Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Хотя женщины находили Эддингтона привлекательным, его биограф писательница Элис Виберт Дуглас отмечала, что Эддингтон никогда не собирался жениться. Кроме матери и сестры, «женщины для него были просто его знакомыми, и лишь некоторые женщины-астрономы значили для него больше, чем просто коллеги». Биограф отмечает, что лишь с одним человеком у Эддингтона «была длительная дружба, и с ним он мог отбросить всю неуверенность, сформировавшую почти непроницаемый барьер между ним и другими людьми». Этим человеком был Чарльз Тримбл, которого Дуглас называет постоянным компаньоном Эддингтона и «самым близким другом».

Знакомые Тримбла из Тринити-колледжа вспоминали, что Эддингтон оказал на него очень большое влияние. Они оба вышли из рабочих семей и встретилось в Тринити, где такие студенты были редки; возможно, это и послужило толчком к обоюдной симпатии. Тримбл родился в 1883 году в городе Бат. Он учился в частной школе при Христовом госпитале, которая давала превосходное образование мальчикам из бедных семей. В Тринити-колледже он получил высшее образование и был четвертым в своей группе (Эддингтон был первым). Эддингтон занялся научными исследованиями, а Тримбл поступил на государственную службу. В 1910 году он преподавал математику в своей школе при Христовом госпитале, и его бывшие ученики вспоминали, что Тримбл пытался привить им любовь к литературе не меньше, чем к математике. Эддингтон часто катался на велосипеде с Тримблом, и тогда он забывал свою квакерскую рассудительность, баловался алкоголем, курил, а в городе друзья ходили в театр и кино. Возможно, они были больше чем просто друзьями. Но в те дни все хорошо помнили дело Оскара Уайльда 1895 года и опасались даже подозрения в гомосексуализме. Если Эддингтон действительно был гомосексуалистом, то он вел себя чрезвычайно осторожно.

Эддингтон работал в одиночестве, без сотрудников. Его унылые лекции студенты посещать не стремились, но на элегантных и информативных публичных выступлениях они видели настоящего Эддингтона.

Все удивлялись, что в кабинете великого астрофизика научные журналы и книги валялись повсюду — на полу, на диване, на столе. Коллеги вспоминали, как они приходили к нему в кабинет точно в назначенное время, а Эддингтон удивленно и вежливо выслушивал их, поедая яблоко за яблоком и явно пытаясь вспомнить, кто стоит перед ним и зачем. Однажды норвежский астрофизик Свен Росселанд посетил его в указанное время. Но как раз незадолго перед этим Эддингтон решил, что лишь с помощью математики можно доказать существование элементарных частиц. Росселанд долго и безрезультатно стучал в дверь. Минут через пять Эддингтон все-таки открыл замок и воскликнул: «О, это вы! Войдите. Я только что обнаружил нейтрон».

Когда Эддингтон в 1906 году начал работать в Гринвичской королевской обсерватории, астрофизика все еще находилась в младенческом возрасте. Ученые считали, что такие звезды, как наше Солнце, представляют собой газообразные сферы из отдельных атомов[6]. О структуре самих атомов было известно очень мало до тех пор, пока датский физик Нильс Бор в 1913 году не предложил теорию строения атома. По этой теории атом представляет собой миниатюрную солнечную систему с положительно заряженным ядром, вокруг которого по определенным орбитам вращались отрицательно заряженные электроны. В результате атом оказывался электрически нейтральным, и полный заряд всей этой системы равнялся нулю. У водорода был самый простой и самый легкий атом, состоящий из ядра и одного электрона[7], а у следующего легкого элемента, гелия, было два электрона.

Предполагалось, что внутри звезд температура невообразимо высока и доходит до миллионов градусов Кельвина. Огромная тепловая энергия приводит к возбуждению электронов, вращающихся вокруг ядер, связи между электронами и ядром разрываются, образуются свободные электроны, и поэтому звезда представляет собой совокупность быстро перемещающихся электронов и медленно движущихся ядер. Астрофизики 1920-х годов при изучении структуры звезд основное внимание уделяли электронам. В те времена лишь немногие разбирались в ядерной физике, и только Эддингтон начал размышлять об источнике энергии для излучения звезд.

Астрофизики предположили, что звезды являются «идеальными газами»[8]. Термин «идеальный газ» появился в девятнадцатом столетии после установления простого соотношения между давлением, объемом и температурой газа с такой же малой плотностью, как воздух. Независимо от состава газа при постоянной температуре увеличение давления приводит к уменьшению объема газа. При постоянном давлении увеличение температуры приводит к увеличению объема газа; другими словами, при нагревании газ расширяется. Математическое соотношение между давлением, объемом и температурой газа и есть уравнение состояния идеального газа[9].