Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

А на другом полушарии Земли Георгий Гамов, счастливчик, сумевший сбежать из коммунистического «рая», и Эдвард Теллер, венгерский еврей, ставший американцем, были ведущими учеными в Университете имени Джорджа Вашингтона в Вашингтоне. Начиная с 1936 года они организовывали весенние конференции по теоретической физике в Отделе земного магнетизма вашингтонского Института Карнеги. Конференция, состоявшаяся в марте 1938 года, была посвящена излучению звезд. Она стала поворотным пунктом как в области астрофизики, так и в ядерной физике. Гамов и Теллер составили мощный исследовательский тандем. Эти энергичные ученые, известные своими оригинальными работами, пригласили на конференцию ведущих специалистов в области астрофизики, физики и бурно развивающейся ядерной физики. Ханс Бете — человек, которому предстояло совершить прорыв в тайны звездной энергии, вспоминал: «Более стимулирующих встреч на моей памяти не было». Чандра, естественно, тоже был приглашен. На конференцию приехал и Бенгт Стрёмгрен, старый друг Чандры из Копенгагена и коллега по Йеркской обсерватории. Он был астрофизиком, способным говорить на одном языке с физиками, Гамов назвал его «асом». То была весьма своеобразная конференция. Обсуждения шли совершенно неформально, протоколы заседаний не велись, и участники не обязаны были представлять свои доклады. Эта непринужденная, свободная обстановка очень отличалась от заседаний в Королевском астрономическом обществе.

Конечно, на конференцию пригласили и Эйнштейна, и Рассела, но ни тот ни другой не приехали. Эйнштейну ее программа была не интересна, а вот отсутствие Рассела удивляло — патриарх американской астрофизики всегда интересовался вопросами источника звездной энергии. Наверное, рассуждения физиков типа Гамова не очень соответствовали аристократическим вкусам Рассела. Можно себе представить, как бы он отреагировал на гамовское заявление такого рода: «Физик, изучающий звезды, чувствует себя счастливым, пока не наткнется на астрономические таблицы». На этой встрече главенствовали физики, а не астрофизики.

Надо сказать, что Гамов был одним из самых колоритных персонажей в тогдашнем физическом сообществе. Леон Розенфельд говорил о нем: «Невозможно забыть первую встречу с Гамовым — этот огромный светловолосый славянин, говоривший на очень экстравагантном немецком, экстравагантен во всем, даже в физике». Незабываемым был и визит Гамова в институт Нильса Бора в Копенгагене. Он был главным зачинщиком турниров по настольному теннису (которые обычно выигрывал Гейзенберг), кинопросмотров (предпочитались американские вестерны), а также театрализованных пародий на Бора, Гейзенберга и Паули, причем обычно сам был и сценаристом, и режиссером, и художником.

Гамов родился в Одессе в 1904 году. Он всегда хотел быть ученым. Поступив в Одесский университет в 1922 году, через год он перешел в гораздо лучший — Ленинградский, где познакомился со Львом Ландау. Они подружились и вместе занялись самой современной физикой. К 1926 году Гамов освоил общую теорию относительности и квантовую физику. Для поиска новых объектов исследований в 1928 году он отправился в институт Макса Борна в Гёттинген. Там он увлекся ядерной физикой.

Изучая литературу, он обнаружил статью Резерфорда о поразительных результатах бомбардировки атомов урана альфа-частицами (ядрами атома гелия). Физики знали, что ядра урана могут испускать альфа-частицы при радиоактивном распаде. Резерфорд обнаружил, что в некоторых случаях альфа-частицы с энергией в два раза большей, чем у испускаемых ядрами урана, не могли проникнуть в урановую мишень[50]. Головоломка означала, что альфа-частицы с низкой энергией могли вырваться из ядер урана, а частицы с высокой энергией не могли попасть внутрь. Ядро урана имеет девяносто два протона, а их совокупный положительный заряд является серьезным препятствием на пути положительно заряженных альфа-частиц. Гамов решил эту проблему с помощью аппарата квантовой механики. Ранее никто до этого не додумался.

Согласно ньютоновской физике, частицы внутри ядра ведут себя как бильярдные шары в стеклянной вазе для фруктов. Они должны иметь достаточную скорость, чтобы выпрыгнуть из вазы. Но квантовая теория утверждает, что частицы могут вести себя и как волны. Так, альфа-частицы способны преодолеть барьер большого положительного заряда ядра урана, как луч света проходит через стеклянную вазу или выходит из воды в воздух. Гамов назвал этот процесс «туннелированием». Альфа-частицы из ядра могут проложить туннель к выходу подобно заключенным, старательно копающим подземный ход для побега. Атакующие ядро альфа-частицы, скорее всего, будут им отталкиваться. По логике вещей, далее следовало применить теорию туннелирования к поиску внутризвездных источников излучения звезд. Но это предполагало проведение длительных расчетов, которые Гамов ненавидел. К счастью, вскоре он нашел способ обойти эту проблему.