, которые прорывались в его жизнь из внешнего мира. Письма от глав государств и высокопоставленных лиц перемежались просьбами молодых ученых и восторгами поклонников. В конце дня следовал ранний ужин, затем он слушал радио и немного читал перед тем, как отправиться спать.

Для человека, достигшего такой колоссальной известности, это была необычайно спокойная жизнь. Его не забыли. Его имя было таким же известным, как имена Чарли Чаплина и Мэрилин Монро. Он состоял членом многочисленных ученых обществ, его приглашали во многие города. Его лицо красовалось на обложке журнала Time, став одним из знаковых образов новой технологической эры. Время от времени знаменитости пускались в путь, чтобы провести несколько часов в обществе этого великого человека. Ему наносили визиты Джавахарлал Неру с дочерью Индирой Ганди и премьер-министр Израиля Давид Бен-Гурион. Джульярский струнный квартет однажды прибыл, чтобы сыграть импровизированный концерт в его гостиной.

Однако несмотря на мировую известность, Эйнштейн по большей части держался замкнуто. Хотя у него было несколько молодых ассистентов, он предпочитал работать в одиночку. Его гордостью и радостью по-прежнему оставалась общая теория относительности, и время от времени он углублялся в нее, выходя за рамки решений Фридмана, Леметра и Шварц-Юильда и пытаясь найти новые, более сложные, но вместе с тем более реалистичные варианты. Общая теория относительности могла еще многое дать, но мало кто хотел тратить на нее время, предпочитая направлять усилия на развитие квантовой теории. Даже самого Эйнштейна почти на три десятилетия захватила эта более масштабная концепция. А от собственного детища он держался в стороне.

К 1950-м годам Эйнштейн сильно изменился по сравнению с тем, каким он был в 1920-е. Ранний успех в науке позволил ему путешествовать по миру, принимая королевские почести, читать публичные лекции, дискутировать с другими физиками, сначала отвергнув, а затем приняв идею расширяющейся Вселенной. Недалеко от Берлина, в Потсдаме, в его честь возвели башню Эйнштейна, в которой выводы из его теории можно было проверять наблюдениями. Его превозносили на международных встречах, на которых он высказывал свое мнение о новейших открытиях в области физики.

Он стал свидетелем нарастающих антисемитских настроений на родине и с наступлением 1930-х ощутил тяжелые последствия растущего влияния нацисткой партии и ее приверженцев. Регион его путешествий стал сужаться, угроза смерти возросла, и, несмотря на славу, Эйнштейн с опаской перемещался по Европе, выполняя свои многочисленные обязательства.

Как национальное достояние, Эйнштейн был в какой-то мере защищен от царящих вокруг безобразий, но тем не менее ему довольно рано довелось ощутить темную сторону антисемитизма. Группа ученых, известная как «Сообщество немецких естествоиспытателей за сохранение чистой науки», начала кампанию против общей теорией относительности, только недавно увидевшей свет. Сообщество разгромило принцип относительности как пример «массового заблуждения» и попыталось подготовить иск против Эйнштейна, обвинив его в плагиате. К движению был привлечен ярый противник теории относительности всемирно известный ученый Филипп Ленард.

Ленард родился в Венгрии. В 1905 году он получил Нобелевскую премию за работу, посвященную катодным лучам. Именно его эксперименты легли в основу ранней теории Эйнштейна о квантах света. До формулирования общей теории относительности отношения Ленарда с Эйнштейном были вполне учтивыми. Но против этой теории Ленард яростно возражал — она была слишком запутанной и входила в противоречие с тем, что он считал «здравым смыслом» для любого физика. Он писал опровергающие теорию относительности статьи в Jahrbuch der Radioaktivitat — том самом журнале, в котором в 1907 году Эйнштейн впервые представил идеи, послужившие основой его теории. Завязалась словесная перепалка, в которой Эйнштейн пренебрежительно назвал Ленарда дилетантом в теоретической физике и неспособным понять его идеи. Ленард обиделся и потребовал публичных извинений. Этот скандал бросил тень как на Эйнштейна, так и на Ленарда и «антирелятивистов».

К 1933 году Эйнштейну надоела Германия. После прихода нацистов к власти он решил разорвать свои связи с Берлином. Эйнштейн покинул вступающую в мрачные времена Германию, а его теорию избрало своей мишенью движение «Арийская физика». По мере возвышения нацистской партии стало проще двигать вперед дело Филиппа Ленарда, горячо поддерживаемое другим нобелевским лауреатом, физиком Йоханнесом Штарком. По мнению Ленарда и Штарка, теория Эйнштейна была частью еврейской физики, отравляющей немецкую культуру. В соответствии с грандиозными планами нацистов эту физику следовало ликвидировать.

После отъезда Эйнштейна в научных кругах Германии несколько лет велось планомерное уничтожение той физики, которая подарила миру большую часть величайших открытий начала XX века. К началу Второй мировой войны со своих университетских должностей были сняты все еврейские профессора. Покинули Германию наиболее дальновидные ученые Эрвин Шрёдингер и Макс Борн, сыгравшие важную роль в создании новой квантовой физики. Некоторые из них в конечном итоге внесли свой вклад в проекты по созданию атомной бомбы, реализуемые союзниками во время Второй мировой войны.

Йоханнес Штарк предпринял шаги, чтобы стать лидером «новой арийской физики» в понесшем значительные потери научном сообществе. Но на его пути стоял один из отцов современной квантовой теории Вернер Гейзенберг. Он не был евреем, но Штарка это не остановило. Он написал для официальной газеты СС статью, в которой клеймил Гейзенберга «белым евреем», называя его причиной упадка немецкой науки наравне с теми, кто уже был выдворен из страны. Но как ни странно, этот демарш потерпел неудачу. Гейзенберг был одноклассником рейхсфюрера СС Генриха Гиммлера, который и защитил его от дальнейшего поношения. В конечном счете Гейзенберг, к ужасу своих бежавших из гитлеровской Германии коллег, начнет работать над проектом немецкой атомной бомбы.

После отъезда Эйнштейна работа над его теорией в Германии прекратилась. Во время Веймарской республики его превозносили как национального героя, но в годы правления нацистов его имя быстро исчезло из немецкой культуры. Некоторые его идеи, приведшие к разработке теории относительности, оставались в учебниках, но в основном учебнике по физике, Lehrbuch der Physik Гримзеля, его имя даже не упоминалось. Только после войны общая теория относительности Эйнштейна снова привлекла внимание.

Идеи Эйнштейна подвергались гонениям не только в Германии. В стране, находящейся на другом конце политического спектра, в Советском Союзе, теория относительности и квантовая механика внезапно вошли в противоречие с официально принятой философией, диалектическим материализмом, интегральной частью марксизма. Эту философию, взяв за основу идеи немецких философов Фридриха Гегеля и Людвига Фейербаха, разработал в конце XIX века Карл Маркс, а затем развил Фридрих Энгельс с многочисленными последователями, в частности Владимиром Лениным. В статье от 1938 года «Диалектический и исторический материализм» Иосиф Сталин определил, объяснил и эффективно канонизировал ее как часть официальной советской идеологии. Основой всего в этой философии являлась материя, и уже из нее вытекало все остальное. Реальность определялась поведением мира материи и предшествовала любой форме мыслей и идеализации, находясь с ней в тесной связи. Как писал Карл Маркс в своем фундаментальном труде «Капитал»: «Идеальное есть не что иное, как материальное, пересаженное в человеческую голову и преобразованное в ней».

Приверженцы философии Маркса стремились все объяснить с точки зрения различных составляющих материального мира и их взаимодействия. Все в мире природы вносило свой вклад во Вселенную, находящуюся в постоянном состоянии эволюции и периодически подвергающуюся колоссальным трансформациям, возникающим в результате постепенного накопления мелких изменений. Важно то, что существование и эволюция материи рассматривались как объективная реальность, законы которой не зависят от наблюдателей и интерпретаций. Человеческие знания могли точно и подробно аппроксимировать эту объективную реальность серией сходящихся итераций, но этот процесс никогда не считался исчерпывающим и никогда не завершался.

У большинства, если не у всех, физиков в мире нет никаких проблем с материалистическим видением как таковым. Более того, они являются практикующими материалистами, хотя и не называют себя таковыми. Но те же физики посмотрели бы на философов с пренебрежением и яростно выступили бы против любых их попыток учить себя способам ведения исследований на основе «корректной методологии», выдвинутой какой-то философской школой. Однако марксизм-ленинизм являлся не просто отдельной философской концепцией, это была мощная, проникающая во все области жизни идеология, поддерживаемая советским государством. В напряженной политической атмосфере 1930-х, 1940-х и 1950-х философские дебаты об интерпретации квантовой механики или теории относительности могли привести к обвинениям в нелояльности, порой с опасными последствиями.

Следует признать, что как релятивистская физика Эйнштейна, так и распространяющиеся новые представления о квантах, с их сложностью и бесконечными, часто неясными философскими размышлениями были легкой добычей советских научных философов. В теории пространства-времени Эйнштейна также многое допускало критику. В первую очередь, это был яркий пример допущений. Ее основой послужили известные ныне мысленные эксперименты Эйнштейна, сделанные практически без участия данных из материального мира. Кроме того, теория формулировалась крайне непонятным математическим языком, набором правил и принципов, затруднявших интерпретацию, особенно людьми, которые, как многие из философов, не были профессионалами в математике. Наконец, в довершение ко всему теория Эйнштейна породила абсурдную Вселенную, имеющую начало, что слишком напоминало религиозные воззрения, с которыми в Советском Союзе велась нещадная борьба. Более того, большой вклад в данную теорию внес священник, аббат Леметр, еще один продажный иностранец из декадентского буржуазного общества. За яростным неприятие несоветского мышления был совершенно забыт тот факт, что первым концепцию расширяющейся Вселенной предложил гениальный русский и советский физик Александр Фридман. Костер дебатов годами тлел, периодически ярко вспыхивая, но было бы неоправданным упрощением представлять ситуацию как идеологическую борьбу между блестящими учеными и невежественными ортодоксальными философами. К философам присоединился ряд физиков и математиков, в том числе довольно известных, и спор усугубили групповые предпочтения и прочие не связанные с предметом обсуждения факторы.

В 1952 году влиятельный советский философ и историк науки Александр Максимов опубликовал статью «Против реакционного эйнштейнианства в физике». Хотя публикация появилась в малоизвестной советской газете «Красный флот», физики отреагировали на нее весьма активно. Ученик Фридмана и ведущий советский релятивист Владимир Фок парировал ее собственной статьей «Против невежественной критики современных физических теорий». Перед ее публикацией Фок, Лев Давыдович Ландау и другие физики обратились за поддержкой к советскому правительству. В секретном письме к близкому соратнику Сталина и куратору ядерного и термоядерного проектов Лаврентию Берии они жаловались на «неформальное положение, сложившееся в советской физике», приводя статью Максимова как пример агрессивного невежества, тормозящего прогресс советской науки. Статья была опубликована, и Фок заявил, что обладает поддержкой правительства в этом вопросе. Возмущенный Максимов пожаловался Берии, настаивая на своих взглядах, но к 1954 году преобладающим было влияние группы Фока и Ландау. Разумеется, у высшего советского руководства были более срочные дела, чем анализ тонкостей теорий Эйнштейна. Кроме того, Ландау и прочие имели на своей стороне крайне весомый аргумент: они успешно работали над проектом советской атомной бомбы, поэтому теории, на которых была основана их работа, считались корректными, невзирая на философскую интерпретацию. К середине 1950-х идеологические войны между советскими философами и физиками подошли к концу, и релятивистов оставили в покое. Одним из последних отголосков этой битвы стала записка в Центральный комитет Коммунистической партии от Евгения Лившица, который был соавтором Ландау во всемирно известном «Курсе теоретической физики», с жалобой на «идеологически некорректный» пленарный доклад, посвященный теории расширяющейся Вселенной. Записка была должным образом рассмотрена комитетом и… оставлена без последствий.

Войны марксистских философов не имели никакого отношения к политическим репрессиям 1937-1938-го и других лет, во время которых погиб ряд талантливых советских физиков, например Матвей Бронштейн, Лев Шубников, Семен Шубин и Александр Витт, в то время как остальные были арестованы, заключены в тюрьму или сосланы. И хотя казалось, что идеологические войны не влияют на развитие теории относительности в СССР, прогресс был крайне медленным из-за возросшего, как и на Западе, интереса к квантовой теории, борьбы за выживание в процессе быстрой индустриализации, героической и победоносной войны с европейским фашизмом и последующей гонки вооружений во время холодной войны.

Так как советские философы не одобряли математическую идеализацию, послужившую основой общей теории относительности, отвергли они и более позднюю работу Эйнштейна, когда после прибытия в Принстон его захватила идея создания большой объединяющей теории. Он все еще ценил свою предшествующую работу, но хотел сделать нечто более масштабное и улучшенное. Он надеялся свести общую теорию относительности к теории, объединяющей всю фундаментальную физику. Эйнштейн стремился показать, что не только гравитационные взаимодействия, но также электричество и магнетизм и даже некоторые странные эффекты, присущие квантам, могут быть представлены как геометрия пространства-времени. Но если в ситуации с общей теорией относительности физические озарения элегантно согласовывались римановой геометрией, к новой проблеме Эйнштейн решил подойти совсем другим путем. Он отказался от своей потрясающей физической интуиции в пользу математики.

Поле деятельности Эйнштейна не ограничивалась общей теорией относительности. Тридцать лет он цеплялся то за одну, то за другую гипотезу, иногда отказываясь от той или иной возможности, чтобы вернуться к ней годы спустя. Например, он пытался расширить пространство-время с четырех до пяти измерений. Это дополнительное пространственное измерение было свернутым и практически ненаблюдаемым. Его геометрия, или кривизна, играла роль электромагнитного поля, отвечая на заряд и токи в точности так, как в середине XIX века было предсказано Джеймсом Клерком Максвеллом.

Авторство идеи о пятимерной Вселенной принадлежало не Эйнштейну. Ее выдвинули двое молодых ученых: младший приват-доцент из Кенигсбергского университета Теодор Калуца и работавший под руководством Нильса Бора молодой и шедский ученый Оскар Клейн. Вместе они предложили способ практически идеально имитировать электромагнетизм при помощи пятимерного пространства-времени. Вселенные Калуцы и Клейна, на которые Эйнштейн потратил почти двадцать лет своей жизни, наполнены странной формой материи, бесконечным количеством частиц различной массы, распределенных в пространстве и искажающих остальную геометрию пространства-времени. Эйнштейн надеялся, хотя так и не смог этого доказать, что эти дополнительные поля могут быть неразрывно связаны с волновыми функциями, введенными Шрёдингером в его квантовую физику. От этих гипотез он отказался в конце 1930-х, но, что интересно, построения Калуцы-Клейна снова выйдут на сцену в 1970-х, когда в теоретической физике начнется поиск универсальной теории.

Намного больше времени Эйнштейн посвящал попыткам объединения гравитационных взаимодействий и электромагнетизма. Он ввел в геометрическую основу общей теории относительности язык, предложенный Риманом за много десятилетий до ее появления. Исходная теория при описании геометрии и динамики пространства-времени использовала десять неизвестных функций, определяемых из предложенных Эйнштейном уравнений поля. Именно такое количество связанных друг с другом неизвестных было одной из основных причин сложности работы с теорией. Но новую версию, по замыслу Эйнштейна, нужно было расширить, добавив еще шесть функций, три из которых относились к электрической части, а три к магнитной. Сложность состояла в том, чтобы объединить эти шестнадцать функций, сохранив однозначность и предсказуемость теории. В случае успеха результат привел бы к грандиозным выводам одновременно и из общей теории относительности, и из теории электромагнитных взаимодействий. Эйнштейн хотел сделать это красиво с математической точки зрения, но за десятки лет так и не смог найти нужный путь.

Эйнштейн знал, что поиск большой универсальной теории должен был стать доминирующим в физике конца XX века, но пока ему предстояло заниматься этим нереально сложным делом в одиночку. В то время как он без посторонней помощи сражался со своей новой и дьявольски сложной теорией, остальной мир с интересом следил за ним. Время от времени Эйнштейн попадал на первые страницы центральных газет. В ноябре 1928 года заголовок New York Times объявил: «Эйнштейн на пороге большого открытия», а спустя несколько месяцев появилось короткое интервью Эйнштейна с такой припиской: «Эйнштейн поражен суматохой вокруг новой теории. Держит сто журналистов в напряжении целую неделю». Этот уровень внимания и напряженного ожидания сопровождал его и следующие двадцать пять лет. В 1949 году в New York Times снова объявили: «Новая теория Эйнштейна дает ключ к тайнам Вселенной», а несколько лет спустя, в 1953-м, провозгласили: «Эйнштейн предлагает новую теорию для объединения космических законов». Несмотря на внимание популярных газет, среди коллег Эйнштейн начинал чувствовать себя в некотором роде чужаком, а его попытки унификации не находили широкого отклика.

Сбежав из Германии из-за негативного отношения к своей деятельности, Эйнштейн обнаружил, что его новая родина, Соединенные Штаты, также не проявляет к общей теории относительности особого интереса. Молодые ученые с хорошим потенциалом, способные продвинуть ее вперед, были поглощены квантовой физикой, пытаясь применять ее к фундаментальным частицам и взаимодействиям.

В некотором смысле их можно было понять. Ранее общая теория относительности уже принесла ряд успешных открытий, например она обосновала прецессию перигелия Меркурия и гравитационное отклонение света. Она привела к открытию расширяющейся Вселенной, сильно повлияв на наше мировоззрение. Но это было в прошлом. Кроме того, создалось впечатление, что теория относительности может давать только фантастические математические предсказания, такие как решения Шварцшильда или Оппенгеймера и Снайдера для коллапсирующих или сколлапсировавпшх звезд. Доказательством подобных странных решений, существовавших где-то там, в пространстве, была только сама теория. Но в реальности их никто не видел, поэтому имело смысл считать их математическим казусом. А квантовая физика поддавалась экспериментальным измерениям в лабораториях и могла служить для создания каких-то вещей. Однако было ясно, что общая теория относительности может давать и еще более странные результаты, что смог показать логик Курт Гёдель.

Путь из дома в институт Эйнштейн не всегда совершал в одиночку. Часто этого эксцентричного и неаккуратно выглядящего профессора с всклокоченными волосами и добрым взглядом сопровождала маленькая фигурка, всегда укутанная в тяжелое пальто, с глазами, скрытыми за толстыми линзами очков. Пока Эйнштейн рассеянно двигался к главному зданию института, этот человек плелся следом, спокойно выслушивая монологи Эйнштейна и отвечая ему высоким голосом. Эйнштейн наслаждался прогулками с этим странным маленьким человеком и доверял ему. Его другом стал Курт Гёдель, ученый, ответственный за пересмотр современной математики. К изумлению Эйнштейна, Гёдель смог значительно расширить общую теорию относительности.

Гёдель приехал из Вены, которая в начале столетия представляла собой интеллектуальный центр. В ее кофейнях, которые стали домом для Эрнста Маха, Людвига Больцмана, Рудольфа Карнапа, Густава Климта и целого ряда гениальных мыслителей, процветал свободный дух дискуссий. Наиболее престижным из неформальных сообществ был получивший Мировую известность «Венский кружок». Туда попадали только по приглашениям, и Гёдель оказался в числе немногих избранных.

В отличие от Эйнштейна Гёдель получал в школе отличные отметки по всем предметам, а в университете считался выдающимся студентом. Он заигрывал с физикой, но представлял, как соединить ее с математикой в одну логичную конструкцию. Он оперативно изучал разработки, которые с удивительной скоростью штамповали философы и математики в попытках создать нерушимую теорию математики, в которой не будет места нерациональности, допущениям и обходным маневрам. Именно такой план продвигал правивший в Геттингене Давид Гильберт.

Гильберт был убежден, что всю математику можно построить из набора постулатов, или аксиом. С его точки зрения, тщательно и систематически применяя правила логики, любой математический факт во Вселенной можно вывести из не более чем полудюжины аксиом. Исключений быть не должно. Проверка любого математического факта от 2 + 2 = 4 до последней теоремы Ферма должна была иметь логическое доказательство. Именно программа Гильберта являлась движущей силой математики, когда на нее обратил внимание Гёдель.

Погруженный в жизнь Вены, спокойно посещающий собрания «Венского кружка» и наблюдающий за бесконечными обсуждениями способов распространить программу Гильберта на всю природу, которые вели логики и математики, Гёдель медленно и неуклонно подбирался к собственной фундаментальной гипотезе. И в какой-то момент одним махом полностью разрушил планы Гильберта, сформулировав теорему о неполноте.

Эта теорема утверждала крайне простые вещи. Любое Математическое описание системы начинается с набора аксиом и правил. Гёдель показал, что при любом наборе первоначальных постулатов всегда останутся аспекты, которые невозможно вывести: недоказуемые неопровержимые формулы. Обнаруженную формулу можно добавить в существующий набор аксиом. Но теорема Гёделя показала наличие бесконечного количества таких недоказуемых неопровержимых формул. По мере того как вы находите все новые истины, которые невозможно доказать, и добавляете их к своим аксиомам, ваша простая и элегантная дедуктивная система раздувается до гигантских размеров, оставаясь тем не менее неполной.

Теорема Гёделя парализовала программу Гильберта и выбила из седла многих его коллег. Сам Гильберт сначала с раздражением отказался признавать результат Гёделя, но в конечном итоге он его принял и безуспешно попытался встроить в свою программу. Другие философы опубликовали ничем не обоснованную критику, от которой Гёдель дистанцировался. Английский философ Бертран Рассел так никогда и не смог нормально воспринять результаты Гёделя. Доминировавший в философских течениях первой половины XX века Людвиг Витгенштейн просто отверг теорему о неполноте как неуместную. Но Гёдель верил, что она таковой не была.

Хотя Гёдель любил Вену, в конечном счете его начало привлекать место, которое Эйнштейн называл «замечательным местечком и… церемонным поселком маленьких полубогов на ходулях». После ряда визитов в 1930-х он стал комфортно чувствовать себя в Институте перспективных исследований, водя дружбу с Эйнштейном, вступая в дискуссии с фон Нейманом и постепенно осознавая, насколько высок интеллектуальный уровень эмигрантов, нашедших приют в Принстоне. Неприятный инцидент в Вене, когда Гёделя избили, приняв за еврея, вынудил его к переезду.

Эйнштейн и Гёдель сразу поладили. Эйнштейн говорил, что он ходит на службу «только ради возможности возвращаться домой с Гёделем». Эйнштейн заботился о нем, когда Гёдель болел. Когда подавший документы на получение американского гражданства Гёдель уже готовился принять присягу, он обнаружил в американской конституции логическое несоответствие, допускавшее установление в стране диктатуры. Именно Эйнштейн помешал тогда Гёделю сорвать церемонию получения гражданства.

Одержимый математикой Гёдель любил физику и часами обсуждал с Эйнштейном теорию относительности и квантовую механику. Они оба с трудом принимали случайности в квантовой физике, но Гёдель пошел еще дальше: он предположил, что в общей теории относительности Эйнштейна имеется критический недостаток.

Гёдель набросился на уравнения Эйнштейна и подобно Фридману, Леметру и многим другим, кто брался за эту теорию ранее, попытался упростить их в поисках контролируемого решения, которое представляло бы реальную Вселенную. Наверное, вы помните, что Эйнштейн считал Вселенную наполненной различной материей — атомами, звездами, галактиками, всем чем угодно, — равномерно распределенной в пространстве. Повернувшись на произвольный угол в любой момент времени, вы увидели бы ровно ту же самую картину, лишенную характерных черт и не имеющую центра или другой приоритетной точки. Фридман и Леметр каждый по-своему последовали примеру Эйнштейна и нашли простые решения, согласно которым геометрия пространства менялась со временем. Гёдель решил слегка усложнить картину. Совсем чуть-чуть, чтобы уравнения все еще поддавались решению. Но при этом дополнение было достаточно значительным, чтобы обеспечить интересный результат. Он предположил, что вся Вселенная вращается вокруг центральной оси, как карусель, снова и снова поворачиваясь относительно времени. Пространство-время в построенной Гёделем Вселенной, как и в моделях, предложенных Фридманом и Леметром, можно было описать в терминах времени, трех пространственных координат и геометрической характеристики каждой точки пространства-времени. Но были и отличия. Например, в моделях Фридмана и Леметра присутствовал эффект красного смещения, обнаруженный Хабблом и Слайфером в реальной Вселенной. Вселенная же Гёделя была этого лишена. Очевидно, что эта модель не могла объяснить измеренное Слайфером, Хабблом и Хыомасоном расширение. Но суть дела состояла не в этом. Решение все равно было верным и моделировало одну из возможных Вселенных в общей теории относительности Эйнштейна.

Тем не менее решение Гёделя одной деталью радикально отличалось от всех ранее представлявшихся моделей. Во Вселенных Фридмана и Леметра наблюдатель мог перемещаться в пространстве, исследуя различные части пространства-времени. При этом с течением времени он старел, оставляя за плечами прошедшие годы. Там присутствовало четкое понятие о прошлом, настоящем и будущем. Во Вселенной Гёделя ничего подобного не было. В ней при достаточно быстром перемещении наблюдатель мог проскользнуть вдоль вращающегося пространства-времени и вернуться к началу собственного жизненного цикла. С достаточной точностью он мог попасть в момент, когда он был намного моложе. Другими словами, во Вселенной Гёделя разрешались путешествия во времени.

В фантастической Вселенной Гёделя можно было двигаться во времени взад и вперед, возвращаться в прошлое, исправлять ошибки юности, просить прощения у давно умерших родственников, предостерегать себя от принятия в будущем неверных решений. Но одновременно становились возможными вещи, не имеющие смысла и приводящие к некоторым парадоксам, нарушающим ход вещей. Представьте, что вы разогнались, попали в прошлое и встретили свою бабушку, когда она была еще юной девушкой, и по ужасной случайности убили ее. Будучи стертой с лица земли, она уже не сможет дать жизнь вашей матери или вашему отцу. Соответственно этим вы запрещаете и свое собственное существование, а значит, некому уже будет вернуться в прошлое, чтобы совершить там свой ужасный поступок. Тем не менее если бы вы жили во Вселенной Гёделя, ничто, кроме технологических и моральных ограничений, не препятствовало бы подобному сценарию. Результат Гёделя показал, что общая теория относительности Эйнштейна имеет решения, допускающие путешествия в прошлое и парадоксы, подобные описанному, что совсем не согласуется с нашим реальным опытом. Однако если предположить, что теория Эйнштейна правдиво отражает окружающий мир, то абсурдная Вселенная Гёделя становится физически возможной.

Свои результаты Гёдель представил в 1949 году на собрании в честь семидесятилетия Эйнштейна. Они были красиво оформлены в виде набора простых постулатов и окончательного решения. Однако все это выглядело столь фантастичным, что никто не знал, что с этим делать. Чандра, в течение двадцати лет подвергавшийся нападкам и критике Эйнштейна, написал короткую записку, в которой указал на, как ему казалось, ошибку в выводах Гёделя. Но на этот раз дотошный и аккуратный Чандра сам допустил математическую ошибку. Астроном X. П. Робертсон, стоявший вместе с Фридманом и Леметром у истоков идеи расширяющейся Вселенной, годом Позже рассмотрел все выкладки и пренебрежительно отверг Вселенную Гёделя.

А что Эйнштейн? Он воспользовался своей легендарной интуицией, сыгравшей столь большую роль во всех его великих открытиях от специальной до общей теории относительности. Разумеется, та же самая интуиция заставила его отвергать решения Фридмана и Леметра и игнорировать решение Шварцшильда. Он отреагировал на работу Гёделя, признав его модель Вселенной «важным вкладом в общую теорию относительности», но ничего не сказав о том, стоит ли «исключить ее из физического рассмотрения».

Предложенное Гёделем решение уравнений Эйнштейна кажется слишком странным для воплощения в реальном мире. До своей смерти в 1978 году Гёдель продолжал искать в астрономических данных свидетельства, которые могли бы доказать реальную физическую значимость его решения. Но в некотором смысле работа Гёделя явилась примером, продемонстрировавшим основную проблему общей теории относительности — это чисто математическая теория, приводящая к странным выводам, которые не имеют отношения к реальной Вселенной.

Когда в 1935 году Институт перспективных исследований впервые попытался пригласить на работу Оппенгеймера, в то время как его группа в Беркли только начала делать себе имя, он ответил отказом. После короткого визита он писал своему брату: «Принстон — это дом умалишенных: эгоцентричные светила, сияющие в уединенном и тщетном одиночестве. Эйнштейн совершенно сумасшедший». Он так и не смог побороть свое недоверие к поздним работам Эйнштейна.

В 1947 году Оппенгеймер, наконец, согласился возглавить институт. Это назначение не обошлось без протестов. Эйнштейн и Герман Вейль агитировали за австрийского физика Вольфганга Паули, сформулировавшего принцип запрета, краеугольный камень квантовой физики. Они давили на преподавательский состав, категорически заявляя, что «Оппенгеймер не сделал столь же фундаментального вклада в физику, как Паули с его принципом запрета». Однако организаторские способности Оппенгеймера произвели впечатление, и работа была предложена именно ему, после чего он начал менять атмосферу института. Он принес с собой энтузиазм. Статья на обложке журнала Time 1948 года сообщала: «В списке приглашенных Оппи в этом году историк Арнольд Тойнби, поэт Т. С. Элиот, философ права Макс Радин, а также литературный критик, бюрократ и руководитель авиакомпании. Ничего не известно о том, кто будет следующим: возможно, психолог, премьер-министр, композитор или художник». С уединением было покончено.

Слегка покопавшись в общей теории относительности еще во время работы в Беркли, Оппенгеймер потерял к ней интерес. Вместе со своим учеником Хартландом Снайдером он написал одну из самых важных работ в этой области, открыв сжатие пространства-времени. Со временем он все больше разочаровывался в устаревшей, как он считал, и заумной теории, отговаривая молодых ученых от работы над ней. Молодой сотрудник института Фримен Дайсон в годы руководства Оппенгеймера писал домой, что «общая теория относительности в настоящее время является наименее перспективной областью исследований». До новых экспериментов, демонстрирующих странную природу пространства и времени или возможность включить общую теорию относительности в квантовую физику, говорить о ее применении не приходилось.

Оппенгеймер был не единственным ведущим физиком, отвергающим общую теорию относительности. Набирающая Все большую популярность квантовая физика настолько затмила плод усилий Эйнштейна, что стало даже сложно публиковать статьи, посвященные данной теме. Редактором журнала Physical Review был проживающий в Америке голландский ученый Сэмюэл Гаудсмит, игравший важную роль в первые годы появления квантовой теории. Став после эмиграции в Америку редактором журнала, он решил превратить его в основной печатный орган физиков, вступив в прямую конкуренцию с европейскими изданиями. К общей теории относительности Гаудсмит относился с недоверием. Как и Оппенгеймер, он считал, что столь заумная теория с ограниченной применимостью и возможностями проверки имеет не очень большой потенциал. Он пригрозил статьей, фактически запрещающей публикацию работ по «гравитации и фундаментальной теории». И только призыв принстонского профессора Джона Арчибальда Уиллера, который начал очаровываться теорией Эйнштейна, удержал Гаудсмита от этого шага.

Между Оппенгеймером и Эйнштейном в итоге установилась хрупкая дружба, сердечная, но не задушевная, с демонстрацией благосклонности и расположения. Однажды Оппенгеймер преподнес старику сюрприз, в качестве подарка на день рождения установив на доме на Мерсер-стрит радиомачту и обеспечив Эйнштейну возможность по вечерам слушать любимую музыку. В Эйнштейне Оппенгеймер обнаружил союзника, поддержавшего его в самые черные дни. Во время работы в Беркли Оппенгеймер пережил стремительный взлет и показал чудеса стратегического управления в рамках Манхэттенского проекта. Он прочно вошел в правящую верхушку как член семерки из комиссии по атомной энергии США, наблюдающей за послевоенными атомными проектами и применением атомной энергии. Он вызывал немалое раздражение, не желая подписываться под наиболее необычными ядерными проектами, такими как ядерный самолет, способный находиться в воздухе сутками, или водородная бомба, затмевающая своей мощью бомбы, сброшенные на Хиросиму и Нагасаки. Подобными действиями Оппенгеймер нажил себе немало врагов. И во время антикоммунистической истерии, начавшейся в 1950-х в эпоху Маккарти, эти враги нанесли удар.

В 1953 году в журнале Fortune Оппенгеймер подвергся резкой критике за «настойчивые попытки поменять направление военной политики США» и был обвинен в заговоре с целью помешать разработкам водородной бомбы. В результате он лишился допуска к секретной работе и был признан угрозой национальной безопасности Соединенных Штатов. В 1954 году Оппенгеймер настоял на проведении слушаний и был частично оправдан, но вернуть допуск не удалось. Отчет по результатам слушаний исчерпывающе сообщал: «Продолжающееся поведение и связи доктора Оппенгеймера указывают на серьезное пренебрежение требованиями безопасности». Оппенгеймер утратил свое положение в кругах вашингтонской элиты.

Эйнштейн никогда не понимал, чем Оппенгеймера так привлекала власть, почему для него настолько важным было положение ведущего правительственного чиновника? Как знаменосец мирового пацифизма, Эйнштейн не мог взять в толк, почему симпатизирующий его взглядам Оппенгеймер не может громче высказывать свое неодобрение гонке вооружений. Сам Эйнштейн не удержался от телевыступления с воззванием против зла «супербомбы», что стало причиной заголовков «Эйнштейн предупреждает мир: запретить бомбу или погибнуть».

В последние, самые одинокие дни Эйнштейн снова обрел известность. Издали ситуация выглядела иронично. На одном этаже института Эйнштейн помогал рисовать пацифистские Плакаты против распространения ядерного оружия, а на другом Оппенгеймер обдумывал планы создания водородной бомбы. Однако Эйнштейн мог позволить себе подобную активность. Он был слишком известен, чтобы его затронула антикоммунистическая истерия. Поэтому если Оппенгеймеру, ключевой фигуре американского ядерного господства, после того как он был сброшен с трона и унижен слушаниями по допуску, приходилось соблюдать осторожность, чтобы его не связали с коммунистической угрозой, Эйнштейн забыл всякую осторожность. Он публично поносил слушания и писал в New York Times: «Как интеллектуальное меньшинство может бороться с этим злом? Честно говоря, я вижу только революционный путь отказа от сотрудничества в стиле Ганди». Он публично советовал всем, кого вызывали на слушания, отказаться от участия, ссылаясь на пятую поправку к конституции, дающую право не отвечать на вопросы.

Последние годы Эйнштейна были омрачены болезнью. В 1948 году ему был поставлен потенциально смертельный диагноз: аневризма брюшной аорты. С годами заболевание медленно прогрессировало, и Эйнштейн готовил себя к неизбежному. В 1955 году, достигнув возраста семидесяти шести лет, Эйнштейн понял, что слишком болен и не сможет поехать в Берн на конференцию по поводу пятидесятилетней годовщины его специальной теории относительности. В середине апреля аорта лопнула, и через несколько дней Эйнштейн скончался в больнице.

Похороны были быстрыми и неторжественными. На кремации присутствовали несколько близких друзей, прах был развеян по ветру. Сохранилось несколько фотографий с похорон, показывающих, что это было спокойное, прозаическое мероприятие. Мозг Эйнштейна сохранили для потомков в надежде, что именно там содержится ключ к его гениальности. Конференция в Берне прошла своим чередом, совместив празднование юбилея его работы с надгробными речами.

Как главу института Оппенгеймера то и дело просили высказаться по поводу жизни и работы Эйнштейна. И он это делал, превознося достижения своего коллеги. Под давлением он признавался, что не совсем одобрял поведение Эйнштейна _в последние годы. Он мог без проблем сказать, что «Эйнштейн был величайшим физиком и естествоиспытателем нашего времени», но в 1948 году в статье об институте для журнала Time он дал журналисту куда менее лестный отзыв: «Сплоченным братством физиков с сожалением признается, что Эйнштейн был не маяком, но вехой; в быстро развивающейся физике он слегка отставал». В интервью журналу L'Express, спустя почти десять лет после смерти Эйнштейна, Оппенгеймер пошел еще дальше: «В конце жизни Эйнштейн был уже бесполезен».

С уходом Эйнштейна общая теория относительности пришла в упадок. Ее затмила квантовая теория, к ней пренебрежительно относились некоторые ведущие физики того времени. Для возрождения интереса требовалась свежая кровь и новые открытия.

Глава 6.

Дни радио

Слушателей ВВС в 1949 году весьма впечатлила серия лекций Фреда Хойла «Природа Вселенной». Молодой преподаватель из Кембриджа обращался к широкой аудитории с рассказами об истории и эволюции Вселенной. Подобно Эйнштейну, Леметру и прочим, занимавшимся данной темой раньше, он нес широким массам теорию относительности, и массам это нравилось. Еще не достигший сорока лет Хойл стал новым глашатаем этой теории, сменив на посту Эйнштейна, Эддингтона и Леметра.

Хотя, с точки зрения Хойла, Леметр ошибался. Хойл считал абсурдом возможность существования расширяющейся из ничего Вселенной и полагал, что отцам-основателям следовало скорректировать теорию таким образом, чтобы получить более рациональный результат. Вот его слова: «Эти теории основывались на предположении, что вся материя появилась во время одного большого взрыва в далеком прошлом». Выражение «большой взрыв» в данном случае использовалось в пренебрежительном смысле. Хойл считал, что существует более осмысленное решение: бесконечная Вселенная, в которой постоянно создается новая материя.

Хойл собирался бороться с релятивистами, а огромное количество слушателей давало ему выигрышные позиции. Для широкой аудитории ВВС его теория стационарной Вселенной звучала как стандартные сведения по космологии, в то время как порожденная успехами 1920-х годов концепция расширяющейся Вселенной казалась чересчур нетрадиционной. Она попросту не могла быть правдой. Хойл и два его компаньона, Герман Бонди и Томас Голд, являли собой группу, искажающую представления публики о происходящих в теоретической физике процессах, что сильно возмущало их коллег. Вот как один из астрономов отреагировал на лекции Хойла: «…были ощущение, что он зашел далеко за рамки благопристойного представления астрономии, и страх, что его нескромность и однобокость наносят урон профессии».

Несмотря на воззвания Хойла через средства массовой информации, теория стационарной Вселенной так и осталась его личным коньком, культом, отправляемым в Кембридже. Однако вопросы, возникшие благодаря этой теории, молодые ученые, которых она вдохновила, предложенный ею новый взгляд на Вселенную послужили толчком к возобновлению в последующие десятилетия интереса к общей теории относительности.

Неудивительно, что такой индивидуалист, как Фред Хойл, появился именно в Кембридже, вотчине Артура Эддингтона. До некоторой степени уподобившись Эйнштейну, Эддингтон также в какой-то момент сбился с пути и оказался одержим своей крайне сложной теорией Вселенной. В предшествовавшее его смерти десятилетие он пытался придумать фундаментальную концепцию, которая совмещала бы гравитационные взаимодействия, теорию относительности, электричество, магнетизм и кванты. Посторонним его мир чисел, символов и магических связей больше напоминал нумерологию и случайные совпадения, чем элегантную математику, ставшую основой общей теории относительности. Эддингтон избегал окружающих даже больше Эйнштейна и последние несколько ^Ает перед своей смертью в 1944 году провел в относительной изоляции. Он оставил незаконченную рукопись, которая была опубликована в 1947 году под громким заголовком «Фундаментальная теория». Это крайне непонятная, нечитабельная и совершенно забытая книга стала печальным наследием человека, выдвинувшего теорию относительности на первый план. Как сказал о ней один из астрономов: «Вне зависимости от того, сохранится ли эта книга как научный труд, она является примечательным произведением искусства». Вольфганг Паули — автор столь важного для понимания природы белых карликов принципа запрета — отнесся к труду Эддингтона пренебрежительно. По его словам, фундаментальная теория Эддингтона была «полной чепухой, точнее, напоминала не физику, а романтическую поэзию».

Фред Хойл прибыл в Кембридж в 1933 году, когда Эддингтон разрабатывал свою теорию звезд и воевал с молодым Чандрой за окончательное определение судьбы тяжелых белых карликов. Круглолицый очкастый англичанин уже в двенадцать лет прочитал научно-популярную книгу Эддингтона «Звезды и атомы». Это был резкий контраст с получаемым им образованием, которое он считал совершенно недостаточным и о котором писал: «Мне до известной степени разрешили плыть по течению». В Кембридже он преуспел, выиграв еще студентом ряд премий и получив докторскую степень по квантовой физике. К 1939 году Хойл становится сотрудником колледжа Святого Иоанна и как исследователь получает престижный грант. Кроме того, он решает сменить поле деятельности и пробует себя в астрофизике. Вдохновленный книгой Эддингтона «Внутреннее строение звезд», Хойл начинает размышлять, каким образом горят звезды и откуда они берут топливо. Его последующие работы стали ключом к пониманию того, каким образом ядерные процессы в звездах ведут к формированию более тяжелых элементов.

Смена Хойлом рода деятельности в 1939 году совпала с началом Второй мировой войны. Следующие шесть лет он посвятил радиолокационным исследованиям для армии. Аналогично тому, как проект создания атомной бомбы привлек самые яркие умы США, разработка технологий применения радиоволн в радарах собрала наиболее талантливых ученых со всей Британии. Множество ошеломляюще великолепных идей нашло практическое применение при радиолокации самолетов, кораблей и подводных лодок. Наследие этих работ военного времени применяется и в наши дни — современное общество просто купается в радиоволнах. Они используются в радио и на телевидении, в беспроводных сетях и мобильных телефонах, для управления самолетами и ракетами.

Благодаря своей работе над радарами Хойл встретил двух молодых физиков, Германа Бонди и Томаса Голда. Еврейский эмигрант Бонди в возрасте шестнадцати лет посетил одну из публичных лекций, которые Эддингтон проводил в Вене. Для изучения математики он был вынужден переехать в Кембридж, о котором позднее, влюбившись в интеллектуальное окружение, писал: «Я хотел бы прожить здесь всю жизнь». Из-за своего происхождения Бонди еще в начале Второй мировой войны был интернирован в Канаду, где он встретил Томаса Голда, еще одного еврейского эмигранта из Вены, которого тоже в свое время захватили популярные книги Эддингтона и который изучал в Кембридже инженерное дело. После освобождения из лагеря для интернированных Бонди и Голд начали вместе с Хойлом работать на нужды фронта. В свободное время они каждый со своей точки зрения обсуждали новые открытия в космологии и астрофизике: Хойл был оптимистом, Бонди — математиком, Голд — прагматиком.

После войны троица вернулась в Кембридж, чтобы влиться в сообщества разных колледжей. Послевоенный Кембридж опустел и стал более суровым. Ушли многие сотрудники, которым полученный в военное время опыт позволил начать карьеру вне научных кругов. Однако из-за наплыва рабочих во время мобилизации спрос на жилье был высоким, как и арендная плата. В результате Бонди и Голд арендовали на двоих дом недалеко от города. Хойл часто всю неделю проводил у них, занимая свободную комнату, и только на выходные возвращался в собственный дом в сельской местности.

Вечера Хойл проводил с Бонди и Голдом, вовлекая их в обсуждение занимавших всех вопросов. Как описывал это Голд, Хойл «продолжал беседу… иногда довольно однообразную, даже надоевшую, с непонятной целью акцентируя внимание на определенных моментах». Одной из навязчивых идей Хойла были проводимые Хабблом наблюдения скорости расширения Вселенной.

За годы, прошедшие с момента измерения Хабблом и Хьюмасоном эффекта де Ситтера, расширяющаяся Вселенная Фридмана и Леметра прочно прописалась в астрофизике. Выдвинутая Леметром идея первичного атома была слишком сложной и, кроме того, недоступной для наблюдений, что исключило возможность ее принятия, а вот его модель Вселенной, по общему мнению, считалась корректной. Вселенная с момента своего появления расширялась, а детали этого процесса можно было установить позднее. Без сомнения, это был крупный успех астрофизики и общей теории относительности.

Тем не менее по поводу Вселенной Фридмана и Леметра возникал обескураживающий вопрос, на который никак не могли найти ответа. Он возник после революционных измерений Хаббла. Было вычислено, что скорость расширения составляет приблизительно 500 километров в секунду на мегапарсек. Это означало, что галактика, отстоящая от нашей Вселенной на один мегапарсек (примерно 3 миллиона световых лет), будет удаляться от нас со скоростью 500 километров в секунду. А для галактики, находящейся на расстоянии двух мегапарсеков, эта скорость составит уже 1000 километров в секунду» И далее в том же духе. Последующие измерения Хаббла подтвердили эти расчеты. Это число, теперь известное как постоянная Хаббла, позволяло отмотать назад часы в предложенных Фридманом и Леметром моделях эволюции Вселенной и определить точный момент ее возникновения. В соответствии с этими расчетами возраст нашей Вселенной составляет около миллиарда лет.

Цифра в миллиард лет кажется очень большой, но в данном случае она недостаточно велика. В 1920-х методом радиологического датирования возраст Земли был оценен примерно в два миллиарда лет. Да и работы астронома Джеймса Джинса показали, что возраст звездных скоплений колеблется от сотен до тысяч миллиардов лет. Хотя эти цифры позднее были пересмотрены в сторону понижения, сомневаться не приходилось: получалось, что Вселенная моложе входящей в нее материи. Такого просто не могло быть, и никто не видел возможности обойти данный парадокс. В 1932 году Биллем де Ситтер охарактеризовал сложившуюся ситуацию так: «Боюсь, нам остается только принять данный парадокс и попытаться к нему привыкнуть». К моменту, когда расширяющейся Вселенной заинтересовались Хойл, Бонди и Голд, никаких новых данных в этой области не появилось.

Задумавшись о космологии, кембриджское трио сочло парадокс возраста самым очевидным недостатком моделей Фридмана и Леметра. Но в первую очередь их беспокоили куда более глубокие и более концептуальные вещи. Ведь согласно указанным моделям, начало Вселенной соответствует момент концентрации всего пространства в одной точке. Другими словами, получается, что время, пространство и материя возникли в один и тот же начальный момент. Хойл и его друзья ненавидели подобные гипотезы. Как сказал бы Хойл: «Это иррациональный процесс, который невозможно описать в научных терминах». Какие законы физики позволяют описать создание чего-то из ничего? Это казалось немыслимым, а для Хойла это была «совершенно неудовлетворительная идея, ведь исходная посылка находится в области, в которой ее невозможно оспорить, обратившись к данным наблюдений». Подобное пренебрежение напоминало уничижительную оценку, которую Эддингтон дал высказанной Леметром идее первоначального атома.

К новому взгляду на Вселенную Хойла и его коллег подвигнул фильм «Глубокой ночью». Снятый в 1945-м, этот фильм ужасов имеет закольцованную структуру, так как заканчивается тем же моментом, в котором начался. Отсутствие начала и конца дает замкнутую картинку бесконечной Вселенной. Концепция заинтересовала Хойла, Бонди и Голда. Ведь, может быть, Вселенная выглядит именно так? В этом случае нет ни начального момента, ни первоначального атома.

Бонди и Голд рассматривали проблему начального момента — или, как ее позднее назвал Хойл, проблему «большого взрыва» — с почти абстрактной, эстетической точки зрения. За века в описании Вселенной произошли изменения в сторону утраты особого положения в пространстве. Фридман и Леметр, как и Эйнштейн до них, считали, что Вселенная совершенно лишена характерных черт, а также центра или предположительного места, в котором началось ее формирование. Все точки пространства совершенно равноправны. Почему бы не применить этот космологический принцип к чему-то более полному и всеобъемлющему? Почему не предположить, что равноправными являются не только все точки пространства, но и все моменты времени? Начало попросту отсутствует, есть только вечная Вселенная, все время пребывающая в стабильном состоянии.

Хойл начал рассматривать следствия подобного допущения. Во Вселенных Фридмана и Леметра по мере расширения энергия расходится в пространстве и со временем несколько ослабевает. Для действительно стабильного состояния Вселенной энергия должна каким-то образом пополняться. Поэтому Хойл решил исправить уравнения Эйнштейна во многом таким же образом, как это сделал сам Эйнштейн, пытаясь построить канувшую в Лету модель статической Вселенной. Хойл постулировал существование так называемого си-поля (creation field), отвечающего за генерацию энергии. Именно этот мистический, никем ранее не виданный источник энергии и должен поддерживать стационарную Вселенную Хойла. В этой Вселенной не работает один из незыблемых законов физики — закон сохранения энергии. По словам Хойла, ничего страшного в этом нет, потому что нужен «примерно один атом в век на объем, сравнимый с Эмпайр-стейт-билдинг». Практически ничто.

В 1948 году в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества появились две статьи, одна авторства Хойла, а вторая Бонди и Голда. Приняты они были по-разному. Один из отцов квантовой физики Вернер Гейзенберг, останавливавшийся в Кембридже как раз, когда Хойл представлял свою статью о си-поле, считал, что это наиболее интересная из идей, поданных ему во время визита. Оксфордский профессор математики Э. А. Милн недвусмысленно отклонил эту идею, заявив: «Я не верю в необходимость гипотезы о непрерывном создании материи и не считаю, что она обоснована, впрочем, как и предположение о создании целой Вселенной в определенный период». Макс Борн, который в Геттингене был руководителем Оппенгеймера, вообще не воспринял предложенные Койлом изменения, «потому что если в физике и есть закон, Устойчивый ко всем изменениям и революциям, то это закон сохранения энергии». Да и сам великий Альберт Эйнштейн не обратил особого внимания на модель Хойла, назвав ее фрагментом «фантастической гипотезы». Таким образом, простое и очевидное с точки зрения тройки астрономов решение фундаментальной проблемы космологии было отвергнуто как абсурдное и ненужное. Хойла расстроило, как он считал, неблагоразумие коллег. По его словам, он совершенно «вымотался, объясняя неповоротливым умам узловые моменты физики, математики, фактов и логики».

А затем у Хойла внезапно появилась возможность продвижения придуманной им модели, и эта возможность превосходила по влиянию любую статью или серию семинаров. Радио ВВС запланировало цикл лекций кембриджского историка Герберта Баттерфилда. В последнюю минуту Баттерфилд отказался, поэтому был приглашен имеющий некоторый опыт выступлений по радио молодой Фред Хойл, который должен был записать пять программ, посвященных Вселенной и космологии. Хойл получил возможность изложить проблемы космологии, рассказав о молодой Вселенной со старыми галактиками и о том, что модели Фридмана и Леметра породили больше вопросов, чем дали ответов. Также можно было описать достоинства своей стационарной Вселенной. Так Хойл смог в обход обычных процедур представить стране свои идеи как свершившийся факт. О его теории узнали все.

Лекции Хойла на ВВС имели большой успех, он стал известной фигурой, одной из первых важных медиаперсон. Описанная им Вселённая захватила воображение народных масс. Путем публичных выступлений поставив свою модель над куда более устоявшимися и принятыми моделями расширяющейся Вселенной Фридмана и Леметра, Хойл настроил против себя коллег, в результате его концепция стационарной Вселенной столкнулась с мощным отторжением. Добившись успеха у широкой публики, Хойл ощутил усиление противодействия в научных кругах. Как он вспоминал позднее: «В первые несколько лет 1950-х мне было крайне сложно опубликовать свою работу».

Тем не менее концепция стационарной Вселенной прижилась в качестве жизнеспособной альтернативы расширяющейся Вселенной Фридмана и Леметра, которая в свое время вытеснила модель Эйнштейна. Под критику попали великие открытия, сделанные в 1920-е в области космологии и общей теории относительности. Впрочем, через несколько лет откроется совершенное новое окно во Вселенную, которое представит все эти модели в ином свете.

«Не ошибусь, сказав, что мотивом [Мартина] Райла при разработке программы подсчета радиоисточников была чистая месть», — вспоминал о своем бывшем коллеге Хойл. Сказано зло, но доля правды в этом была. Ведь Мартин Райл обладал неуравновешенным, несдержанным характером, агрессивным и подозрительным. Даже в Кембридже Райл избегал остальных преподавателей, уходя работать к своим радиотелескопам, установленным на месте бывшей станции метро Lord's Bridge, как вспоминал один из его коллег, «в сарае, в полях». Он сделает блестящую карьеру: в 1972 году станет Королевским астрономом, а в 1974-м уже получит Нобелевскую премию, — но до этого времени будет вести себя так, как будто ему постоянно что-то угрожает, и поддерживать в группе атмосферу секретности.

Мартин Райл также принадлежал к «поколению радиоволн». Сын кембриджского профессора, в 1939 году он получил степень в Оксфорде. Подобно Бонди, Голду и Хойлу, Райл во время войны работал над радарами, предложив приемы создания помех для немецких радиолокационных систем и срыва работы систем ракетного наведения. После войны он поехал в Кембридж, где применил свои способности в новой области радиоастрономии и в какой-то степени возглавил эту область. Райл был не одинок. Когда Бернард Лавелл, в годы войны также занимавшийся радарами, переехал в Манчестер, он начал создавать в обсерватории Джодрелл Бэнк один из крупнейших управляемых радиотелескопов. В Австралии Джозеф Пози в военное время занимался разработкой радиолокационной техники для королевского австралийского военно-морского флота, а затем основал в Сиднее собственную группу радиоастрономов.

Однако первый шаг в радиоастрономии был предпринят еще раньше, когда Карл Янский, работающий инженером в лабораториях телефонной компании Белл, в начале 1930-х обнаружил, что Вселенная издает радиошум. Его попросили найти источник раздражающих атмосферных помех, порой сильно затрудняющих переговоры по радио и даже трансляцию радиопрограмм. Янский хотел всего лишь устранить помехи — тайны космоса его практически не интересовали.

Радиоволны отличаются от световых волн только в миллиарды раз большей длиной. У видимого нами света, который составляет большую часть солнечного спектра, длина волны не превышает одну миллионную метра. Радиоволны имеют гигантскую длину от миллиметра до сотен метров. Янский обнаружил, что Млечный Путь день за днем испускает огромное количество радиоволн. И несмотря на то что яркость Солнца превосходит совокупную яркость Млечного Пути, такого количества радиоволн оно не порождает. В опубликованной в 1933 году статье «Электрические помехи, вероятно, внеземного происхождения» Янский систематически проанализировал все возможные источники атмосферных помех и показал на карте, откуда приходили радиоволны. Его методы открыли новый способ наблюдения космоса. Вместо гигантских телескопов, расположенных на вершинах гор, теперь можно было обойтись проволочной сеткой и антенной. А наблюдения слабого света далеких объектов сменились приемом приходящих из космоса радиоволн.

Открытие Янского было большей частью проигнорировано. Он предложил лабораториям Белла построить новую улучшенную антенну, но получил отказ. Они не занимались астрономией. И сам Янский переключился на другие сферы деятельности. Тем не менее его работа не прошла бесследно. Уникальный радиоинженер и астроном-любитель из города Уитон, штат Иллинойс, Гроут Ребер прочитал об открытии Янского в журнале «Популярная астрономия» и принялся за строительство большой антенны на заднем дворе своего дома. Эта антенна представляла собой девятиметровую тарелку с вытягивавшейся вперед металлической конструкцией для захвата отраженных волн. Это был первый настоящий радиотелескоп, напоминающий те, которые используются в наши дни. С его помощью Ребер построил более точную карту радиоизлучения Млечного Пути и составил первую карту неба в радиодиапазоне. Свою работу он отправил в «Астрофизический журнал», редакцию которого в то время возглавлял Чандра. Чандра был весьма заинтересован результатами Ребера и поражен его упорством. Статья, снабженная составленными Ребером картами, была принята к публикации и в 1940 году появилась под названием «Космические атмосферные помехи».

Эти крайне интересные карты помогли точно установить Источники странных волн. Однако измерения Ребера показали кое-что еще: несколько изолированных точек испускали большое количество радиоволн. Ребер смог ассоциировать каждую из таких точек с созвездием — Лебедя, Кассиопеи и Тельца, — но они не соответствовали объектам, испускающим видимый свет. Ребер обнаружил новый тип астрономических объектов, которые стали называть радиоисточниками, или радиозвездами.

Статья «Космические атмосферные помехи» открыла новое окно во Вселенную. Перед молодым поколением предстала совершенно неизведанная территория, и Мартин Райл был готов приступить к ее освоению. Вместе с группами Ловелла и Пози с конца 1940-х его кембриджская группа занялась составлением космических карт. Используя методы, изученные им во время работы с радиолокационными установками, Райл разработал радиотелескопы нового поколения, превратив Кембридж в один из основных центров радиоастрономии. Однако эта деятельность привела к столкновению с Хойлом и его коллегами.

Мартин Райл был больше радиолюбителем-дилетантом и инженером-электриком, чем космологом, поэтому его вступление в борьбу с «теоретиками», как он пренебрежительно называл Хойла и его коллег, стало неожиданностью. Первым делом была предпринята попытка найти более яркие источники, например такие, как наблюдал Ребер, и зафиксировать их местоположение. Но, к сожалению, Райл принял неверное решение. Ему казалось очевидным, что все эти объекты являются частью Млечного Пути. В четко аргументированной статье 1950 года он обосновал присутствие большой части радиоисточников в пределах нашей галактики. Наблюдались некоторые странные отклонения, но в целом тенденция сохранялась. Утверждения Райла имели смысл и были вполне разумными.

Свои результаты Райл представил на собрании Королевского астрономического общества в 1951 году. В аудиторий присутствовали и его кембриджские коллеги Голд и Хойл, которые в своем выступлении небрежно предположили, что радиоисточники могут на самом деле оказаться межгалактическими. Тщательно продумавший свою аргументацию Райл в раздражении ответил Голду и Хойлу фразой: «Я думаю, что теоретики неверно поняли экспериментальные данные».

Это было столкновение высоколобых астрономов-теоретиков, разбирающихся в математике и физике, с элегантными, ко странными теориями, объясняющими Вселенную в целом, с умельцами-радиооператорами, создающими оборудование и играющими с электроникой. Райл не выдержал явной снисходительности коллег. С его точки зрения, эти люди, работающие исключительно с карандашом и бумагой, были не в состоянии понять его данные так, как понял он. Но, к несчастью для Райла, в конечном итоге правда оказалась на стороне Голда и Хойла, так как все больше и больше источников связывали с объектами, не входящими в Млечный Путь. Они действительно оказались внегалактическими, и Райлу пришлось признать, что теоретики верно интерпретировали его данные.

Но спокойно признать свое поражение Райл не смог. Раз эти источники радиоизлучения находились за пределами нашей галактики, они могли дать информацию о Вселенной. Поэтому он принялся копить результаты наблюдений и применять полученные данные для опровержения детища Хойла и Голда, теории стационарной Вселенной. Для этого он посчитал количество радиоисточников как функцию от их яркости и попытался связать полученное число с базовыми свойствами Вселенной. Более удаленные источники должны выглядеть более тусклыми, поэтому яркость источника можно рассматривать как показатель расстояния до него. Вселенная имеет большой размер, а значит, места там много, и тусклых далеких источников должно быть больше ярких, Которые расположены близко к нам. Получается, что соотношение тусклых и ярких источников позволяет определить тип Вселенной, в которой мы живем. Свету удаленных источников требуется время, чтобы добраться до нас, поэтому мы видим Вселенную такой, какой она была некоторое время назад. В стационарной Вселенной Хойла, Голда и Бонди плотность источников со временем не меняется и их общее количество в некотором объеме должно быть прямо пропорционально этому объему. Плотность расширяющейся Вселенной, подобной предложенной Фридманом и Леметром, в прошлом была выше, поэтому в настоящее время число удаленных тусклых источников должно превосходить число ярких. Подсчитав их соотношение, мы сможем определить, какая же модель корректно описывает Вселенную: модель Большого взрыва или стационарная модель.

Райл составил список из почти двух тысяч источников, так называемый каталог 2С (второй Кембриджский каталог радиоисточников). Его основой послужил список из всего пятидесяти источников (известный как каталог 1С) и, к удовлетворению Райла, казалось, что соотношение количества тусклых и ярких источников не согласуется с теорией стационарной Вселенной. Райл воспринял это как убийственный удар по теории Хойла и немедленно принялся продвигать свои результаты. В мае 1955 года во время лекции в Оксфорде он смело выступил против своих соперников: «Если принять вывод о нахождении большинства радиоисточников вне нашей галактики — а избежать этого вывода сложно, — мы не сможем объяснить результаты наблюдений в рамках теории стационарного состояния». Казалось, что Райл не оставил камня на камне от модели Хойла и Голда.

После лекции Райла в Оксфорде Хойл с коллегами заняли оборонительную позицию. Хойл воспринял полученные данные всерьез, в то время как Голд с подозрением отнесся к результатам и советовал «не верить им, так как они могут содержать множество ошибок». Голд оказался прав. На этот раз усилия Райла были сведены на нет его же соратниками, умельцами, превращающими радиоастрономию в настоящую науку. Два молодых австралийских радиоастронома из Сиднея Бернард Миллс и Брюс Сли заново рассмотрели данные каталога 2С и получили совершенно другие результаты. Они не пытались составить каталог из тысяч источников, конкурирующий с каталогом Райла. Вместо этого были выбраны и детально измерены примерно три сотни источников. Новый небольшой каталог до определенной степени пересекался с каталогом Райла и позволял проверить результаты его измерений.

После публикации Миллса и Сли доверие к каталогу Райла было подорвано. В статье они написали, что их «каталог был тщательно сопоставлен с последним Кембриджским каталогом … оказалось, что они практически полностью противоречат друг другу». Миллс и Сли пошли еще дальше, предположив, что «на Кембриджский каталог повлияло низкое разрешение использовавшегося при его составлении радиоинтерферометра». Результаты Райла были попросту недостаточно хорошими — Миллс и Сли работали с более точным телескопом, и их результаты уже не исключали стационарную Вселенную из числа возможных моделей. К дискуссии присоединился Джодрелл Бэнк — радиоастроном из конкурирующей группы, работающей в английской обсерватории. Он заявил: «Радиоастрономам нужно долго развиваться, прежде чем они смогут предложить космологии нечто ценное». Казалось, что радиоастрономы не в состоянии достичь согласия по поводу получаемых данных, не говоря уж о том, чтобы использовать их для проверки космологических моделей, поэтому за лучшее было признано пока просто игнорировать результаты наблюдений. Хойл с коллегами мог свободно работать дальше.

В Кембридже Райл замкнулся в работе над очередным вариантом каталога радиоисточников. Следующие три года после случая со спорными результатами он и его группа провели за составлением нового каталога, который получил незамысловатое название 3С. Новые данные были призваны поставить крест на чепухе, которую распространяла группа Хойла. По крайней мере, так считал Райл. В 1958 году, когда каталог ЗС был, наконец, явлен миру, Мартин Райл почувствовал, что у него появился козырь: набор радиоисточников, с которым все были согласны. Хотя набор до сих пор был недостаточно хорошим. Бонди был настроен скептически и утверждал, что у Райла есть склонность представлять полученные результаты в лучшем свете, чем есть на самом деле. Райл часто заявлял, что добился исключения модели стационарного состояния, в то время как на самом деле им всего лишь достигался предел информации, которую можно было извлечь из полученных эмпирических данных. Как только кто-то брал на себя труд повторно провести измерения и обнаруживал, что ошибки больше, чем изначально утверждалось, модель стационарного состояния возвращалась в игру. И в самом деле, как публично заявил Бонди: «За последние десять лет это случалось не единожды».

В феврале 1961 года на собрании Королевского астрономического общества Райл представил анализ данных, вошедших в каталог 4С. Он утверждал, что результаты несовместимы со стационарной моделью — количество ярких источников сильно проигрывало количеству тусклых. Он сказал, что наблюдения «убедительно свидетельствуют против теории стационарного состояния». На доклад Райла обратили внимание газеты, и там появились заголовки, утверждающие, что «Библия права» насчет момента творения. Когда группы в Австралии и Соединенных Штатах воспроизвели результаты Райла, показалось, что он, наконец, разобрался с соперниками.

Хойл и его коллеги были обеспокоены, но не убеждены. Вскоре после представления анализа Райла Бонди рассказывал газете New York Times: «Я, разумеется, не считаю это смертью теории непрерывного творения», — добавляя: «Профессор Райлуже делал подобные заявления в 1955 году, но наблюдения, послужившие основой для его выводов, впоследствии оказались некорректными». Несмотря на уточняемые год от года данные, упорное стремление Райла разгромить теорию стационарного состояния было несколько иррациональным. И с точки зрения Хойла, Бонди и Голдд, радио не поставило крест на их детище. По крайней мере, пока не поставило.

Происходившая в Кембридже битва Хойла и Райла может показаться ненужным отклонением от неумолимого прогресса общей теории относительности и космологии. За пределами Великобритании модель Хойла практически никого не интересовала. Для многих эти дебаты, движимые личными интересами и местью, выглядели странно, практически ненаучно. Посетители Кембриджа замечали ядовитые отношения между группами Райла и Хойла.

Однако их соперничество привело к значительному научному прогрессу. Фреда Хойла продолжат превозносить как одного из величайших астрофизиков второй половины XX века. С американцами Вильямом Фаулером, а также с Джеффри и Маргарет Бербидж он разработал блестящую теорию образования элементов в центрах звезд. Вероятно, его дух бунтаря и настойчивая поддержка модели стационарной Вселенной стали причинами, по которым он не попал в списки нобелевских лауреатов по физике 1983 года. В 1973-м он уехал из Кембриджа, поселился в Лейк-Дистрикт и начал писать научно-фантастические романы.

Герман Бонди в итоге основал в лондонском Королевском Колледже потрясающую группу, занимающуюся общей теорией относительности, а Томас Голд построил самый большой радиотелескоп в мире в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Группа Мартина Райла заслужила репутацию одержимых секретностью параноиков, но именно они стоят за некоторыми великими открытиями в области радиоастрономии, сделанными в последующие два десятилетия. В 1974 году Райл получил Нобелевскую премию. Подъем радиоастрономии и непонятная природа радиоисточников сыграли важную роль в развитии общей теории относительности, которое готово было войти в новую фазу.

Глава 7.

Афоризмы Уиллера

Джон Арчибальд Уиллер пришел к концепции относительности через ядерную физику и квантовую теорию. Весной 1952 года он задал себе вопрос, что же происходит со звездами, состоящими из нейтронов — строительных кирпичиков ядерной физики, которой Уиллер занимался всю свою жизнь, — в конце их жизненного цикла. Его ставила в тупик гипотеза Роберта Оппенгеймера, гласившая, что конечным этапом гравитационного сжатия такой звезды могла бы быть сингулярность — некая точка бесконечной плотности и кривизны, расположенная в центре звезды. Однако Уиллеру такие сингулярности казались неубедительными. С точки зрения истинной физики их не должно было быть, и требовалось как-то обойтись без них. Чтобы лучше разобраться в этой сомнительной гипотезе, Уиллер начал изучать общую теорию относительности. Он решил, что лучше всего это делать, читая студентам в Принстоне лекции как раз по теории относительности. И вот в 1952 году в вотчине Эйнштейна, Гёделя и Оппенгеймера, на физическом факультете Принстонского университета Джон Арчибальд Уиллер прочел первый курс общей теории относительности. Раньше данная дисциплина считалась абстрактной, больше подходящей для математического факультета. Это был судьбоносный момент, о котором годы спустя Уиллер вспоминал как о «первом шаге на территорию, захватившую мое воображение и на всю жизнь задавшую направление моих Дальнейших исследований».

Уиллер, по меткому выражению одного из его студентов, был «радикальным консерватором». Он действительно имел крайне консервативный вид: всегда безупречно одетый, в темном костюме с галстуком, с идеально ухоженными волосами, в сияющих ботинках — совершенный образ традиционного и даже в какой-то мере светского джентльмена. Преданный студентам и коллегам, он был учтивым и вежливым и имел старомодные представления о приличиях. Тем не менее он мог изрекать самые диковинные вещи, часто бросая непонятные фразы о загадках космоса, больше напоминая религиозного пророка «нового века» или просвещенного хиппи.

Как ученый Уиллер представлял собой одновременно мечтателя и человека дела. В диапазон его интересов попадали самые разные вещи, от эзотерических до вполне практических. Взрывчатые вещества и механические устройства очаровывали его в той же степени, как и магические новые правила атомно-молекулярного учения. В университете в процессе изучения инженерного дела ему открылось великолепие математики. Один из преподавателей математики научил его решать задачи; как вспоминал Уиллер, «показывая нам новые математические трюки, он любил говорить, что ирландец устраняет преграды, обходя их». Этот совет повлиял на подход Уиллера к проблемам. Он бесстрашно брался за любые задачи, изучая все, что ему было нужно, когда в этом возникала необходимость. В 1932 году в возрасте всего двадцати одного года он получил докторскую степень по квантовой физике.

Джон Уиллер достиг зрелости в квантовой физике в момент, когда свои плоды стали приносить великие открытия Шрёдингера и Гейзенберга. Будучи молодым преподавателем из Принстона, он с датским физиком Нильсом Бором работал над квантовыми свойствами ядра и взаимодействием ядер. Статья Уиллера и Бора, посвященная делению ядер, была опубликована в один день со статьей Оппенгеймера и Снайдера, рассказывающей про гравитационное сжатие, и сыграла важную роль в подготовке к Манхэттенскому проекту.

Консерватизм Уиллера выражался в его страстной вере в американский образ жизни, американское общество и его защиту. Сразу после Перл-Харбора он присоединился к проекту атомной бомбы, работая над необходимыми для создания плутония гигантскими реакторами. На войне в 1944 году погиб его брат, и всю свою жизнь Уиллер считал, что сделал недостаточно, чтобы ускорить создание атомной бомбы. Как позднее он говорил коллегам, если бы бомба была разработана раньше, ее можно было бы применить в Германии. Человеческие потери были бы колоссальными, но, с точки зрения Уиллера, несравнимыми с ужасами последнего года войны. Его патриотизм порой становился причиной конфликтов с коллегами. В начале 1950-х его пригласили поработать с Эдвардом Теллером в рамках проекта Маттерхорн, который был попыткой Соединенных Штатов разработать водородную бомбу, термоядерное оружие, функционирующее на основе ядерного синтеза. Уиллер согласился, хотя многие его коллеги, в том числе Роберт Оппенгеймер, выступали против этого проекта. Уиллер был одним из немногих физиков, не поддержавших Оппенгеймера в период, когда тому были предъявлены обвинения в подрыве национальной безопасности.

Несмотря на консервативные взгляды в области политики, в науке он оставался индивидуалистом и даже радикалом, придерживаясь странных идей, идущих вразрез с общепринятыми в то время взглядами на физические законы. Среди принстонских учеников Уиллера был Ричард Фейнман, одаренный юноша из Нью-Йорка, ставший олицетворением послевоенной квантовой физики. Под руководством Уиллера Фейнман совершенно революционно объяснит и вычислит взаимодействие частиц и сил в пространстве-времени. Именно Уиллер научит Фейнмана думать по-другому, быть смелым.

Уиллер прекрасно подходил для продолжения работы над общей теорией относительности. Он был одновременно практиком и мечтателем. Как консерватор, он уважал физику и астрофизику, которые были основой теории, но стремился попробовать новые, пока неизведанные подходы. И прежде всего он был вдохновляющим наставником, воспитывающим и поддерживающим новое поколение физиков, способных вдохнуть жизнь в общую теорию относительности.

Изучив общую теорию относительности, Уиллер принял ее. Она была слишком элегантна, а немногочисленные экспериментальные факты — слишком убедительны, чтобы теория казалась некорректной. Но это вовсе не означает, что Уиллер был против испытания теории на прочность. Он верил, что «доводя теорию до границ применимости, мы получаем возможность увидеть недостатки, скрытые в ее структуре». Поэтому он решил проверить, насколько непонятной может быть общая теория относительности. В процессе работы он часто присваивал своим выдающимся идеям содержательные и остроумные названия, ставшие известными как афоризмы Уиллера.

Одной из идей, разработанной вместе с его талантливым учеником Чарльзом Мизнером, было включение в общую теорию относительности электрических зарядов фактически без таковых. Эту концепцию он описал афоризмом «заряд без заряда». В мысленном эксперименте использовался целый набор математических приемов для создания в двух местах пространства-времени отверстий, соединявшихся так называемой кротовой норой. Через такие норы можно было пустить линии электрического поля. Линии, выходящие из одного конца норы, заставляли ее вести себя как положительно заряженный объект, привлекающий к себе отрицательные заряды. Линии поля, входящие в другой конец, создавали там эффект отрицательного заряда. В итоге кротовая нора имитировала расположенные далеко друг от друга положительный и отрицательный заряды, при этом в реальности заряженные частицы отсутствовали. Это была гениальная легко визуализируемая идея, хотя ее практическое применение было бы крайне сложным.

Другим афоризмом Уиллера стала «масса без массы». Теория Эйнштейна объясняет взаимодействие массивных объектов, но Уиллер хотел получить аналогичные результаты, не вводя туда понятие массы. В теории Эйнштейна под действием массы свет меняет свою траекторию, поэтому Уиллер предположил, что сжатие пучка лучей, вызывающее достаточную деформацию пространства и времени, могло бы послужить аналогом массы. Этот пучок световых лучей, или геон, как назвал его Уиллер, мог бы обладать весом и притягивать другие геоны. Световые лучи сворачивались в кольцо в форме пончика и могли бы легко рассыпаться, но обладали эффектом массы без реальной массы. С еще одним своим студентом, Кипом Торном, Уиллер попытался определить, могут ли подобные объекты существовать в природе в стабильном состоянии.

Затем, разумеется, присутствовала проблема объединения общей теории относительности с квантовой теорией. Задача была достаточно радикальной, чтобы у Уиллера не возникло соблазна ею заняться. И снова он проявил фантазию. Он предположил, что при наблюдении за пространством-временем в малом масштабе будут возникать необычные эффекты. В то время как в крупном масштабе пространство-время выглядит гладким, слегка искривляясь при наличии массивных объектов (к ним в числе прочих относятся геоны Уиллера и кротовые норы), в деталях проявляются шероховатости, о которых мы и не подозревали. Мощный микроскоп обнаружит, что пространство-время представляет собой турбулентный хаос, в котором все свалено в кучу. Собственно, квантовый принцип неопределенности приведет к тому, что вблизи пространство-время должно напоминать бурлящую пену. Только слабость нашего зрения не дает нам увидеть шероховатости, заложенные в природу окружающего мира.

Однако несмотря на способность Уиллера к восприятию неизведанного и предлагаемые им смелые сценарии, ему не давали покоя скрывавшиеся в работах Шварцшильда, Оппенгеймера и Снайдера сингулярности, которые зажгли в нем интерес к общей теории относительности. Согласно Уиллеру, сингулярности должны быть не чем иным, как странным математическим артефактом, которому нет места в реальности. Как он позже вспоминал: «Многие годы концепция коллапса, который мы сейчас называем черной дырой, вызывала у меня неприятие. Она мне просто не нравилась».

Чтобы решить проблему, он загорелся идеей изобрести новые физические процессы, которые вступали бы в игру при огромном увеличении плотности материи в ядре звезды во время коллапса. Это была совершенно новая для него область, хотя Уиллер и являлся одним из мировых экспертов в ядерной физике. Поведение нейтронов в центре гравитационного коллапса описывала совсем другая физика. Нужно было понять, что произойдет, если упаковка нейтронов будет более плотной, чем в нейтронных звездах Ландау или Оппенгеймера или в любой из бомб, с которыми ему пришлось иметь дело во время работы для американской армии. Открывалось целое поле для догадок и применения воображения, в чем Уиллер весьма преуспел. Однако несмотря на весь его творческий потенциал, так же как и Ландау с Оппенгеймером, Уиллер со своей группой натолкнулся на факт существования некой максимальной массы, из-за чего даже их подробные гипотетические предположения о конечном состоянии материи оказались не силах конкурировать с гравитацией. Что бы они ни делали, избежать формирования сингулярности в конце гравитационного сжатия не удавалось. Но Уиллер не был бы Уиллером, если бы просто переварил эту неудачу и сдался.

Все больше и больше увлекаясь общей теорией относительности и пытаясь найти пути избавления от сингулярностей, он агитировал студентов и научных сотрудников присоединиться к его исследованиям. Многих соблазняла мощь этой теории и возможности ее применения. Год за годом группа Уиллера предлагала новые идеи, порой совершенно диковинные, порой вполне разумные, но все, без сомнения, увлекательные. Влияние Уиллера на общую теорию относительности распространилось за пределы Принстона. Одним из самых больших его вкладов стала поддержка Брайса Девитта из университета Северной Каролины в Чапел-Хилл.

Брайс Девитт производил внушительное впечатление. У него была строгая наружность ветхозаветного пророка, и когда он входил в аудиторию, выпрямлялись все спины. Он не допускал небрежности — все следовало делать корректно, поэтому идеи, дошедшие до публикации, были, что называется, вытесаны в камне.

Еще Девитт был путешественником, «путешественником в пространстве», как он себя называл. Во время Второй мировой войны, еще юношей, он служил летчиком, а после завершения образования в Гарварде перемещался по планете, работая в Принстоне и Цюрихе, а также в институте Тата в Бомбее. Последний один из его коллег позднее описывал как «временное место пребывания, не имеющее смысла с профессиональной точки зрения, но… подходящее его душе бродяги».

Вместе со своей женой Сесиль Девитт-Моретт, французским математиком, с которой он познакомиться в Принстоне, Девитт обосновался в Калифорнии и приступил к работе в Ливерморской национальной лаборатории; эта работа заключалась в компьютерном моделировании ядерных артиллерийских снарядов. Когда семье потребовались деньги на покупку дома, Девитт решил принять участие в конкурсе эссе с призом в $ 1000. Это эссе изменило всё, причем не только для Девитта, но и для общей теории относительности.

Конкурс, проводимый фондом гравитационных исследований, был детищем Роджера Бэбсона, бизнесмена, страстно увлекавшегося гравитацией. Он сделал состояние игрой на бирже, применяя к этому процессу собственные версии законов Ньютона: «То, что идет вверх, упадет вниз… Фондовый рынок падает под действием собственного веса». Не было тайной, что Бэбсоном владела навязчивая идея. Его старшая сестра утонула, когда он был еще ребенком, и он обвинил в этом силу тяжести. В его версии событий «она не смогла бороться против силы тяжести, которая пришла и схватила ее подобно дракону». Всю свою жизнь Бэбсон так или иначе вкладывал деньги в вещи, относящиеся к гравитации: например, коллекционируя предметы, связанные с Ньютоном, продвигая странные идеи и, что самое важное, учредив Фонд гравитационных исследований.

Изначально Бэбсон создавал фонд для спонсирования ежегодного конкурса эссе. Претендентам предлагалось присылать материал объемом не более двух тысяч слов на тему обуздания гравитации и достижения конечной цели Бэбсона: победы над ней. Фонд должен был привести к разработке антигравитационных устройств: хитроумных приспособлений, которые могли бы изолировать, поглощать и даже отражать гравитацию. Атом уже начал служить человеку, и Бэбсон думал, что пришло время взять под контроль и силу тяжести. Учрежденный им конкурс был призван выявить лучших в послевоенной физике.

Первый отклик на призыв Бэбсона получился более чем скромным. С 1949 по 1953 год на конкурс присылались немногочисленные посредственные предложения. Темы эссе были удивительно разнообразны, среди конкурсантов попадались как научные работники, так и выпускники вузов и обычные любители поломать голову в попытке найти нечто, подходящее под требования Бэбсона. Вместо того чтобы вдохновлять ученых, тема своей необычностью привлекала со всех сторон массу чудаков.

Конечно, поставленная Бэбсоном задача была несолидной — никто из физиков в здравом уме не верил в возможность создания антигравитационной машины, — но она перекликалась с растущим интересом к потенциалу силы тяжести. Экономика США после Второй мировой войны испытывала подъем, и оптимизм проник и в повседневную жизнь. Наступало начало новой эры, рождение нового технологичного века. Инвестирующие в науку организации и бизнесмены после открытия атомной энергии делали значительные ставки на гравитацию. В цели, которая, по сути, пришла прямо из научно-фантастических романов, было нечто воистину привлекательное и революционное. По крайней мере, это напоминало попытку открыть описанный Гербертом Уэллсом в 1901 году в романе «Первые люди на Луне» магический материал «кейворит», который мог экранировать гравитацию и дал возможность полететь на Луну.

В середине 1950-х в крупных газетах то и дело попадались ссылки на новый вид космических путешествий но кораблях, Победивших гравитацию. Статьи с заголовками «Перехитрив гравитацию, мы увидим чудесный космический корабль», «Новые самолеты, победившие гравитацию», «Самолеты будущего победят гравитацию и обеспечат транспортные перевозки в космосе» радостно встречали будущее с «гравитационными двигательными системами». Популярная пресса рассказывала о самолетах и космических кораблях, движущей силой которых вместо реактивных двигателей станет гравитация. Статья в нью-йоркской газете с заголовком «Покорение гравитации — цель ведущих американских ученых» описала взгляд на силу тяжести ведущих авиастроительных компаний Convair, Bell Aircraft и Lear; в статье утверждалось, что силу тяжести «в конце концов можно взять под контроль, как световые волны и радиоволны».

Фирма Glenn L. Martin (позднее известная как Lockheed Martin) основала Институт перспективных исследований. Он был предназначен для разработки новых идей в теоретической физике с особым акцентом на преодоление гравитации и создание гравитационных двигателей. Туда принимались физики и релятивисты, которым всячески содействовали в достижении их футуристических целей. Военно-воздушные силы США сделали более трезвую и менее сомнительную инвестицию в лабораторию исследования аэронавигационных средств, находящуюся на военно-воздушной базе Райт-Петтерсон в город Дэйтон, штат Огайо. В этой лаборатории также работала группа добросовестных релятивистов, но они занимались фундаментальными исследованиями в области гравитации и единой теории. В сферу их компетенции антигравитация не входила, и на некоторое время эта лаборатория превратилась в обычный центр исследований теории относительности, конкурирующий с другими группами, рассеянными по всему миру. Военно-воздушные силы снабжали деньгами и другие группы, занимающиеся общей теорией относительности. Идеи антигравитации мало кто из ученых воспринимал всерьез.

Исследователи избегали делать какие-либо прогнозы, но с удовольствием принимали деньги, выделяемые на необычные идеи об основах нашей реальности.

В разгар этой эйфории Брайс Девитт выбрал странный способ борьбы за призовое место в учрежденном Бэбсоном конкурсе — он напал на спонсоров. В эссе, которое он отправил в Фонд гравитационных исследований в 1953 году, Девитт беспардонно развенчивал амбициозную цель Бэбсона изобрести «чрезвычайно практичные вещи, такие как отражатели или изоляторы гравитации либо магические сплавы, превращающие гравитацию в тепло». Он сослался на теорию пространства-времени Эйнштейна, объясняя, почему «любая лобовая атака на проблему использования силы тяжести указанными способами является пустой тратой времени… Все предлагаемые схемы применения силы тяжести можно смело признать нереализуемыми». Девитт обрушился на чудаков с резкой критикой и победил.

Без сомнения, его эссе радикально отличалось от работ других конкурсантов. Это была настоящая наука, стоящая в стороне от спекуляций и перечисляющая реальные проблемы, с которыми предстояло столкнуться при исследованиях гравитации. Задача было сложной, к тому же, по словам Девитта, «в последние три десятилетия гравитации уделялось относительно мало внимания». Это было «особенно сложно», требовало «трудной для понимания математики» и «фундаментальных уравнений, решить которые практически невозможно». Более того, «даже лучшие умы плохо понимают явление гравитации».

Совершенно не оскорбленный Роджер Бэбсон заинтересовался первым реальным претендентом на победу. Перед ним был настоящий серьезный ученый, который мог бы поднять авторитет конкурса. И действительно, эссе Девитта благотворно повлияло на легитимность мероприятия, и в последующие годы уровень претендентов резко возрос. В следующие десятилетия призерами Фонда гравитационных исследований становились физики, играющие важную роль в возрождении общей теории относительности. Больше того, эссе начали писать практически только о гравитации, а тема антигравитации была забыта. Позднее Девитт скажет, что победа его эссе оказалась «самой быстрой тысячей, которую я когда-либо зарабатывал». Однако участие в конкурсе принесло ему куда большую выгоду, чем он мог себе представить.

У Роджера Бэбсона был друг, Эгнью Бансон, также неравнодушный к проблемам гравитации. Свое состояние он сделал на продаже промышленных кондиционеров. Как и Бэбсон, он хотел финансировать исследования гравитации, но не знал, как это осуществить. Бэбсон показал ему эссе Девитта. Вот человек, который поможет основать серьезный, настоящий, респектабельный институт, в его стенах мыслители смогут заниматься интересными им вещами. Как коротко писал Бансон в одной из вступительных брошюр для только что созданного Института физики поля (Institute of Field Physics, IOFP): «В сознании общественности тема гравитации часто связывается с фантастическими возможностями. Однако с точки зрения института никаких конкретных, практических результатов исследований в настоящее время не предвидится». Никто не собирался работать ни над антигравитационными устройствами, ни над гравитационными двигателями. Свои фантазии на тему гравитации Бансон мог удовлетворять написанием научно-фантастических романов, оставив реальные исследования силы тяжести ученым.

За советом, что делать с институтом, Бансон обратился к Джону Уиллеру. Уиллер заработал потрясающую репутацию в Вашингтоне благодаря своим работам над ядерным оружием, а также как ведущий физик, готовый поддержать правительство по всем связанным с обороной вопросам. Он издалека следил за карьерой Девитта и без лишнего шума поддержал идею пригласить Брайса и Сесиль на работу в новый институт, расположенный в городе Чапел-Хилл, штат Северная Каролина.

Хотя институт возник как инструмент удовлетворения тщеславия, поддержка Уиллера и чета Девиттов в качестве первых сотрудников заставили ученых всей страны воспринять его всерьез. Многие влиятельные лица прислали письма поддержки, приветствуя появление места, где можно было бы заниматься чистыми исследованиями, не завися от индустрии, армии и нового атомного века. Основным предметом исследований нового института должна была стать гравитация.

Открыть новый институт должна была конференция Девиттов в январе 1957-го под названием «Роль гравитации в физике». Одновременно это мероприятие открывало новую эпоху. В нем принимала участие группа более молодых и менее известных ученых, также приехал ряд новых лидеров, работающих над общей теорией относительности. Все они на несколько дней собрались в Чапел-Хилл, чтобы детально разобраться в теории Эйнштейна. Финансировали мероприятие Эгнью Бансон и военно-воздушные силы. Последние даже помогли доставить некоторых участников в только что основанный Институт физики поля.

В Чапел-Хилл съехались не только релятивисты. Принять участие решил и бывший студент Джона Уиллера Ричард Фейн-ман, который полностью перекроил квантовую физику и предложил новую теорию квантовых превращений. Как человека из квантового мира, его интересовало происходящее в области общей теории относительности. Позднее Фейнман вспоминал, как он прибыл в аэропорт Чапел-Хилл, не представляя, куда ему ехать дальше. В такси он понял, что водитель ничего не знает о встрече, — да и откуда ему было знать? Фейнман повернулся к водителю и сказал: «Конференция начала работать вчера, значит, позавчера на нее отсюда уезжало немало людей. Сейчас я тебе их опишу: вид у них был довольно важный, а по дороге они разговаривали друг с другом, не обращая внимания на то, куда их везут, и произнося что-то вроде «джи-мю-ню, джи-мю-ню». Джи-мю-ню (пишется g) — это математический символ для метрики, в которой закодирована геометрия пространства-времени. Водитель сразу понял, куда нужно ехать.

Всем собравшимся было ясно, что следует предпринять какие-то действия для извлечения общей теории относительности из болота, в котором она находилась последние три десятилетия. Ричард Фейнман сразу понял, почему этой теории не уделялось должного внимания: «Существует… один серьезный недостаток. И это недостаток экспериментальных данных. Более того, мы не собираемся ставить эксперименты, поэтому нужно понять, что делать в ситуации, когда экспериментальные данные недоступны». Без экспериментов прогресс невозможен, но Фейнман настоял на необходимости продолжения исследований. Общая теория относительности сложна, но не настолько сложна, и, как он выразился: «Лучше всего представить, что эксперименты проводятся, и заняться вычислениями. В этой области нас двигают вперед не эксперименты, а наше воображение».

Поскольку в Чапел-Хилл собралось новое поколение релятивистов, почти выпускников или недавних выпускников, с новыми идеями и готовых к бою, Фейнман выразил общие чувства. Диковинные идеи конкурировали с трезвыми высказываниями старых ученых мужей. Ежедневные заседания были насыщены дискуссиями и аргументами. Когда Томас Голд представил обновленную теорию стационарной Вселенной, девитт сразу же свел все к обсуждению ключевого допущения — введенного Хойлом си-поля. Этот сомнительный механизм нарушал закон сохранения энергии. Когда кто-то заговорил о необходимости теории, объединяющей гравитацию и электромагнетизм в соответствии с десятилетиями разрабатываемым Эйнштейном планом, Фейнман был неумолим. Почему с гравитацией нужно объединить именно электромагнетизм? Как быть с остальными силами? Наиболее животрепещущей и обсуждаемой стала одержимость Девитта и Уиллера идеей объединения общей теории относительности с квантовой механикой. Может ли на пространстве-времени появиться рябь от гравитационных волн, как на поверхности озера, совсем как у электромагнитных волн в теории Максвелла? Участники живейшим образом обсуждали все эти вопросы во время семинаров.

Джон Уиллер появился с грандиозным планом коренным образом изменить физику через теорию относительности и с выводком фонтанирующих новыми идеями студентов и докторантов. Они продвинули теорию относительности еще дальше, до точки, в которой она стала походить на клоунаду. В программе появились «электромагнетизм без электромагнетизма» и «заряд без заряда», а также «спин без спина» и «элементарные частицы без элементарных частиц». На протяжении всей конференции в центре внимания оказался клан Уиллера, бросающий в толпу идеи, которые следовало тщательно рассмотреть или отбросить прочь. Джон Уиллер был в своей стихии.

В основном релятивисты в Чапел-Хилл задавали себе вопрос, дает ли теория Эйнштейна возможность делать реалистичные прогнозы. Без этого она не сможет достичь высокого статуса. Так, например, теория электромагнитных взаимодействий успешно предсказывает практически любые явления, связанные со светом, электричеством и магнетизмом. При этом Шварцшильд, Фридман и Леметр давали прогнозы только в рамках сильно упрощенных идеализированных систем. Как выйти за пределы таких упрощений, было неясно. Поэтому участники конференций в Чапел-Хилл спрашивали себя, можно ли решить уравнения Эйнштейна в общем виде и достоверно узнать, как именно развивается пространство-время? Казалось, что до ужаса запутанный характер общей теории относительности делает невозможным даже выбор начальных условий, не говоря уже о расчете путей эволюции. Попытка решить уравнения на компьютере оказалась еще более сложной.

Эта встреча, поражающая творческим потенциалом и вдохновляемая изобретательностью Уиллера и воображением Фейнмана, стала увлекательным событием для новых приверженцев теории относительности. Но теория пространства-времени вперед не продвинулась. В отрыве от реального мира были бесполезными вся математическая гениальность, предложения унификации, дискуссии о гравитационных волнах, кротовые норы, геоны и пена пространства-времени Уиллера.

С момента первой проверки теории Эйнштейна — измерений, проведенных Эддингтоном во время затмения, — прошло почти сорок лет. Почти тридцать лет отделяли присутствующих от подтвердивших расширение Вселенной измерений Хаббла. К моменту собрания в Чапел-Хилл новых экспериментальных данных давно не появлялось. Не было ничего, что могло бы в дальнейшем подтвердить или, наоборот, низвергнуть теорию Эйнштейна. Коллега Уиллера по Принстону Роберт Дикке в своем выступлении «Экспериментальные основы теории Эйнштейна» описал ситуацию так: «Теория относительности выглядит чисто математическим формализмом, практически не имеющим отношения к наблюдаемым в лабораториях явлениям». Однако оказалось, что искать ответы нужно было не в лабораториях, а среди звезд.

В 1963 году голландский астроном Мартин Шмидт работал с телескопом, названным в честь Джорджа Эллери Хейла, патрона Паломарской обсерватории. Он думал об одном из источников, указанных в составленном радиоастрономами Мартином Райлом и Бернардом Лавеллом каталоге 3С. Пока Уиллер со своей командой пытался вдохнуть новую жизнь в общую теорию относительности, радиоастрономы решили внимательнее осмотреть находящиеся в их распоряжении радиоисточники. Как у любых звездочетов, у них была цель выяснить, что эти объекты представляют собой на самом деле. А для этого требовалось найти как можно больше таких объектов и более тщательно их исследовать, чтобы понять, что именно является источником радиоволн.

За более чем десять лет, призвав на помощь ту самую изобретательность, которая помогала им при разработке радаров, Райл и Лавелл на несколько порядков повысили точность своих измерений, указав положение радиоисточников на небе настолько корректно, что астрономы получили возможность нацелить туда свои телескопы и заняться исследованием их природы. Каталог радиоисточников Райла, или каталог 3С, включал в себя данные о точном положении сотен источников.

Группа Лавелла обратила внимание на альфу Лебедя, один из радиоисточников, который Гроут Ребер идентифицировал как испускающий галактический радиошум. В каталоге Райла 3С он значился под номером 405. Оказалось, что каждый из двух конгломератов радиоволн, из которых состоит этот странный объект, имеет практически прямоугольную форму. Гигантские структуры, размер которых в поперечнике составлял сотни световых лет, казалось, управлялись чем-то расположенным между ними. А когда астрономы направили телескопы на другой источник, числящийся в каталоге под номером 48, т вместо замысловатой структуры, обнаруженной у альфы Лебедя, перед ними появилось простое яркое пятно, в котором доминировал цвет синей части спектра. Объект своей простотой и невыразительностью напоминал звезду. Но при попытке измерить его спектр и определить, из чего же ЗС48 состоит, считанный лес спектральных линий не совпал ни с одной из известных звезд. Более того, оказалось невозможным даже просто идентифицировать элементы, входящие в его состав. Причем объектов, не поддающихся идентификации, было много. Космические радиоисточники оказались многочисленными и разнообразными, и никто не знал, как далеко от нас они находятся.

Мартин Шмидт сфокусировался на источнике с ничем не примечательным именем 3С273. Он напоминал звезду, но спектральные линии снова не совпадали ни с одним уже известным спектром. Внимательно изучив результаты измерений, Мартин обнаружил примечательную вещь: по сути, это были спектральные линии водорода, но смещенные почти на 16% в красную часть спектра. Однако для подобного смещения объект 3C273 должен был либо удаляться от нас со скоростью, близкой к скорости света, либо располагаться так далеко, что на его спектр влияло расширение Вселенной. Шмидт был ошеломлен. Вечером он сказал жене: «На работе сегодня произошло кое-что ужасное».

Это было знаменательное открытие. Шмидт обнаружил, что подобные объекты рассеяны по всему космосу на расстоянии миллиардов световых лет от нас. Однако столь удаленные объекты могут быть доступны для наблюдений в радиодиапазоне или через большие телескопы, только если они выделяют огромное количество энергии. Фактически от источников 3C273 и 3C48 шло столько же света, сколько от сотни галактик. Они представляли собой как бы супергалактики, более мощные, чем всё с чем астрономы сталкивались ранее.

Еще эти источники должны были быть очень маленькими, меньше любой галактики. Это утверждение касалось всех объектов из каталога 3C — некоторые из них были в десятки и даже сотни раз меньше обычных галактик. При более тщательном исследовании их размер в поперечнике оказался меньше, чем несколько триллионов километров. Как в то время писал журнал Time: «по стандартам космологии это настоящие малыши». Небольшая область пространства, удаленная от нас на колоссальное расстояние, вырабатывала огромные количества энергии.

Фред Хойл не мог устоять перед столь необъяснимыми и странными объектами. Несмотря на продолжающиеся войны в защиту модели стационарной Вселенной, у Хойла появилась солидная репутация эксперта по структуре звезд. Вместе с Уильямом («Вилли») Фаулером и супругами Джефри и Маргарет Бирбидж он детально объяснил процесс формирования химических элементов в ядерных реакциях, протекающих внутри звезд.

Фаулер и Хойл предположили, что новые объекты тоже являются звездами, просто несколько отличающимися от обычных. Это суперзвезды с массой в миллион или даже сто миллионов раз больше массы нашего Солнца, настолько огромные, что за время своей жизни могут произвести колоссальное количество энергии. А время их жизни оказывается коротким, так как выгорание энергии происходит очень быстро, потом наступают коллапс и смерть. Эти суперзвезды позволили Хойлу и Фаулеру включить в общую теорию относительности правила поведения звезд, разработанные Эддингтоном. Теория Эйнштейна манила к себе.

Томительно жарким летом 1963-го в городе Даллас, штат Техас, собралась небольшая группа релятивистов. Они сидели вокруг бассейна, попивая мартини и обсуждая странные тяжелые объекты, обнаруженные Мартином Шмидтом. Компания была интернациональной. Как сказал один из них: «Американские ученые, интересы которых лежат вне геофизики и геологии, вряд ли снизошли бы до того, чтобы здесь поселиться. Для большинства этот регион столь же привлекателен, как какой-нибудь Парагвай». Тем не менее неожиданно Техас стал центром изучения теории относительности, в основном усилиями общительного венского еврея Альфреда Шильда.

Детство и юность Шильда прошли в странствиях вследствие потрясений 1930-х и 1940-х. Он родился в Турции, ребенком жил в Англии. Его, как Бонди и Голда, тоже интернировали в Канаду, где он изучал физику под руководством одного из учеников Эйнштейна Леопольда Инфельда и написал диссертацию по космологии. Он присутствовал на встрече в Чапел-Хилл 1957 года, поучаствовав в общем ликовании по поводу нового этапа развития общей теории относительности, а в следующем году его пригласили работать в Техасский университет в Остине.

На момент его прибытия в Остин Техас был тихой, но феноменально богатой заводью благодаря текущим через местную экономику доходам от продажи нефти. Шильд смог уговорить университет употребить нефтяные деньги с пользой и позволить ему открыть собственный центр изучения теории относительности. Благодаря тому, что военно-воздушные силы жаждали получить доступ к потенциально магической силе гравитации, проблем с финансированием не было. И если математики свысока смотрели на работу Шильда, то физики проявили к ней интерес.

Шильд занялся поисками талантов, а в этом деле он определенно знал толк. Собранная им группа молодых релятивистов из Германии, Англии и Новой Зеландии превратила Остин в место, которое считал своим долгом посетить каждый уважающий себя релятивист. Но на этом Шильд не остановился. Б Далласе искали молодых ученых для только что созданного Юго-Западного центра перспективных исследований, чтобы насытить «голодающий без науки Юг», и Шильд не остался в стороне. Он подсказал сделать ставку на теорию относительности, и руководство центра последовало его совету, собрав собственную международную группу.

Этим июльским полднем техасские релятивисты, развалившись у бассейна, придумывали схему, которая позволила бы собрать всех в Техасе для обсуждения теории относительности. Речь уже не шла о кулуарном мероприятии, не скованном никакими правилами, как в Чапел-Хилл. На этот раз требовалось собрать совершенно новых людей, астрономов, и заставить их подумать над теорией Эйнштейна, организовав встречу с акцентом на радиозвездах — «напоминающих звезды радиоисточниках». Измерения, которые Шмидт сделал в марте, четко показывали, что эти странные объекты были слишком массивными и находились от нас слишком далеко, чтобы их можно было рассматривать, применяя старые законы тяготения Ньютона. Это были огромные объекты — звезды, размер которых не позволял противостоять силе тяжести, — о таких объектах предупреждали Чандра и Оппенгеймер. Именно здесь решающую роль могла сыграть общая теория относительности. В пригласительных письмах организаторы написали, что «энергия, которая ведет к формированию радиоисточников, может возникать как следствие гравитационного сжатия суперзвезды». Релятивисты назвали мероприятие Техасским симпозиумом по релятивистской астрофизике. Оно состоялось в Далласе в декабре 1963 года.

Первый Техасский симпозиум по релятивистской астрофизике чуть не сорвался. В Далласе был убит президент Джон Ф. Кеннеди, и приглашенные просто побоялись ехать на конференцию в место, где есть риск получить пулю. Местные релятивисты попросили мэра лично обратиться к потенциальным участникам и заверить их в безопасности. Это сработало. Послушать последние новости о радиозвездах и их потенциале в Даллас съехалось свыше трех сотен человек. Среди них был и Роберт Оппенгеймер, препятствовавший работе над общей теорией относительности в институте в Принстоне. Новые радиозвезды его заинтересовали, потому что они были по его словам «невероятно красивыми… захватывающими явлениями беспрецедентного великолепия». Он обратил внимание, насколько встреча напоминала мероприятия, проводившиеся в области квантовой физики за два десятилетия до этого, «когда у нас ничего не было, кроме путаницы головах и большого количества данных». С его точки зрения, это было захватывающее время.

В течение трех дней астрономы и релятивисты обсуждали смысл странных «напоминающих звезды радиоисточников» из составленного Райлом каталога 3C. Один из присутствующих для простоты и скорости произношения назвал их «квазарами». Релятивистам эти объекты казались столь массивными и локальными, что для придания данным хоть какого-то смысла нужно было учесть при рассмотрении странное решение Шварцшильда, а также вычисления Оппенгеймера и Снайдера. Астрономы и астрофизики сочли квазары столь необычными и таинственными, что даже начали прислушиваться к разговорам релятивистов. Возможно, в картину следовало ввести общую теорию относительности, чтобы придать новому открытию смысл.

В Далласе присутствовал и жаждал высказаться Джон Уиллер, уже более десяти лет работающий над общей теорией относительности. Его мучил остававшийся без ответа вопрос, который он называл «вопросом конечного состояния». Он хотел понять, что происходит в конечной точке гравитационного сжатия. Он до сих пор отказывался принять на веру предсказанное Оппенгеймером и Снайдером формирование сингулярности и считал, что именно общая теория относительности сможет объяснить, почему это невозможно. Несмотря на свои предубеждения, он считал своим долгом обсудить все варианты и вызвать у собравшихся интерес к вопросу конечного состояния. Перед началом выступления Уиллер взял мел и тщательно заполнил доску рисунками и формулами, иллюстрирующими его почти десятилетние раздумья. Графики на доске показывали, как, с его точки зрения, звезда должна сжиматься под действием собственного веса и как общая теория относительности предсказывает неумолимое движение этой звезды навстречу своей окончательной судьбе. Вокруг графиков роились уравнения, фрагменты уравнений Эйнштейна, выжимки из квантовой физики — сборная солянка из гениальных мыслей, которые помогли ему представить результаты собственной многолетней работы. Больше всего речь Уиллера напоминала апологию общей теории относительности, где утверждалось, что эту теорию должен всерьез воспринимать любой здравомыслящий астрофизик.

С точки зрения многих астрономов, результаты выглядели слишком фантастично, один из присутствующих вспоминал о полном недоверии на лице «некоего авторитетного участника». Остальные удивлялись тому, что Уиллер наконец начал гофрить о Вселенной. Казалось, что общая теория относительности, о которой он столько времени думал, действительно уместна и может дать ключ к пониманию новых радионаблюдений.

Вот как это собрание описывал журнал Life: «Ученые, полет воображения которых поразил бы даже писателей-фантастов, в конце обсуждения были озадачены не меньше, чем перед его началом… природа радиоисточников столь необычна, что нельзя исключать никакие возможности». В своей послеобеденной речи Томас Голд дал характеристику неожиданному повороту событий на симпозиуме: «Этот случай позволяет предположить, что релятивисты со своей изощренностью являются не только великолепным культурным украшением, но и могут принести реальную пользу науке! Довольны все: релятивисты, почувствовавшие себя экспертами в области, о существовании которой они раньше не подозревали, и астрофизики, империя которых расширилась за счет присоединения к ней еще одной области — общей теории относительности». Закончил он осторожным высказыванием: «Давайте надеяться, что это правильно. Будет жаль, если нам снова придется списать релятивистов со счетов».

Воскрешение умиравшей теории Эйнштейна курировал обладающий невероятной проницательностью и настойчивостью Джон Уиллер. Посвятив свой устрашающий интеллект и творческий потенциал подготовке нового поколения блестящих молодых релятивистов и поддержке рассеянных по всей стране новых центров, он выпестовал новое живое сообщество, которое могло серьезно задуматься о гравитации. В конце концов, данные наблюдений требовали действий, и вместе с готовыми к решению больших задач астрономами, физиками и математиками Техасский симпозиум провозгласил начало новой эры. Общая теория относительности вернулась!

Глава 8.

Сингулярности

В то время как большая часть аудитории на Техасском симпозиуме 1963 года слушала выступление Джона Уиллера с непониманием, один молодой математик восторженно следил за речью, произносимой на фоне тщательно выписанных на доске уравнений и графиков. «Речь Уиллера произвела на меня громадное впечатление», — вспоминал Роджер Пенроуз. И хотя Уиллер упрямо отказывался принять концепцию существования сингулярностей, он задал правильный с точки зрения Пенроуза вопрос: «Можно ли признать эти сингулярности существенной частью общей теории относительности?». Речь Уиллера на симпозиуме в Техасе возвестила начало нового десятилетия, которое (по выражению одного из учеников Уиллера, Кипа Торна) назовут «золотым веком общей теории относительности», а Роджер Пенроуз станет одним из одаренных мыслителей, посвятивших свою жизнь работе в данной области.

Всю свою жизнь Пенроуз «играл» с пространством-временем: разрезая его, склеивая вместе отдельные фрагменты и доводя модели до предельных значений. Обладая математическим складом ума и интуитивным пониманием пространства и времени, он иначе, чем все остальные, смотрел на вещи. Рисунки, известные как диаграммы Пенроуза, разворачивают пространство-время, открывая его самые странные свойства. Они наглядно показывают, что происходит со светом при приближении к поверхности Шварцшильда, как свет ведет себя, если развернуть отсчет времени в сторону Большого взрыва, и даже как растянуть пространство и время, придав им вид пены на поверхности океана.

Впервые тягу к общей теории относительности Пенроуз ощутил еще студентом, изучая математику в Лондоне. По книге Эрвина Шрёдингера «Структура пространства-времени» он самостоятельно изучил основы. Но по-настоящему задуматься о деталях его заставили пропагандирующие теорию стационарного состояния лекции Фреда Хойла. Было нечто притягательное и вместе с тем странное в описываемой Хойлом Вселенной — она не вписывалась в представления Пенроуза об относительности. Он решил посетить своего брата Оливера, который также был математиком и готовился к получению докторской степени в Кембридже. Роджер надеялся, что Оливер поможет ему разобраться в так привлекающей его странной теории.

Кембридж 1950-х, несмотря на степенную атмосферу вековых монастырей и удушающую ритуальность колледжей и университета, постепенно превращался в весьма привлекательное место. Блестящие изысканные лекции по квантовой механике читал Поль Дирак — английский физик, сыгравший важную роль в доказательстве идентичности квантовых теорий Гейзенберга и Шрёдингера. Герман Бонди отвечал за лекции по общей теории относительности и космологии вместе с Фредом Хойлом, активно продвигающим их совместную концепцию стационарной Вселенной. Кроме того, там работал Деннис Сиама.

Братья Пенроуз встретились в ресторане Кингсвуд в Кембридже, чтобы обсудить радиолекции Фреда Хойла. Роджер не понимал, каким образом в модели стационарной Вселенной галактики могут ускоряться и разбегаться в стороны с таксой скоростью, что в какой-то момент скрываются за космическим горизонтом. С его точки зрения, должно было происходить кое-что другое, что можно было показать при помощи его диаграмм. Оливер указал на соседний столик и сказал: «Можешь спросить Денниса. Он знает об этом все». Он подвел Роджера к Деннису Сиама и познакомил их друг с другом. Они немедленно нашли общий язык.

Сиама был всего на четыре года старше Пенроуза, но уже втянулся в теорию Эйнштейна со страстью, которой он в течение почти пятидесяти лет будет увлекать учеников и коллег. В Институт перспективных исследований он прибыл за год до смерти Эйнштейна. В одной из своих бесед с Эйнштейном Сиама смело и несколько опрометчиво заявил, что он здесь, чтобы поддержать «старика Эйнштейна против всего нового». Эйнштейн посмеялся над его дерзостью. Сиама, пока это было возможно, учился у Поля Дирака, кроме того, его привлекла работа Хойла, Бонди и Голда. Но будучи убежденным сторонником стационарной Вселенной, он не оставлял без внимания открытия радиоастрономов. В дальнейшем его заинтриговали результаты группы Райла. Он видел, каким образом они могут разрушить модель Хойла.

В тот вечер в Кингсвуде Пенроуз объяснил Сиаме, почему галактики не могут исчезать из вида. Они будут тускнеть и издалека казаться замершими во времени аналогично тому, как, согласно выкладкам Оппенгеймера и Снайдера, поведет себя взорвавшаяся звезда при прохождении ее поверхности через радиус Шварцшильда. Сиама увидел, как блестят глаза Пенроуза, и оценил его свежий подход к пространству-времени. Их дружба будет продолжаться пятьдесят лет.

В конце концов Пенроуз переедет в Кембридж, чтобы получить степень доктора математики, но его внимание будет занято математическими странностями, обнаруженными в геометрии пространства-времени. Он отчаянно хотел понять их. Завершив работу над степенью, он решительно погрузился в общую теорию относительности. Следующие несколько лет он путешествовал, работая с Уиллером в Принстоне, с Германом Бонди в Лондоне, с Питером Бергманом в Сиракузах. Наконец, осенью 1963 года он присоединился к группе Шильда в Остине, штат Техас.

Техас был прекрасным местом для занятий общей теорией относительности, ведь все исследования прекрасно финансировались. «Мы не спрашивали, откуда приходят деньги или почему считается, что их имеет смысл тратить на теорию относительности, — говорил Пенроуз. — Но мне всегда казалось, что это просто какая-то ошибка». Одним из его коллег был молодой новозеландский математик Рой Керр. В жарком и влажном климате Техаса Керр боролся с уравнениями Эйнштейна, пытаясь найти для них более сложные и реалистичные решения. Он придумал элегантный набор уравнений, соответствующих простой геометрии пространства-времени. Решение Керра можно рассматривать как обобщенную форму геометрии Шварцшильда. Шварцшильд описывал симметричное относительно точки пространство-время, и именно в этой точке находилась печально известная сингулярность, в то время как решение Керра было симметрично относительно линии, насквозь пронзавшей пространство-время. Он как бы закрутил решение Шварцшильда вокруг оси, вращая пространство-время. Для возвращения к оригинальному решению достаточно было прекратить вращение.

Пенроуз немедленно взялся за результат Керра. Они часами обсуждали открытие с коллегами в Остине, меняя формулировки нового пространства-времени на свой лад. Как и Сиаму, Шильда ошеломил взгляд Пенроуза на вещи. Его математическая интуиция и диаграммы представили решение Керра в совершенно ином свете. Свои удивительно простые и мощные выкладки Керр отправил в журнал Physical Review Letters, который всего несколько лет назад запретил публикации на любые темы, связанные с теорией относительности. Но статья внезапно была принята и за несколько месяцев до Техасского симпозиума в Далласе, в сентябре 1963 года, опубликована. Таким образом, результаты Керра дошли до астрофизиков.

Опасаясь, что презентация Керра окажется слишком сухой и математической, Шильд попытался уговорить Пенроуза выступить вместо Керра. Но Пенроуз не мог пойти на подобный шаг, ведь эта теория была чужим детищем. Беспокойство Шильда имело под собой основания. Когда Керр вышел на сцену, половина участников покинула зал. Керр был молодым и мало кому известным релятивистом, а у многих астрофизиков на тот момент были дела поинтересней. Он выступил перед оставшейся пестрой толпой, но, как вспоминал Пенроуз: «На него не обращали особого внимания». Суть представленных им результатов поняли не многие, а ведь это был первый шаг к обобщению решения Шварцшильда, попытка сделать это решение более реальным и более полезным для астрофизиков. Керр написал для материалов конференции небольшое примечание, но человек, отвечавший за обзор основных результатов симпозиума, его просто проигнорировал. Представленная информация была слишком связана с общей теорией относительности, чтобы астрофизики смогли ее воспринять.

На первом Техасском симпозиуме не было ни одного советского физика. Большая часть интеллектуальных ресурсов Советского Союза была занята ядерным проектом, и времени на общую теорию относительности у них просто не было. Однако многие советские ядерные физики, как и новое поколение релятивистов, появившееся из Манхэттенского проекта в США и работы над радарами в Великобритании, послужили делу возрождения общей теории относительности в Советском Союзе 1960-х.

Советский ядерный проект стартовал поздно. Во время Второй мировой войны все ресурсы шли на фронт, что помешало Сталину привлечь людей к работе над бомбой. Начиная с 1939 года, после статьи Джона Уиллера и Нильса Бора, в которой обсуждалось количество энергии, высвобождаемой при делении ядер тяжелых элементов, казалось, что поток работ по этой теме на Западе иссяк. Для Советского Союза это выглядело как прекращение исследований в области ядерного деления. Сталин начал что-то подозревать в 1942 году, когда советский физик Георгий Флеров в письме к нему обратил внимание на этот странный факт. Он догадался, что американцы ведут работу над бомбой, а значит, пора было тоже включаться в игру. Сразу после окончания войны Сталин привлек советскую научную элиту к работе над проектом бомбы. В команду входили Лев Ландау и Яков Зельдович.

Во время большого террора в конце 1930-х Лев Ландау попал в волну репрессий. Пребывание в тюрьме ожесточило его и заставило потерять в веру в режим, хотя он и продолжал пользоваться его благами. Ландау успел стать легендой, с его именем связывали множество открытий в самых разных областях, от квантовой механики до астрофизики. Он создал собственную физическую школу и обзавелся талантливыми приверженцами, которые были готовы работать на пределе интеллектуальных способностей ради возможности попасть в его окружение. Чтобы стать одним из протеже Ландау, аспиранту нужно было сдать одиннадцать строгих экзаменов, известных как «теоретический минимум Ландау». Экзамены разработал и принимал сам Ландау, и этот процесс иногда занимал до двух лет. Не многие могли преодолеть этот барьер и доказать свою способность работать с таким выдающимся человеком.

Белорусский еврей Яков Зельдович был одаренным студентом, всего на несколько лет младше Ландау. В семнадцать он работал лаборантом, в двадцать четыре получил докторскую степень и быстро стал одним из крупных советских специалистов по физике горения. Его неизбежно должны были привлечь к разработке бомбы, и он блестяще справился с поставленной задачей. С 1945 по 1963 год Зельдович принимал участие в создании сначала первой советской атомной бомбы, которую американцы стали называть «Joe-1», после того как появилась информация о взрыве в августе 1949-го, а потом и ее следующего варианта, «супербомбы». Советский Союз догнал американцев и стал ядерной державой.

Если Зельдович был искренне увлечен атомным проектом, то прошедшего через испытание Лубянкой и испытывающего глубокую ненависть к Сталину Ландау привлекли туда против его воли. И если Зельдович искренне восхищался Ландау, последний испытывал по отношению к своему коллеге и к атомному проекту в целом куда менее позитивные эмоции. Когда Зельдович попытался договориться с руководством о расширении участия Ландау в проекте, Ландау сказал о нем: «Эта сука». После смерти Сталина он заявил: «Все. Его больше нет. Я его больше не боюсь и больше не буду работать [над ядерным оружием]». Тем не менее за вклад в создание советской атомной бомбы оба ученых несколько раз получали Сталинскую премию и были награждены медалью «Герой Социалистического Труда». А в 1962 году Ландау был удостоен Нобелевской премии.

В середине 1960-х Зельдович по-прежнему был на гребне успеха, в то время как Ландау после автомобильной катастрофы потерял способность заниматься физикой. Работу Ландау продолжили его ученики; они первыми в Советском Союзе занялись проблемой сингулярности в пространстве-времени.