Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Выступление Эддингтона просто сочилось ядом. Чандра был потрясен! Великий человек высокомерно заявил, что «нет такого явления, как релятивистское вырождение!» А ведь оно лежало в основе идеи Чандры. В теории Фаулера, применяющейся для плотного газа электронов со скоростями гораздо меньше световой, не учитывалось релятивистское вырождение и не существовал предел для массы белых карликов. Поэтому звезды всегда должны были спокойно умирать, независимо от их масс. Эддингтон утверждал, что Чандра глубоко заблуждается и его работа не представляет никакого интереса.

В те годы астрофизики полагали, что большинство звезд в конце жизни становятся белыми карликами, за исключением тех немногих, которые разваливаются на части. Ученые считали (как выяснилось, ошибочно), что звезды проходят один и тот же жизненный цикл: гигантские яркие звезды сжигают свое топливо и продолжают сжиматься, а когда топливо полностью исчерпывается, превращаются в белые карлики — горячие, но тусклые, небольшие и удивительно плотные звезды. Однако Чандра осмелился предположить, что у звезд имеется и другая перспектива.

В какой-то момент Эддингтон сам запутался в своих аргументах. В конце концов он заявил, что не возражает против математических моделей Чандры, но не согласен с его физическими идеями, основанными на объединении двух диаметрально противоположных теорий — теории относительности и квантовой теории. «Я не считаю, что потомство от такого союза можно считать законнорожденным», — утверждал Эддингтон. Чандра был ошеломлен.

Эддингтон явно спрятал голову в песок, как страус, — ведь получил же Дирак свою Нобелевскую премию именно за релятивистскую версию квантовой механики? Что все это значит? Но самое худшее было еще впереди. Принцип запрета Паули, продолжал Эддингтон, лежащий в основе теории Чандры о белых карликах и в основе квантовой теории, не является фундаментальным законом природы.

В итоге Эддингтон все-таки еще раз признал, что математические расчеты Чандры правильны, но вот результат — релятивистское вырождение — не имеет никакого отношения к звездам. По его мнению, это всего лишь игра с числами. Но и тут Эддингтон не остановился. Он добавил, что теория Фаулера о белых карликах не учитывает теорию относительности, но фактически принимает эту относительность во внимание. Эддингтон рисковал, используя столь замысловатые и невнятные аргументы, которые могли разрушить его репутацию ученого.

Конечно, Эддингтон разбирался в теории относительности лучше всех, за исключением самого Эйнштейна. Он даже попытался объединить общую и специальную теорию относительности с квантовой механикой — в своей фундаментальной теории. Отношение Эддингтона к такому объединению, которое он только что назвал «незаконнорожденным», было, мягко говоря, непоследовательным. В книге «Внутреннее строение звезд» Эддингтон обсуждал использование общей теории относительности при изучении строения звезд. Общая теория относительности учитывает гравитацию, искривляющую пространство (точнее, пространство-время).

Пространство-время представляет собой геометрическую структуру, которая искривляется тем сильнее, чем больше масса объекта. Если камень поместить в середину тонкого резинового листа, то лист прогнется на глубину, зависящую от веса камня. Искривление или деформирование пространства-времени вокруг массивного тела — мера силы тяжести этого тела.

Эддингтон использовал общую теорию относительности для описания поведения звезды, коллапсирующей под действием собственной тяжести. Он отметил, что согласно общей теории относительности звезда небольшая, но с большой плотностью создаст гораздо более глубокую потенциальную яму, чем звезда, подобная Солнцу (потенциальная яма — область пространства с минимумом потенциальной энергии). Она так сильно искривит окружающее пространство, что свет не сможет вырваться оттуда, и, по его словам, исчезнет в «никуда».

Но для Эддингтона это были просто математические абстракции. Он пренебрег теорией Чандры, согласно которой исчерпавшая свое топливо звезда с массой больше верхнего предела Чандры неизбежно сожмется в бесконечно малую и бесконечно плотную точку. По мнению Эддингтона, в этом случае возникал явно абсурдный сценарий, по которому «звезда будет продолжать излучать и излучать, сжиматься и сжиматься до нескольких километров в диаметре, пока сила тяжести не станет достаточно большой, чтобы удерживать излучение, и лишь тогда звезда обретет покой». Для Эддингтона это было немыслимо.

В последующие годы Чандра говорил: только Эддингтон с его «колоссальной физической интуицией» мог догадаться, что «существование предельной массы звезд приводит их к коллапсу и возникновению черных дыр. Если бы он с этим согласился, то опередил бы всех на 40 лет».