Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры - Миллер Артур (книги хорошем качестве бесплатно без регистрации txt) 📗
Историки науки могут возразить, что такой подход несколько затушевывает образ мышления великого ученого — все-таки он был человеком XVII века и чрезвычайно интересовался библейской хронологией и алхимией. Р. Вестфолл, один из ведущих исследователей Ньютона, охарактеризовал «„Начала“ Ньютона для общего чтения» как «обязательное чтение», хотя и добавил: «Историки науки найдут, что она сбивает с толку». К счастью, этот отзыв был опубликован лишь в 1996 году, и Чандра, конечно, о нем не узнал.
Затем он завершил свое эссе о Моне и общей теории относительности. А потом чувствовал, что жизнь подходит к концу. Хотя ему было что еще сказать людям. В 1987 году он опубликовал несколько статей о взаимосвязи искусства и науки, которые потом были изданы в сборнике под элегантным названием: «Эстетика и мотивация в науке».
Чандра любил читать биографии известных людей. Находя различия и сходства в творчестве художников, писателей и ученых, он обнаружил, что они могут продолжать работать и создавать прекрасные произведения даже в пожилом возрасте. Правда, у всех это происходит по-разному. В 42 года Ньютон отказался от серьезных научных исследований. После того как Джеймсу Клерку Максвеллу исполнилось 35, этот великий ученый, объединивший электричество, магнетизм и свет, не смог сделать ничего, что соответствовало его предыдущим достижениям, а Эйнштейн не выдвинул никаких великих теорий после 36 лет. Чандра сравнивал их с лордом Рэлеем, который на протяжении своей долгой карьеры стремился внести ясность и математическую строгость во все свои теории, начиная от электричества и магнетизма до теорий о возникновении света, тепла и звука. И Чандра пришел к горькому выводу — самым важным из его открытий было самое первое, как посчитал и Нобелевский комитет. Но как же быть с другими его открытиями, не менее фундаментальными, чем работы лорда Рэлея?
Чандра считал, что важность научных исследований не имеет ничего общего с их практической пользой или понятностью для обывателей. Он всегда помнил, что сказал ему однажды Г. X. Харди в Кембридже: «Если кто-нибудь спросит вас, почему вы астроном и какая польза может быть от астрономии, то правильный ответ будет таким: астрономия бесполезна, и моя работа, вероятно, никому не нужна, но я убежден: то, что я делаю как астроном, — самая важная часть моей жизни. Да, я женат, получаю зарплату, брюнет, любим моими близкими, — но все это не имеет никакого значения для других. Зато моя профессиональная деятельность представляет ценность для отдельных людей, как бы мало их ни было, и имеет огромную ценность для меня. Ведь важно только то, что вы добавили к всеобщему знанию». Для Чандры, который всегда был одиночкой и никогда не считал себя частью астрономического истеблишмента, это высказывание Харди было вполне приемлемым объяснением смысла его исследований.
Чандра всегда любил живопись и литературу. Он считал, что искусство помогает совершенствовать науку. В своем эссе о Моне он рассуждал о красоте общей теории относительности Эйнштейна, «поскольку ученые обычно не стремились разъяснять красоту ее деталей». Он задавал себе вопрос: «Можно ли оценивать научные теории как произведения искусства?» — и напомнил о двух уже данных на него ответах. Первый из них принадлежит великому английскому философу Фрэнсису Бэкону: «Не может быть совершенной красоты, у которой не нарушены пропорции. В истинной красоте всегда есть изъян». Второе принадлежит Гейзенбергу, герою его юности: «Красота есть соответствие частей друг другу и целому». По мнению Чандры, критерий Гейзенберга применим и к искусству и к науке.
В общей теории относительности кажется «странным», что она связывает объекты, которые ранее считались совершенно несвязанными, а именно структуру пространства и материю в этом пространстве. Большие массы и очень плотные объекты, такие как белые карлики и нейтронные звезды, искажают пространство вокруг себя. (Стивен Хокинг преподнес еще больше сюрпризов, когда использовал квантовую механику для рассмотрения черных дыр и обнаружил, что они со временем — испаряются! Правда, за огромное время — триллионы и триллионы лет — дольше, чем предполагаемое время жизни нашей Вселенной [89]). Для Чандры решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна по методу Керра было еще одним примером красоты науки, которую он проанализировал в своем эссе о Моне и общей теории относительности. Первоначальное решение Керра было математическим упражнением для анализа состояния пространства и времени вблизи вращающейся сферы, но последующие исследования показали, что эта сфера в реальности является вращающейся звездой внутри вращающейся черной дыры. Описание черных дыр с помощью всего лишь массы и спина потрясло астрофизиков. Чандра заявил: «Существует множество примеров, когда красивая идея, родившись в человеческом сознании, обязательно находила, рано или поздно, подтверждение своей верности в окружающем нас мире. Мне кажется, это весьма здравая мысль».
Моне был любимым художником Чандры. Глядя на картины со стогами сена и с Руанским собором глазами математика, Чандра видел вечные, неизменные образы, сотканные из света и цвета. «Для меня пейзаж не существует сам по себе — живым его делает все, что его окружает», — цитировал он Моне. Согласно общей теории относительности, структура пространства-времени определяется его геометрией и описывается сложными уравнениями. Как и художники, ученые работают с цветом, формой и симметрией. Для них геометрия и уравнения играют ту же роль, что свет и цвет для художника, — с их помощью можно описать существующую реальность.
Погружаясь в исследования черных дыр, Чандра вдохновлялся работами Пенроуза о сталкивающихся гравитационных волнах. Удивительным образом математические расчеты показывали, что после столкновения волны отражаются друг от друга, затем коллапсируют и образуют сингулярность — подобно происходящему в черной дыре. Этот результат можно было бы сравнить с открытием Чандры пятидесятилетней давности. Глубокое понимание сложного математического аппарата общей теории относительности привело Чандру к мысли, что теория встречных волн может быть построена подобно теории черных дыр. Чандра сумел обойтись без громоздких математических вычислений, которые описывают гравитационные волны, потому что структура пространства-времени после столкновения гравитационных волн подобна вращающейся черной дыре.
Картины Моне натолкнули Чандру на эффектный способ описания неожиданного сходства черных дыр и сталкивающихся гравитационных волн. Он выписал сложные уравнения этих двух явлений как две «картины», описанные с помощью метрик Керра, хотя внешне они полностью отличаются, как и два пейзажа Моне с Руанским собором.
С невероятной математической виртуозностью Чандра показал, что оба набора уравнений могут быть записаны «просто» как уравнение E = p + iq об искажении пространства-времени. «Это замечательный факт, — записал он, — весь набор уравнений в обеих картинах можно свести к одному и тому же уравнению». Не обсуждая смысла символов, скажем, что E — это блестящий «неизменный объект» Чандры [90]. Уравнение связывает два совершенно различных аспекта изучения звезд. Свойства черных дыр и рассеяние гравитационных волн — две стороны одной и той же общей теории, связанные математической величиной E. В этом уравнении проявилась красота общей теории относительности, и Чандра был чрезвычайно взволнован возможностью такого столь неожиданного упрощения. В своем эссе о Моне он процитировал изречение Гейзенберга о красоте науки: «Если природа приводит нас к простым и красивым математическим формам, ранее никому не встречавшимся, то легко поверить, что они истинны и раскрывают подлинную ее сущность».
Однако коллеги не разделяли энтузиазм Чандры. Валерия Феррари вспоминала: «Думаю, он был сильно разочарован, что они не смогли в полной мере оценить и понять глубину физической идеи — объединения этих теорий (черных дыр и сталкивающихся гравитационных волн) в одном представлении, результат, который он считал главным своим достижением». В книге «Математическая теория черных дыр» Чандра рассказывал о своих разговорах со скульптором Генри Муром — они обсуждали, как надо смотреть на скульптуры, с близкого расстояния или издалека. Мур считал, что скульптуру нужно рассматривать со всех расстояний — так красота раскрывается более полно. Подобно статуе Микеланджело, для Чандры «математическое совершенство черных дыр также проявляется особым образом на каждом уровне понимания». И в этом — их своеобразная красота.
