– Очень мрачный взгляд! – сказал Андрей.
– Лучше знать мрачный прогноз заранее – это даёт шанс его избежать. Ведь Шкловский считал проблему «молчания» космоса актуальной не только для астрономии, но и для предсказания будущего земного человечества: «Речь идет о реальном анализе перспектив развития человечества на достаточно долгий срок. Отсюда следует, что проблема внеземных цивилизаций – проблема не только астрономическая, техническая и биологическая, но и социологическая, вернее футурологическая».
– Если мы узнаем, почему космос «молчит», то поймём, какие опасности грозят разумному виду на пути его быстрого развития? – спросил Андрей.
– Да, это наш шанс избежать таких опасностей, – согласилась Никки.
– Шкловский жил давно. Неужели мы до сих пор не знаем, почему космос «молчит»? – удивилась Галатея.
– Нет, не знаем. Это сверхзагадка, которая за последние десятилетия стала ещё загадочнее. Астрономы установили, что только в нашей Галактике существует 100 миллиардов планет и, как минимум, миллиард из них расположен в «обитаемой зоне» – на таком расстоянии от звезды, где есть комфортная температура и вероятно наличие жидкой воды. Поэтому в Млечном Пути существуют сотни миллионов планет, на которых может возникнуть жизнь. Отсюда следует, что в Галактике должны возникнуть тысячи, а то и миллионы разумных рас. Почему же они молчат? Я часто думаю над проблемой «молчащего» космоса, которую называю проблемой Шкловского. Может, лишь немногим дано выйти в космос и овладеть космической радиосвязью? Или биологические смертные организмы на определённой стадии становятся кибернетическими бессмертными конструкциями и теряют присущие живым существам любопытство, стремление завоёвывать новые пространства? Или разум быстро переселяется в компьютеры и окукливается в виртуальном пространстве игровой жизни, где легко достичь воображаемого прогресса, и утрачивает интерес к реальному развитию? Полагаю, что проблема Шкловского исключительно важна – от её решения может зависеть судьба человечества.
– Мы тоже хотим думать над молчанием космоса! – заявила Галатея. – А ещё лучше – найти возле других звёзд братьев по разуму и подружиться с ними!
Никки вздохнула и сказала:
– Прежде чем искать дружбы с инопланетянами, хорошо бы научиться жить в мире с соседями по своей планете.
Примечания для любопытныхИосиф Самуилович Шкловский (1916–1985) – известный советский астрофизик, исследователь космических радио– и рентгеновских излучений, популяризатор науки. Лауреат Ленинской премии и член-корреспондент Академии наук СССР.
Крабовидная туманность – туманность, возникшая на месте взрыва сверхновой звезды. Этот взрыв в 1054 году наблюдали арабские и китайские астрономы. Туманность расположена на расстоянии в 6500 световых лет от Земли и расширяется со скоростью 1500 км/сек.
Виталий Лазаревич Гинзбург (1916–2009) – выдающийся советский и российский физик-теоретик. Академик АН СССР и лауреат Нобелевской премии по физике (2003).
Таблица Менделеева – таблица химических элементов, созданная Д. И. Менделеевым (1834–1907) в 1869 году. В ней химические элементы рассортированы по заряду атомных ядер (по числу протонов в них).
Скорпион Х-1 – самый сильный источник рентгеновского излучения на нашем небе (не считая Солнца). Находится в созвездии Скорпиона, на расстоянии в 9000 световых лет от Земли.
Радиус Шварцшильда – радиус чёрной дыры, полученный при решении уравнений Эйнштейна выдающимся немецким астрофизиком Карлом Шварцшильдом (1873–1916). На этом радиусе сила гравитации так велика, что свет с поверхности чёрной дыры не может улетать в космос.
Джоселин Белл (р. 1943) – знаменитая английская исследовательница, открывшая пульсары. Она не получила за это Нобелевскую премию, хотя её соавтор и научный руководитель – получил.
Фримен Дайсон (р. 1923) – известный американский физик-теоретик английского происхождения, профессор Принстонского университета. Кроме работ в области квантовой электродинамики, известен проектом «Сфера Дайсона».
Станислав Лем (1921–2006) – знаменитый польский писатель-фантаст, философ и футуролог. В книге «Сумма технологии» он полемизировал со Шкловским о возможности существования инопланетных цивилизаций.
Футуролог – специалист, пытающийся на научной основе предсказать будущее цивилизации.
Сказка о весёлом физике Гамове и о холодном дыхании горячей Вселенной
На следующий день Никки продолжила свои истории:
– Эта история началась в Одессе под артиллерийскую канонаду.
– Сегодня ты не пойдешь в школу – опять стреляют. Как бы десант не высадили… – озабоченно сказал отец сыну.
Георгий Гамов, родившийся в Одессе в 1904 в семье учителя гимназии, выросший во время Первой мировой войны и российской революции, впоследствии вспоминал: «Моё обучение носило спорадический характер, поскольку занятия часто отменялись, когда Одессу обстреливали вражеские корабли или когда греческие, французские, английские экспедиционные войска шли в штыковые атаки по главным улицам города на белые, красные и даже зелёные русские военные силы или когда русские войска различных мастей сражались между собой…»
Георгий увлекался физикой, астрономией и биологией; закончил школу в 1921 году. Одесский университет в те неспокойные годы не мог похвастать высоким уровнем обучения. Гамов решил поступать в Петроградский университет, где, как он слышал, возрождалась физика после застоя в революционные годы. Его отец продал фамильное серебро, чтобы дать сыну деньги на дорогу.
Худой, длинный – ростом выше двух метров – и никогда не унывающий, как истинный одессит, Гамов добрался до хмурого Петрограда и в 1926 году закончил физико-математический факультет университета. Юноша проявил себя талантливым теоретиком, и его приняли в аспирантуру, а в 1928 году отправили на полугодовую стажировку в Германию к Максу Борну. За эти шесть месяцев Гамов сделал своё первое серьёзное открытие, построив на квантовом принципе неопределённости теорию альфа-распада атомных ядер.
– Ничего не поняла! – воскликнула Галатея.
Никки объяснила:
– Атомные ядра состоят из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Протоны отталкиваются друг от друга из-за одинакового электрического заряда, поэтому вроде бы ядро должно распадаться. Но этому препятствуют мощные ядерные силы, которые притягивают ядерные частицы друг к другу. Фактически вокруг ядра атома построена стена, которая не даёт его обитателям «разбежаться». Тем не менее экспериментаторы установили, что тяжёлые атомные ядра могут претерпевать альфа-распад, то есть выпускать альфа-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов и являющуюся ядром атома гелия. Теоретики не могли понять, как альфа-частица преодолевает барьер из притягивающих ядерных сил, пробивают эту, на первый взгляд, непреодолимую стену.
– Это так же странно, как если бы спутник на поверхности Земли преодолел земное тяготение и вышел в космос без ракеты-носителя! – сказал Андрей и вопросительно посмотрел на Никки.
– Очень точное сравнение. Для решения проблемы альфа-распада Гамов учёл недавнюю работу де Бройля, согласно которой каждая частица является волной. Он показал: так как альфа-частица одновременно является и волной де Бройля, то она может оказаться снаружи потенциального барьера.
– То есть волна де Бройля может перехлестывать через стену? – уточнил Андрей.
– Верно. Эта работа принесла Гамову известность. Возвращаясь из успешной стажировки в Ленинград, Гамов на один день заехал в Копенгаген – повидаться с легендарным Нильсом Бором. После разговора с молодым учёным Бор предложил ему стипендию на годичное пребывание в своём институте. В результате Гамов пробыл в Европе до весны 1931 года, посетив Лейден, Кембридж и познакомившись со многими выдающимися учёными.
В Советский Союз Гамов вернулся в сиянии славы: о нём писали советские газеты, ему посвящали стихи. В марте 1932 года учёный, которому на тот момент исполнилось всего 28 лет, был избран членом-корреспондентом АН СССР. Он навсегда остался в истории самым молодым членом Академии наук.
Гамов стал инициатором создания первого в стране циклотрона – ускорителя элементарных частиц.
В 1931 году он женился на Любе Вохминцевой, выпускнице физмата МГУ.
Одновременно Гамова перестали пускать за границу: европейцы пригласили его на международную конференцию в Рим, но советские власти не разрешили ему выезд.
Уже привыкшему к европейской вольности учёному запрет категорически не понравился, и он стал искать возможность нелегального выезда вместе с женой. Перебрав разные варианты, летом 1932 года супруги Гамовы решили переплыть на лёгкой байдарке Чёрное море – из Крыма в Турцию. Однако сильные волны и встречный ветер помешали этому отчаянно смелому мероприятию. Через два дня шторм пригнал байдарку с измученными путешественниками к крымскому берегу возле Балаклавской бухты.
Уже привыкшему к европейской вольности учёному запрет категорически не понравился, и он стал искать возможность нелегального выезда вместе с женой. Перебрав разные варианты, летом 1932 года супруги Гамовы решили переплыть на лёгкой байдарке Чёрное море – из Крыма в Турцию. Однако сильные волны и встречный ветер помешали этому отчаянно смелому мероприятию. Через два дня шторм пригнал байдарку с измученными путешественниками к крымскому берегу возле Балаклавской бухты.
В 1933 году знаменитые учёные Нильс Бор и Поль Ланжевен пригласили Гамова стать делегатом от СССР на Сольвеевском конгрессе, ему чудом удалось выехать за границу вместе с женой – и он больше не вернулся в Советский Союз, за что в 1938 году был исключён из членов Академии наук. Есть мнение, что именно невозвращение Гамова стало причиной запрета на выезд за границу другим советским учёным, включая Петра Капицу, который в это время работал в Англии под руководством Резерфорда: Капица 13 лет жил в Кембридже вместе с женой Анной и двумя сыновьями, в 1934-м на какое-то время вернулся в СССР, и назад его не отпустили.
Впоследствии Пётр Капица стал основателем Института физических проблем и Московского физико-технического института (МФТИ) – одного из сильнейших университетов мира. В 1937 году он открыл явление сверхтекучести гелия, за что в 1978 году получил Нобелевскую премию по физике. Его сын Сергей тоже стал физиком и профессором МФТИ, а кроме того, в течение 39 лет был телеведущим великолепной научно-популярной программы «Очевидное – невероятное».
В 1934 году Гамов переехал в столицу США, где возглавил кафедру теоретической физики в Университете Джорджа Вашингтона. Там он подготовил ряд важных научных работ и совершил два дальновидных дела: в 1935 году взял на работу Эдварда Теллера, с которым познакомился в институте Бора, и организовал ежегодную конференцию по теоретической физике, на которую приглашали 20–30 известных физиков.
Выдающийся физик Эдвард Теллер, переехавший в Америку по приглашению Гамова и впоследствии сыгравший ключевую роль в создании атомной и термоядерной бомбы в США, так вспоминал свои годы в Вашингтоне: «Я ценил Гамова. Он генерировал по новой теории каждый день, что делало его подобием какой-то природной стихии. Но, если теория была бессмыслицей, как в большинстве случаев и оказывалось, можно было сказать об этом Гамову прямо, без околичностей. В отличие от многих гениев, Джо отбрасывал свои теории так же легко, как и создавал. В редких случаях, когда я не мог опровергнуть его идею, мы писали совместную статью. Обычно она была хорошей, потому что Гамов имел отличный вкус в выборе тем».
На конференции Гамова приезжали такие звёзды физики, как Бор, Ферми, Чандрасекар и Бете. В конференции 1938 года, посвящённой астрофизике и ядерным реакциям на Солнце, участвовали Критчфилд – студент Гамова – и уже видный физик Бете. Теллер вспоминал:
«В результате конференции Критчфилд сделал верное предположение о реакции между протонами как источнике солнечной энергии… Вскоре после конференции он (Ганс Бете) опубликовал важную работу по обсуждавшимся темам, описывающим роль, которую играет углерод в цикле звёздных термоядерных реакций. Эта работа сыграла существенную роль в Нобелевской премии Ганса».
Гамов был знаком с Эйнштейном. Он с юности интересовался общей теорией относительности и даже был учеником А. А. Фридмана до его трагической смерти. Беседы с Эйнштейном способствовали росту интереса Гамова к космологии. Его самым выдающимся научным достижением является горячая модель Вселенной, над которой он начал работать в 1946 году. В 1948 году Гамов ввел понятие Большого взрыва как начала расширения Вселенной в виде горячего облака «улема» – так учёный назвал гипотетическое протовещество из смеси нейтронов, протонов, электронов и квантов света. Он разработал реалистичную схему образования химических элементов во время Большого взрыва.
Гамов придерживался простой и элегантной схемы динамики Вселенной, включающей предыдущий цикл сжатия. В своей книге «Создание Вселенной» он писал:
«Мы можем задать себе два важных вопроса: почему наша Вселенная была в таком сильно сжатом состоянии и почему она стала расширяться? Простейший и математически наиболее корректный ответ состоит в том, что Большое сжатие, которое имело место в ранней истории нашей Вселенной, было результатом коллапса, который случился в ещё более раннюю эру, и что нынешнее расширение есть просто „упругий“ отскок, который начался, как только максимально возможная плотность была достигнута».
Концепция Вселенной, расширяющейся после сильного сжатия, безупречно красива, но механизм «упругого отскока» во времена Гамова был совершенно непонятен. Высказать соображение о таком отскоке до нахождения его реального механизма мог лишь такой смелый человек, каким был Гамов.
Роль яркой личности Гамова в космологии лучше всего характеризует знаменитый физик, нобелевский лауреат Альвен, известный противник теории Большого взрыва. С заметной досадой он отметил в своей книге «Космическая плазма»: «Эта „космология большого взрыва“ стала к настоящему времени общепринятой в основном благодаря энергичному характеру самого Гамова».
Некоторые учёные отвергали идею взрывного образования Вселенной, считая, что наблюдательный факт расширения Вселенной вовсе не означает того, что Вселенная раньше была маленьким и плотным объектом, впоследствии взорвавшимся. В том же 1948 году американские учёные Бонди и Голд выдвинули космологическую теорию, которая предполагала стационарное расширение Вселенной при постоянном равномерном возникновении материи без каких-либо взрывов (причина такого творения материи не указывалась).
Активным соавтором и пропагандистом этой теории был англичанин Фред Хойл, написавший в 1950 году, что наблюдаемое расширение Вселенной можно обеспечить, предполагая постоянное создание каким-то образом одного атома водорода в год в объеме «небоскрёба средних размеров». Интересно, что именно Хойлу принадлежит честь введения термина «Большой взрыв», хотя он использовал его с иронией и в отрицательном смысле: «Эта идея большого взрыва выглядит для меня неприемлемой…»
Теория Бонди-Голда потеряла своих сторонников после накопления новых наблюдательных данных, свидетельствовавших в пользу взрывного образования Вселенной, а броский термин «Большой взрыв» потерял ироничный оттенок.
Развивая теорию Большого взрыва, в 1948 году Гамов вместе со своим студентом Альфером и молодым учёным Херманом предсказал существование теплового излучения, оставшегося после остывания молодой и горячей Вселенной.
– А почему оно должно существовать? – спросила недоверчивая Галатея.
– Взрыв, породивший Вселенную, сопровождался вспышкой мощного электромагнитного излучения самых коротких длин волн. Это было очень горячее облако излучения – или облако излучения очень горячего тела – самой Вселенной. По мере своего расширения это облако остывало, а Вселенная превращалась в практически пустое тёмное место с островами из звёзд. Спустя миллиарды лет после Большого взрыва его тепловое эхо очень сильно остыло, и его стали называть «реликтовым», то есть «оставшимся от прошлых времён». Согласно оценкам Гамова, Альфера и Хермана, оно должно быть аналогично излучению чёрного тела с температурой всего в несколько градусов Кельвина.
Галатея задала уточняющий вопрос:
– То есть сейчас Вселенная светится как лампочка Планка, но очень холодная?
– Да. В 1950 году в популярной статье в «Физика сегодня» («Physics Today») Гамов назвал цифру в 3 градуса Кельвина, сделав тем самым необычайно точное предсказание.
Известный физик Стивен Вайнберг написал в своей знаменитой книге «Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной»: «Гамов, Альфер и Херман заслуживают колоссального уважения, помимо всего прочего, за то, что они серьёзно захотели воспринять раннюю Вселенную и исследовали то, что должны сказать известные физические законы о первых трёх минутах».
Джон Мазер, нобелевский лауреат 2006 года, получивший премию за исследования реликтового излучения, подробно обсуждает труды группы Гамова в книге «Самый первый свет», написанной вместе с Бослоу.
Во-первых, он отмечает его популярные книги:
«В 40-х годах Гамов, живя в Соединенных Штатах, стал хорошо известным за его популярные книги по физике и астрономии, такие как „Мистер Томпкинс в Стране Чудес“, „Раз, два, три… бесконечность“ – книги, которые вдохновили многих юных, включая меня, стать астрономами и физиками».
Во-вторых, он говорит о том, что Гамов, Альфер и Херман были реальными кандидатами на Нобелевскую премию за предсказание реликтового излучения и оценку его температуры, и детально обсуждает, почему этого не произошло.