Ральф Фаулер (1889–1944) – английский физик-теоретик, профессор Кембриджского университета. Учитель нобелевских лауреатов Дирака, Мотта, Чандрасекара и других выдающихся физиков. Близкий друг Резерфорда, был женат на его единственной дочери Эйлин Мэри.
Карл Андерсон (1905–1991) – известный американский физик, открыватель новой элементарной частицы – позитрона, античастицы электрона. Получил за это открытие Нобелевскую премию по физике (1936).
Нейтрон – тяжёлая элементарная частица, не имеющая заряда. Нейтроны вместе с протонами являются главными компонентами атомных ядер.
Абдус Салам (1926–1996) – известный пакистанский физик-теоретик. Лауреат Нобелевской премии (1979) «за вклад в единую теорию электромагнитных и слабых взаимодействий».
Сказка о всеволновом астрономе Шкловском и об инопланетных цивилизациях
– Мы ждем от вас новой сказки! – выпалила Галатея, увидев за обедом королеву Никки, давнюю подругу принцессы Дзинтары.
Дзинтара вздохнула и возвела глаза к небу. Гостья не удивилась:
– Есть один учёный, над проблемой которого я часто думаю, – и я с удовольствием вам о нём расскажу.
– И о его проблеме расскажете? – уточнила Галатея.
– Конечно. Учёный неотделим от своих проблем.
Вечером, когда шум в доме затих и наступило зыбкое время между бурным днём и тихой ночью, дети уселись слушать новую историю от королевы Никки.
– Астрономы тысячелетиями исследовали небо с помощью астролябий или телескопов, но всегда в световом, видимом, диапазоне – с помощью глаз. Когда в конце XIX века Герц открыл невидимое радиоизлучение, а Рентген – невидимые рентгеновские лучи, стало понятно, что невооружённым глазом человек может видеть очень незначительную часть звёздного излучения, с длиной волны от 0,4 до 0,8 микрона (одной тысячной миллиметра). К середине XX века астрономические приборы стали совершеннее, появились космические телескопы, и астрономия стала «всеволновой»: астрономы стали изучать небо в гигантском интервале длин волн – от низкочастотных радиоволн (с длиной волны до 100 тыс. км) до гамма-лучей (с длиной волны меньше миллионной доли миллиметра).
Важную роль в создании всеволновой астрономии сыграл советский учёный Иосиф Шкловский. Он построил теорию радиоизлучения Солнца и даже лично участвовал в подтверждении своей теории. Учёный вспоминает в книге «Эшелон»: «Почти тридцать пять лет тому назад ослепительно-белый красавец теплоход „Грибоедов“ пересекал по диагонали Атлантический океан… Цель экспедиции – наблюдение полного солнечного затмения 20 мая 1947 года. Полоса затмения проходила через всю Бразилию…»
Шкловский сам плыл на этом теплоходе и с гордостью отмечал: «…плавание „Грибоедова“ было „вешкой“ в истории науки, в данном случае только начинавшей своё триумфальное шествие радиоастрономии… наблюдениями, выполненными во время солнечного затмения с борта нашего славного корабля, было убедительно доказано, что источником радиоизлучения Солнца на метровых волнах является корона, как и было предсказано за год до этого тогда ещё начинающими молодыми теоретиками…»
Этими молодыми теоретиками были Виталий Гинзбург, будущий нобелевский лауреат, и сам Шкловский.
Андрей внимательно слушал Никки и быстро сообразил:
– Они дождались времени затмения, когда Луна загородила диск Солнца, но не загородила его корону, которая больше диска, – и измерили солнечное радиоизлучение. Если радиолучами светит сам солнечный диск, затмение Луной полностью прекратило бы этот поток, а если радиосигнал испускает корона, то затмение просто уменьшает его. Видимо, это и обнаружили астрономы!
– Согласна с тобой! – кивнула Никки. – Шкловский занимался и знаменитыми линиями Фраунгофера, которые в видимом диапазоне волн являются тёмными, то есть в них свет поглощается. Шкловский показал, что на длинах волн меньше 0,15 микрона линии Фраунгофера в спектре Солнца становятся эмиссионными, то есть ярко светящимися, а не тёмными.
Всеволновая астрономия развивалась, и учёные всё больше разбирались в механизмах генерации разных излучений.
– Они разбирали эти механизмы по винтикам! – прокомментировала Галатея.
– Важное открытие Шкловский сделал в 1953 году. Он вспоминает в книге «Эшелон»: «Я был молод и был готов в самом буквальном смысле штурмовать небо. Уже больше двух лет я мучительно раздумывал о природе ныне такой знаменитой Крабовидной туманности. Эта туманность оказалась к тому же ярчайшим источником радиоизлучения. Я пытался объяснить это радиоизлучение как „продолжение“ её оптического излучения. Никто тогда не сомневался, что последнее сводится к давно уже известному тепловому излучению образующих туманность горячих газов. Именно таким способом излучали все известные тогда астрономам газовые туманности. Увы, мои попытки потерпели фиаско – слишком интенсивным было радиоизлучение Крабовидной туманности, чтобы быть продолжением её оптического излучения».
Шкловский вспоминает и момент разгадки: «…я накануне нового… 1953 года понял природу радиоизлучения этой туманности. Всё дело – в космических лучах, которыми буквально „начинена“ Крабовидная туманность! Вернее, в электронах сверхвысоких энергий, которые, двигаясь в магнитных полях туманности, должны излучать электромагнитные волны».
Никки усмехнулась:
– Мозг учёного работает в любой обстановке. Окончательное решение природы излучения Крабовидной туманности пришло к Шкловскому в переполненном трамвае: «Тут подошёл набитый до отказа мой трамвай, куда я, что называется, „ввинтился“. Я висел на поручне в этой немыслимой тесноте… И вдруг молнией пронзила мысль… „Ведь если нельзя было объяснить радиоизлучение „Краба“ продолжением его оптического теплового излучения, то почему бы не объяснить оптическое излучение этой туманности продолжением её радиоизлучения, имеющего заведомо нетепловую природу? Значит, оптическое излучение „Краба“ тоже нетепловое, оно порождается „релятивистскими“ электронами, но с энергией ещё в сотни раз большей, чем у тех, которые вызывают радиоизлучение!“
Трамвай тащился до Останкино минут 45. Я был в каком-то сомнамбулическом состоянии. За эти 45 минут я в уме выполнил весь теоретический расчёт этого излучения. Приехав домой, я тут же без единой помарки написал статью в „Доклады Академии наук“. Думаю, что это лучшая моя работа. Она вызвала настоящий взрыв дальнейших исследований во многих странах. Круги от этого взрыва расходятся до сих пор».
– Вот так, в трамвае, можно написать научную работу? – удивилась Галатея.
Дзинтара, которая тоже слушала историю Никки, улыбнулась:
– Сделать научное открытие можно очень быстро, но только при условии, что ты думал над проблемой долгие годы.
– Даже в переполненном трамвае! – добавил Андрей. – Но мне непонятно, что такое нетепловое оптическое излучение?
Никки ответила:
– Тепловое излучение – это излучение нагретого тела. Его спектр описывается формулой Планка, по которой можно вычислить, в каком соотношении находится видимое свечение и радиоизлучение космического объекта. Наблюдаемое излучение Крабовидной туманности никак не вписывалась в формулу Планка. Шкловский предположил, что радиоизлучение и оптическое свечение этой туманности связано с электронами, которые вращаются вокруг линий магнитного поля и излучают не как нагретое тело Планка, а скорее как контур Герца. На них не распространяется формула Планка, поэтому Шкловскому удалось согласовать наблюдения со своей новой теорией.
Гостья продолжила:
– Шкловский исследовал самые разные излучения космических объектов: от радиоволн до рентгена. Например, он заинтересовался рентгеновским излучением космического объекта Скорпион X-1. В апреле 1967 года Шкловский опубликовал статью, в которой доказывал, что это излучение рождается при падении газа на нейтронную звезду.
Никки откинулась на спинку кресла и задумчиво, даже с некоторой мечтательностью заговорила:
– Нейтронная звезда – последняя ступенька перед чёрной дырой. Стоит звезде в несколько раз увеличить свою массу, и она сколлапсирует, сожмётся до радиуса чёрной дыры, который вычислил немецкий астроном Карл Шварцшильд. Уровень искривления пространства вокруг нейтронных звёзд и чёрных дыр сопоставим, но нейтронные звёзды с их излучениями гораздо легче исследовать, чем невидимые чёрные дыры.
Нейтронная звезда – изумительно красивый объект. Его раскалённая поверхность состоит из полимерного железа, которое в миллион раз прочнее земной стали. Под этой корой простираются слои сверхтекучей нейтронной жидкости и сверхтяжёлых радиоактивных ядер, которые нестабильны в земных условиях. Ещё глубже нейтронная звезда представляет собой многокилометровый шар из ядерной материи или гигантское атомное ядро, которое не укладывается в обычную таблицу Менделеева.
Нейтронные звёзды относятся к чёрным дырам, как девушка с красивой прической к лысой женщине. Физики так и говорят: «Чёрные дыры не имеют волос». В отличие от нейтронных звёзд, чёрные дыры – предельно вырожденные объекты, у которых для внешнего наблюдателя доступны лишь несколько параметров: масса, скорость вращения и электрический заряд.
Поэтому нейтронные звёзды, которые наблюдаются на небе как пульсары, надолго останутся главной природной лабораторией для изучения искривлённого пространства. Если в каждый момент мы наблюдаем только половину Солнца, пульсар посылает нам лучи с поверхности раза в полтора большей, чем передняя полусфера, – из-за искривления пространства мы видим не только переднюю половину пульсара, но и часть задней.
Тут Никки спохватилась:
– Вернёмся к Шкловскому. Когда он опубликовал свою статью о Скорпионе X-1, пульсары ещё не были открыты – только через несколько месяцев, в июне 1967 года, английская аспирантка Джоселин Белл поймала первый сигнал от пульсара. Сейчас изучение пульсаров является одним из самых интересных направлений в астрономии, и все исследователи согласны со Шкловским в том, что рентгеновские пульсары получают свою энергию из падения вещества на поверхность нейтронной звезды.
Но Иосиф Самуилович был не просто астрономом-исследователем. Он был человеком космической эры, который всерьёз размышлял об обитаемости Вселенной и инопланетных цивилизациях. Он вспоминал октябрь 1961 года: «За четыре года до этого был запущен первый советский спутник, и энтузиазм, вызванный этим памятным событием, не остывал. Тогда наши космические дела были на подъёме. Только что мир стал свидетелем феерического полёта Гагарина. Позади был восторг, вызванный зрелищем обратной стороны Луны. Неизгладимое впечатление произвёл наш первый успешный полёт к Венере. Постоянно во мне жило ощущение, что я участник грандиозных по своей значимости исторических событий. Гордость и восторг переполняли меня».
Шкловский активно участвовал в развитии космонавтики. Для наблюдения ракет, летящих к Луне, он предложил идею «искусственной кометы». Лунник в полете должен был выпускать небольшие порции атомов натрия, светившиеся в лучах Солнца ярким жёлтым светом и показывавшие траекторию космического аппарата. Шкловский так описал испытание «искусственной кометы», которое он наблюдал с космодрома Капустин Яр после старта ракеты: «Светящаяся точка – ракета – перестала быть видимой. Неужели катастрофическая неудача? И вдруг прямо в зените блеснула яркая искра.
А потом по небу, как чернила по скатерти, стало расползаться ослепительно-красивое, ярчайшее пятно апельсинового цвета. Оно расплывалось медленно, и через полчаса его протяженность достигла 20 градусов. И только потом оно стало постепенно гаснуть…»
– Наверное, это светилась знаменитая двойная линия натрия, так называемый «проходимец»! – блеснул эрудицией Андрей.
Никки кивнула, ничуть не удивившись:
– За проект «искусственной кометы» Шкловский получил Ленинскую премию – высшую научную награду Советского Союза.
В 1962 году, к пятилетию запуска первого спутника Земли, Иосиф Шкловский опубликовал книгу «Вселенная. Жизнь. Разум», в которой обсуждал возможность существования инопланетных цивилизаций и проблемы связи с ними. Книга быстро стала широко известной, выдержала несколько переизданий и была переведена на английский язык. В ней учёный пришёл к выводу, что высокоразвитых цивилизаций, подобных земной, в нашей Галактике может и не быть.
– Как так не быть?! – опешила Галатея.
– Логика Шкловского была убедительна. Он отмечал: «Отличительная особенность разума – необычайно короткая временная шкала его развития. У вида Homo sapiens эта шкала исчислялась вначале сотнями и десятками тысяч лет. Однако с наступлением технологической эры темп развития катастрофически ускорился. Вид, наделённый разумом, выходит из равновесия с биосферой и вступает в фазу взрывной экспансии. На этой фазе развития разум перестает быть одним из средств, обеспечивающих выживание вида. Он становится могучим самостоятельным фактором».
– Что это значит? – спросила озадаченная Галатея.
– Например, что разумный человек должен выйти в космос и начать неограниченное завоевание Галактики, – ответила Никки.
– Это же очевидно, – удивилась Галатея. – Мы так и поступим!
– Шкловский продолжал: «Но в таком случае мы наблюдали бы космические проявления разумной жизни, т. е. своего рода „космические чудеса“. И здесь мы подходим к основному пункту: несмотря на неимоверно возросшую эффективность наших телескопов и приёмников радиации во всем диапазоне электромагнитных волн, никаких „космических чудес“ обнаружить не удалось. А ведь современная астрономия стала всеволновой! Не видно на небе никаких „сфер Дайсона“, не слышно позывных наших предполагаемых „братьев по разуму“, не наблюдаются следы космической строительной деятельности, никто никогда не посещал нашу старушку Землю…»
– Что такое сфера Дайсона? – спросил Андрей.
– Сейчас Земля перехватывает только ничтожную долю солнечного излучения, остальная световая энергия бесполезно улетает в космос. Сфера Дайсона названа по имени американского учёного Фримана Дайсона, который предложил данный астроинженерный проект. Это искусственная сфера вокруг звезды, которая перехватывает и использует всё её излучение. Сферы Дайсона должны светиться в инфракрасном диапазоне с нетипичным спектром, но таких объектов не было обнаружено.
– А если сверхцивилизациям вовсе не нужны сферы Дайсона? – спросил Андрей.
– Может быть. Нам трудно представить технологию и мышление цивилизации, которая опередила нас на тысячи или даже миллионы лет. Она может использовать другие источники энергии и совсем иначе, чем мы себе представляем. Кроме того, сфера Дайсона – весьма неустойчивый объект, строительство которого сопряжено с массой проблем.
Из отсутствия признаков деятельности сверхцивилизаций в космосе Иосиф Шкловский сделал вывод, что в обозримой Вселенной мы являемся практически единственной разумной расой с высоким уровнем технологического развития.
– Я не согласна! – воскликнула Галатея. – Не может быть, что мы одиноки во Вселенной! Такое космическое одиночество было бы странным… и даже ужасным…
– С Иосифом Шкловским многие не согласились, а известный польский фантаст Станислав Лем вступил с ним в публичную полемику. Лем и другие оппоненты Шкловского обоснованно считали, что нам трудно предсказать, какого рода астроинженерная деятельность будет присуща высокоразвитой цивилизации. Мы просто не знаем, что нам искать в космосе в качестве признаков инопланетян!
Шкловский настаивал: «„Молчание“ космоса представляет собой важнейший научный факт. Он требует объяснения, так как находится в очевидном противоречии с концепцией неограниченно развивающихся могучих сверхцивилизаций».
– Как сам Шкловский объяснял отсутствие других цивилизаций? – спросил Андрей. – Что произошло с другими живыми существами в нашей Галактике? Неужели никто из них не стал разумным видом?
– Шкловский предполагал, что разум в космосе может сам себя уничтожить – разрушая природу вокруг и создав ядерное оружие, способное уничтожить цивилизацию на планете. Он полагал, что разум из полезного изобретения природы, из признака, способствующего выживанию вида, превращается в фактор гибели разумных существ как вида. Он писал: «…не все „изобретения“ в конечном счете являются полезными для данного вида. Природа слепа, она действует „ощупью“, методом „проб и ошибок“. И вот оказывается, что огромная часть „изобретений“ не нужна и даже вредна для процветания вида. Так возникают „тупиковые ветви“ на стволе дерева эволюции. Количество таких ветвей неимоверно велико. По существу, история эволюции жизни на Земле – это кладбище видов. Характерным признаком эволюционного тупика у некоторого вида служит гипертрофия какой-нибудь функции, приводящая к прогрессивно растущему нарушению гармонии. Вспомним чудовищно гипертрофированные средства защиты и нападения (рога, панцири и пр.) у рептилий мезозоя. Или, например, неправдоподобно развитые клыки саблезубого тигра. И невольно напрашивается аналогия: а не являются ли современные гипертрофированные в высшей степени противоречивые „применения“ разума у вида Homo sapiens указанием на грядущий эволюционный тупик этого вида? Другими словами, не является ли самоубийственная деятельность человечества (чудовищное накопление ядерного оружия, уничтожение окружающей среды) такой же гипертрофией его развития, как рога и панцирь какого-нибудь трицератопса или клыки саблезубого тигра? Наконец, не является ли тупик возможным финалом эволюции разумных видов во Вселенной, что естественно объяснило бы её молчание?»