Глава 7. Афоризмы Уиллера

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, то 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!

Данный текст является ознакомительным фрагментом.