Педро Феррейра - Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

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.