____________________
Научные сказки Ник. Горькавого см. «Наука и жизнь» №№ 11, 12, 2010 г.; №№ 1-6, 9, 11, 2011 г.; №№ 6-10, 12, 2012 г.
— Люди часто мечтают попасть в сказку — начала рассказ королева Никки, — вырваться из серых будней и очутиться в мире могучих героев, подвигов, невероятных приключений и побед. Об этом думают и дети, и взрослые. Только учёные не мечтают о волшебном мире.
— Они не умеют мечтать? — удивилась Галатея.
Королева Никки покачала головой:
— Просто они уже нашли двери в мир чудес, потому что научились видеть невидимое или не замечаемое другими людьми. Много лет они осваивают умение проникать в суть вещей и явлений, используя вместо волшебной палочки телескопы, микроскопы, математические уравнения.
— Телескоп помощнее волшебной палочки, — согласился Андрей, — это окно в другие миры, взгляд в глубины пространства и даже времени!
— Значит, телескоп — ещё и машина времени? — спросила Галатея.
— Конечно, — подтвердила Никки, — это настоящая машина времени, которая видит далёкое прошлое звёзд и галактик. Получается, что все учёные живут двойной жизнью: одна — обычная и всем понятная, другая — загадочная и по-настоящему волшебная.
Такой двойной жизнью жил и английский астрофизик Артур Стэнли Эддингтон. Со стороны казалось, что он ведёт спокойную, размеренную жизнь, подобающую профессору Кембриджа, прерываемую лишь научными экспедициями и поездками на конференции. Книги и беседы, трубка у камина, прогулки на велосипеде — на непосвящённый взгляд ничего примечательного. На самом деле Эддингтон в своей главной жизни был титаном и совершал подвиги, на которые не был способен никто другой. Он рассчитывал сроки жизни и смерти звёзд, изгибал пространство и время, определял судьбы Вселенной и создавал невидимые миры.
— Здурово! — восхитился Андрей.
— Уже в детстве Эддингтон выделялся среди сверстников. В футбол он играл как все, но в отличие от других обладал явным математическим талантом и выучил таблицу умножения до 24Ч24 раньше, чем научился читать. В возрасте четырёх лет во время вечерних прогулок он пробовал сосчитать звёзды на небе. Увлечённость большими цифрами осталась у Эддингтона на всю жизнь. Став учёным, он подсчитал даже общее число элементарных частиц во Вселенной.
Кроме математики юный Стэнли увлекался астрономией и с десяти лет много времени проводил у небольшого телескопа, который ему одолжил учитель. За школьные годы он написал тринадцать рефератов по астрономии. В пятнадцать лет Эддингтон выиграл стипендию для обучения в колледже Манчестера, чем смутил администрацию колледжа: с их точки зрения, мальчик был слишком юн для студента.
— Знай наших! — радовалась Галатея рассказу Никки.
— Эпидемия тифа унесла отца Эддингтона, когда Стэнли исполнилось всего два года. Семья жила очень небогато, но юноша проявлял столь яркие таланты, что зарабатывал всё новые и новые стипендии для обучения и даже поступил в легендарный Тринити-Колледж в Кембридже, где учились в своё время Ньютон, Максвелл и Рэлей.
Талантливый молодой человек не был затворником. В студенчестве он выучил французский, немецкий и итальянский языки и читал Мольера, Гёте и Данте в подлиннике. Он увлекался шахматами и велосипедом. Из его записных книжек биографы узнали, что за 1905 год он проехал на велосипеде более четырёх тысяч километров, а в возрасте пятидесяти пяти лет преодолел двести километров между Ланкастером и Кембриджем. Ездил Эддингтон чаще всего в одиночестве: длинные велосипедные путешествия позволяли ему размышлять о загадках Вселенной.
Студентом Эддингтон посещал математические семинары, но его нередко видели на них читающим статьи по гравитации. Обычного потока информации Стэнли явно не хватало, — он успевал следить за происходящим и просматривать сложные научные труды.
Став профессором Кембриджа, Эддингтон опубликовал книгу о звёздах и строении Вселенной. В это время Эйнштейн в Германии создал общую теорию относительности. Но Европа была охвачена войной, научные связи между Англией и Германией прерваны. И всё же космологу Виллему де Ситтеру, живущему в нейтральных Нидерландах, удалось переправить Эддингтону копии трудов Эйнштейна и своих статей.
Блестящие математические способности помогли Эддингтону быстро освоить теорию Эйнштейна и в 1918 году опубликовать первое в мире англоязычное изложение эйнштейновской теории гравитации. В том же году британское правительство призвало Эддингтона в армию — европейский фронт требовал всё новых солдат. Молодой человек, принадлежавший по религиозным убеждениям к протестантам-квакерам, которые проповедовали пацифизм, отказался брать в руки оружие, но выразил готовность работать в Красном Кресте или на сборе урожая, если страна сочтёт это более полезным занятием, чем быть профессором астрономии. Ему дали отсрочку, а через несколько месяцев война закончилась.
Эддингтон стал признанным экспертом в теории относительности Эйнштейна и приобрёл в этой области авторитет, сопоставимый с авторитетом самого автора. Теория Эйнштейна предсказывала искривление света звезды возле Солнца. Наблюдать звезду возле диска нашего светила можно было только в случае полного солнечного затмения. И такая возможность представилась. Чтобы проверить предположение Эйнштейна, Эддингтон возглавил экспедицию на остров Принсипи возле западного берега Африки, где 29 мая 1919 года ожидалось полное солнечное затмение.
В назначенный день на острове Принсипи разразился ливень. Лишь перед самым затмением небо очистилось, и то не до конца. Эддингтон стремительно менял фотопластинки в приборе. За несколько минут он успел сделать шестнадцать снимков Солнца и его окрестностей. Звёзды были видны лишь на шести проявленных фотопластинках.
В последующие ночи учёный делал контрольные снимки, а потом приступил к измерениям смещения звёзд на разных фотопластинках. Пять из шести оказались слишком низкого качества, и лишь одна пластинка показала смещение звезды, близкое к предсказанному Эйнштейном. Эддингтон вспоминал этот день, как самый впечатляющий момент своей жизни. Именно тогда он получил прямое подтверждение того, что пространство нашего мира искривляется возле звёзд и планет. Он держал в руках не стеклянную пластинку, покрытую фотоэмульсией, а разгадку тайны земного тяготения и силы, которая управляет Вселенной. — Только учёные могут так радоваться ничтожному смещению маленькой точки! — подумала вслух Галатея.
— Потому что учёные, в отличие от других людей, понимают, что это означает! — ответил Андрей. — Вот и весь секрет их волшебства.
Никки продолжила:
— Эддингтон сообщил об успехе экспедиции телеграммой. Весть о том, что Эйнштейн оказался прав, разлетелась по первым страницам главных газет всего мира: «Наше пространство искривлено!»
Эйнштейн стал всемирно знаменит. Его предыдущая известность в научных кругах не шла ни в какое сравнение с пришедшей славой. Но среди учёных, конечно, оказалось немало скептиков. Они указывали на недостаточность данных, ведь теорию Эйнштейна подтвердила всего одна фотопластинка невысокого качества.
Через три года в Австралию отправилась экспедиция из Ликской обсерватории во главе с её директором Уильямом Кэмпбеллом, чтобы ещё раз сфотографировать звёзды возле Солнца в момент затмения. Новые данные полностью подтвердили результат экспедиции Эддингтона. Консервативный Кэмпбелл не относился к числу сторонников Эйнштейна и надеялся (как он потом сам признавался), что звёзды откажутся подтверждать странную теорию об искривлении пространства. Но звёзды оказались с характером и не послушались Кэмпбелла.
Вселенная окончательно соскользнула с евклидовой неподвижной плоскости и погрузилась в изогнутые пространства Римана. Эддингтон опубликовал монографию «Математическая теория относительности», о которой Эйнштейн отозвался так: «Наилучшее изложение предмета!» В этой книге автор обсуждал исключительно трудный и спорный вопрос о том, что гравитационная энергия, в отличие от энергии электрического поля, не может быть математически описана с такой же долей объективности. И он увидел выход в том, чтобы отказаться от неоспоримого для физиков закона сохранения энергии. Он писал: «После того как был найден принцип сохранения энергии, физики превратили его практически в определение энергии, так что энергия рассматривалась как нечто, подчиняющееся закону сохранения… Подобный способ в свете новейших исследований оказался очень неудачным».
Учёный сделал смелое заключение о том, что энергия в общей теории относительности сохраняется не во всех случаях, зато она подчиняется более общему закону изменения, что «является, с нашей новой точки зрения, более простым и значительным, чем простое сохранение».
Эйнштейн был согласен с Эддингто-ном, но в обсуждении проблем почти не участвовал. В это время он работал над единой теорией поля, которая должна была «уничтожить» не только энергию, но и саму материю, оставив вместо неё лишь сложным образом искривлённое пространство.
— Как это? — не поняла Галатея.
— Я сама буду состоять из искривлённого пространства?
— Да, Эйнштейн полагал, что может описать элементарные частицы, из которых состоишь и ты, и все мы, как некие сгустки искривлённого пространства.
— Всё равно непонятно! — настаивала Галатея.
— Возьми носовой платок: когда ты разгладишь его на столе, то получишь ровное пространство, а если свяжешь в узел, то получишь нечто вроде частицы.
— То есть частицы — это такие кульки или узлы из пространства-времени? — переспросил Андрей.
— Да. Но Эйнштейну не удалось построить желаемую теорию — такое случается даже с самыми умными учёными. А ещё были проблемы с тем, как научный мир воспринимает его взгляды. Так что ему, впрочем как и Эддингтону, приходилось часто сражаться с непониманием некоторых учёных.
Среди астрономов Эддингтон известен и как создатель теории строения звёзд, автор книги, ставшей классической. Одна из моделей звёзд так и называется: «модель Эддингтона». Учёный доказал, что баланс звезды зависит не только от гравитации и давления газа, но и от светового давления, — на Солнце оно достигает одной десятой от давления солнечного газа. А в массивных звёздах давление излучения вообще становится главной причиной, удерживающей звезду от быстрого сжатия (падения в саму себя).
У Эддингтона был постоянный оппонент — авторитетнейший британский физик и астроном сэр Джеймс Джинс. Современники вспоминали их споры как «битвы титанов».
Вот один из примеров. Эддингтон оценил температуру в центре звезды в сорок миллионов градусов и первый предположил, что источник энергии звёзд — это субатомные превращения элементов, говоря современным языком, термоядерные реакции синтеза ядер водорода и гелия. Многие опять его не поняли, ведь Эддингтон опередил время лет на двадцать. Скептицизм физиков и астрономов понятен: согласно тогдашним теоретическим представлениям, реакции ядерного синтеза требовали гораздо больших температур. Яростнее всех спорил сэр Джеймс Джинс. Эддингтон ядовито говорил скептикам и сэру Джеймсу:
— Вам недостаточно сорока миллионов градусов? Идите поищите местечко погорячее! Это означало: «Идите в ад!» или «Идите к чёрту!»
Как рассказывал сам Эддингтон, вечером того дня, когда он сделал своё открытие — догадался об атомном источнике энергии звёзд, — он сидел на скамейке с девушкой. Она сказала: «Посмотри, как красиво светят звёзды!» На что учёный ответил: «Да, и в данный момент я — единственный человек в мире, который знает, почему они светят».
Эддингтону пожаловали рыцарское звание, его выбрали президентом Королевского общества и Международного астрономического союза. Но мировая слава, открытие главного секрета звёзд и звание лучшего знатока общей теории относительности не остановили его научной мысли.
Конец жизни Эддингтон посвятил поиску теории происхождения семи мировых констант: скорости света, постоянной Планка, гравитационной постоянной, масс протона и электрона, заряда электрона и космологической постоянной. Его мечта — найти одно глобальное уравнение, решение которого дало бы миру нужные численные константы, — превосходила по масштабности и дерзости все другие проблемы человечества. Пока никто из учёных не нашёл какого-либо реалистичного подхода к её решению и никто не знает, насколько Эддингтон опередил развитие физики — на двести лет или на триста? Он не смог решить поставленную задачу, но сформулировал её, что зачастую бывает не менее важно, чем найти решение!