Педро Феррейра - Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

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.