Идеальная теория. Битва за общую теорию относительности

Феррейра Педро

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.