Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Чандра ощущал проявления расизма и в Чикаго, и на испытательном полигоне в Абердине во время Второй мировой войны. Однажды его отказались поселить в лучшем отеле Нью-Йорка «Барбизон-Плаза»[47]. Все это было отвратительно, зато тут присутствовала некая определенность: каждый хорошо знал свое место.

Чандра отмечал, что Эддингтон понимал Вселенную не только как физическое пространство, но и как мир разума. У Эддингтона была мечта, которая основывалась на фундаменте западной науки — древнегреческой философии, пытавшейся найти всеобъемлющую теорию, способную объяснить все явления природы. Эддингтон считал, что это ему удалось, причем исключительно математическими методами. Если бы Эддингтон дискутировал разумно, все произошло бы совсем по-другому. Когда на повестке дня оказываются такие фундаментальные понятия, как природа физической реальности, тут же начинается бурное обсуждение новых теорий. Так было в 1905 году, когда Эйнштейн представил свою специальную теорию относительности, еще более яростные споры происходили в 1926–1933 годах, когда появились различные интерпретации квантовой механики. Споры продолжаются и сегодня. Но то, что произошло 11 января 1935 года, было беспрецедентно. Открытия Чандры вполне могли бы преобразить всю картину развития физики и астрофизики. Однако грубая критика Эддингтона, поддержанная консервативным астрофизическим сообществом, которое упорно отказывалось даже слышать о том, что звезды могут сколлапсировать в точку, нарушило прогрессивный ход вещей. В результате астрофизики практически забыли о работе Чандры, зато физики с радостью воспользовались его подходом и начали выдвигать совершенно парадоксальные модели различных явлений. Фундаментальный вопрос о том, что же заставляет звезды светиться, потребовал рассмотрения ядерных реакций. Физики находились в неустанном поиске новых приложений ядерной физики, и небеса щедро снабжали их неизвестными ранее возможностями. Итак, исследование тончайших процессов, идущих во Вселенной, вот-вот должно было перейти от астрофизиков к физикам.

ЧАСТЬ II

Глава 9 Как звезды светят и как они умирают

Нейтрон был открыт в 1932 году, когда Чандра был еще энергичным молодым аспирантом. Электрически нейтральную частицу с массой близкой к массе протона обнаружил Джеймс Чедвик, молодой коллега Резерфорда, работавший с ним в Кавендишской лаборатории в Кембридже. Это открытие взволновало весь научный мир. Физики сразу же ухватились за нейтрон как за панацею для определения структуры атомного ядра и начали разрабатывать теории о силах связывания ядерных частиц и о распаде ядер. Но ни Чандра, который в то время был в Кавендишской лаборатории, ни большинство других опытных астрофизиков не поняли, сколь велико значение открытия нейтрона для астрофизики. Кавендиш был бесспорным центром ядерной физики, но физиков и астрофизиков разделяла огромная пропасть. Открытие нейтрона помогло ученым понять, что финал эволюции звезд — гораздо более впечатляющее событие, чем это можно было себе ранее представить. Например, у Милна сразу же возник интерес к образованию нейтронов и связи этого процесса со строением космических тел. Он предположил, что электроны и протоны могут сливаться в нейтроны при высоких температуре и плотности внутри звезд, а выделяющаяся в этом процессе энергия будет играть важную роль в процессе их остывания. Однако на этом он и остановился. Физики развили идею Милна в своих теориях о строении звезд. Это стало началом долгого пути, который впоследствии привел к повторному открытию предела Чандры и полному подтверждению его правоты.

Открытие нейтрона ознаменовало рождение одной из самых интересных областей физики — ядерной физики. Ранее ученые считали, что ядро состоит из протонов и электронов, а положительный заряд ядра компенсируется отрицательным зарядом электронов, вращающихся вокруг него. В результате атом становится электрически нейтральной частицей. Однако массы протонов и электронов не совпадали с атомной массой элемента. Теперь с нейтронами, входящими в ядро наряду с протонами, все было в порядке.

Но у новой модели ядра, состоящего из нейтронов и протонов, тоже были недостатки. Например, непонятно, что связывает нейтральные нейтроны и заряженные протоны, ведь притягиваются только противоположные заряды. Однако и без полной ясности природы ядерных сил уже можно было начинать строить теории о роли новооткрытых нейтронов в эволюции звезд. Само существование нейтрона разожгло воображение «белой вороны» физики — швейцарца Фрица Цвикки.