©"Семь искусств"
  октябрь 2022 года

 334 total views,  5 views today

Легко видеть, что подход Гамова с сотрудниками кардинально отличался от подхода Хойла. Гамов пытался описать происхождение элементов в неравновесной расширяющейся Вселенной, а Хойл полагал, что почти все элементы образуются в звёздах, так что расширение ему не требовалось. Это «почти» потом оказалось имеющим очень важное значение, но пока для теории стационарной Вселенной были не самые худшие времена.

Виталий Мацарский

ОТ ЭЛЕМЕНТОВ К ВСЕЛЕННОЙ

(из книги* «Сэр Фред Хойл и драма идей»)

(окончание. Начало в № 9/2022)

То, что проблема происхождения элементов неразрывно связана с происхождением Вселенной было ясно не только Гамову, но и Хойлу. Однако Хойл полагал, что попытки Гамова объяснить относительную распространённость элементов, исходя из представления о «горячем» возникновении Вселенной, обречены на неудачу, а потому упорно размышлял над своей идеей образования элементов в ходе звёздного нуклеосинтеза, которая и привела к «нобелевской» работе 1957 года, хотя премия досталась одному лишь Вилли Фаулеру. Но теория звёздного нуклеосинтеза ничего не говорила о судьбе самой Вселенной, а эта проблема очень интересовала Фреда и его друзей.

После войны цены на недвижимость в Кембридже выросли и Фред с женой не могли позволить себе снять или купить там домик. Потому они поселились в нескольких километрах от Кембриджа, а холостяк Герман Бонди получил квартиру в колледже, где часто проводили вечера Хойл и Томас Голд. Их очень занимала проблема происхождения и эволюции Вселенной, и как вспоминает Голд:

«Фред постоянно спрашивал, что же на самом деле означает обнаруженное Хабблом разбегание галактик? Если они разлетаются, то не получится ли так, что пространство в конце концов останется совершенно пустым? А какова была плотность в начальный момент разбегания? И как вообще могли образоваться галактики, если пространство расширялось? Имя Хаббла упоминалось по сто раз на дню»[1].

Фред позднее вспоминал, что идея стационарной Вселенной, связанная с именами Бонди, Голда и Хойла, возникла у них после совместного просмотра году в 1946 фильма Dead of Night. Я разыскал этот фильм и, надо сказать, был озадачен — не смог понять, как такой наивный по теперешним временам «триллер», где последние кадры «ужастика» повторяют его первые кадры, намекая на замкнутую бесконечную петлю происходящего, мог вызвать столь далеко идущие ассоциации. А у Томми Голда такая ассоциация возникла и он спросил: «А что если так же устроена Вселенная?». Он имел в виду, что Вселенная может так же бесконечно разматываться во времени, возвращаясь от конца к началу, как в только что просмотренном фильме.

Идея вызвала оживлённое обсуждение, но не была отвергнута, как абсурдная. Она явно заслуживала дальнейшего рассмотрения. Вселенная тогда пребывала бы в своего рода устойчивом, стационарном состоянии, но поскольку её расширение было общепризнанным фактом, надо было объяснить, почему пространство не остаётся в конце концов пустым. И тут Томми Голд смело предположил, что материя вполне может порождаться во Вселенной.

В уже цитированном выше интервью 1978 года Голд вспоминал об этом так.

«Однажды я сказал, сначала Бонди: “Все считают, что материя образовалась в какой-то один момент времени в прошлом, поскольку это вроде бы очевидно”. Гамов тогда об этом много писал, но у него это всё как-то не склеивалось. Честно говоря, между нами, конечно, его аргументы не очень-то убеждали. Никто не принимал их всерьёз. Было совершенно очевидно полагать, что если что-то разлетается, то когда-то это что-то должно было быть в одном месте. И тогда я сказал: “Все думают, что всё возникло в один момент, а я не вижу, почему бы всё не могло порождаться постоянно, и тогда все проблемы с начальным моментом исчезают”. Всё просто может находиться в стационарном состоянии (я именно так и сказал), и расширение происходит как раз с той скоростью, с какой новая материя конденсируется в галактики».

В том же 1978 году Бонди со смехом рассказывал.

«Деталей я уже не помню, но, кажется, Томми правильно вспоминает, как реагировали мы с Фредом: “А, это одна из его дурацких идей, мы опровергнем её ещё до ужина”. Но ужин в тот день несколько запоздал. А потом мы все трое пришли к выводу, что идея в целом верна. Мы с Томми исходили из философских, а Фред из гораздо более общих соображений. Мы все согласились, что это нельзя опубликовать, идеи не публикуют, а построить что-нибудь у нас не получалось».[2]

После войны Бонди специализировался в области общей теории относительности, где и сделал себе имя. Голд особо теорией не интересовался, а потому в обсуждении результатов Хаббла и их связи с теорией относительности в основном участвовал Хойл. Эти дискуссии не были абстрактными или беспредметными. Дело в том, что в 1947 году с подачи Хойла Бонди получил от Королевского астрономического общества предложение написать обзор по космологии. Предложение было довольно неожиданным, поскольку раньше Бонди космологией не занимался, но он был известен как отличный математик и знаток общей теории относительности, на которой основывались главные космологические теории.

Бонди взялся за работу с энтузиазмом, изучил имеющуюся литературу, и в начале 1948 года в трудах Королевского астрономического общества вышел его обзор современной космологии.[3] В этом обзоре он обошёлся почти без формул и, как предупредил во введении, «рассматривал теории весьма критически, а потому подчёркивал недостатки, а не достижения». В конце статьи он выразил признательность МакКри и Голду, но, как ни странно, не Хойлу, с которым он, по его же более поздним воспоминаниям, имел продолжительные и жаркие дискуссии.

В ходе работы над обзорной статьёй по космологии Бонди напал на подход, который позволил бы опубликовать «непубликуемую» ранее голую идею. Голд всячески одобрил подход Бонди и принялся писать статью вместе с ним. Хойл был не в восторге от подхода своих друзей. Он полагал, что любая теория должна быть выражена в уравнениях, должна демонстрировать физический, а не философский подход, основывающийся на неком общем принципе. Так, на время их пути разошлись. Бонди и Голд писали свою статью, а Фред свою, в которой он хотел сформулировать полевую теорию, не противоречившую общей теории относительности.

Хойл первым закончил свою работу и тут же, не дожидаясь публикации, в начале марта 1948 года доложил её на семинаре в Кавендишской лаборатории, где, в частности, присутствовали Дирак и Гейзенберг. Позднее Хойл с удовольствием вспоминал, что Гейзенберг высоко отозвался о его докладе, сказав, что он был, пожалуй, самым интересным из всего услышанного им тогда в Кембридже.

Но доклад докладом, а работу следовало опубликовать. Фред направил её в Proceedings of the Physical Society, откуда вскоре получил вежливый ответ, сводившийся к тому, что тема статьи не вполне соответствует профилю журнала, её следовало бы направить в астрономический журнал, и вообще редакция испытывает нехватку бумаги. Последний аргумент возмутил Хойла, о чём он неоднократно вспоминал впоследствии, и он послал статью в США, в становившийся одним из ведущих журналов мира Physical Review. Там статью в принципе приняли, но потребовали её сильно сократить, от чего Хойл отказался и в конце концов послал её в редакцию журнала Королевского астрономического общества (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society). Фред, видимо, не хотел посылать её туда сразу, поскольку опасался негативной реакции — с британскими астрономами у него были сложные отношения. Однако, статья была принята сразу и целиком и довольно быстро напечатана.

Пока Фред пытался пристроить свою работу, Бонди и Голд времени также не теряли. Хотя они закончили свою статью позже работы Хойла, они сразу же отправили её в тот же журнал Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, где она была тут же принята к публикации секретарём Королевского астрономического общества Уильямом МакКри.

Через 30 лет после описываемых событий, в 1978 году МакКри вспоминал о них так.

«Я был секретарём Королевского астрономического общества, когда летом 1948 года на мой стол легла статья Бонди и Голда. В мои обязанности входило найти рецензента, но летом я найти никого не мог, а потому назначил рецензентом самого себя, а потом сам себе порекомендовал опубликовать эту работу». Тогда же он добавил: «Видите ли, в те времена многие относились к космологии весьма скептически, а некоторых она просто потешала. Дело в том, что все эти модели Леметра и Фридмана выглядели, как игрушки, к которым не относились всерьёз. Теория же стационарной Вселенной с научной точки зрения показалась мне очень привлекательной»[4].

Практические астрономы имели все основания поглядывать на потуги теоретиков с иронией. Астрономы-то знали, что имеют дело с вполне реальными, хорошо различимыми объектами — кометами, планетами, звёздами, галактиками, туманностями, а теоретики баловались моделями, в которых содержимое Вселенной рассматривалось, как идеальный газ, где роль молекул играли галактики, и где царил космологический принцип, согласно которому Вселенная однородна и изотропна.

Помимо научной привлекательности мог быть ещё один фактор, благодаря которому МакКри так благосклонно отнёсся к статье Бонди и Голда, а заодно и Хойла. Это, конечно, мой домысел, но история всё же достаточно занятна.

Зима 1946–1947 годов выдалась в Великобритании очень суровой. Во многих местах выпало больше 2 метров снега. Температура часто опускалась до минус 20 градусов по Цельсию. Поезда почти не ходили, на расчистку путей были брошены войска. Электричество поступало с перебоями, так как запасы топлива на станциях заканчивались, а подвозить его не удавалось. Для ещё не оправившейся после войны страны ситуация сложилась очень тяжёлая. Рационы по ещё не отменённым карточкам были урезаны, радио работало эпизодически, а телевидение вообще замолкло; газеты выходили на одной полосе, печать многих журналов была приостановлена из-за нехватки бумаги (так что Хойл напрасно возмущался отказом напечатать его статью). Английские дома были плохо приспособлены к холоду; тогда почти все они топились углём, а угля катастрофически не хватало — даже когда железнодорожные пути на основных магистралях расчистили, оказалось, что на многих складах уголь смёрзся в огромные глыбы, которые не удавалось разбить. Короче говоря, страна замерзала.

Так же обстояло дело и в Кембридже, и секретарь Королевского астрономического общества был не в лучшем положении, чем другие. К тому времени МакКри уже был немного знаком с тройкой друзей, в частности с Бонди. А у Бонди в Лондоне была тётушка — хозяйка художественной галереи. То ли в благодарность за что-то, то ли в уплату чего-то, но тётушка получила ящик рома, а в те времена добыть спиртное было очень трудно. И тут она вспомнила о своём племяннике, который внезапно стал обладателем волшебного напитка и очень популярным в узких кругах человеком. Бонди со смехом вспоминал уверения МакКри, что тот погиб бы от холода, если бы не поставлявшийся Бонди ром. Не исключено, что тёплое воспоминание о спасшем его таким приятным образом коллеге способствовало благосклонному отношению секретаря Королевского астрономического общества к написанной тем статье.

Сильно забегая вперёд, я всё же помещу здесь целиком короткую заметку 1995 года, подписанную Г. Бонди, Т. Голдом и Ф. Хойлом (в этой заметке они упоминаются инициалами).

«Что бы сейчас ни говорили о стационарной теории расширяющейся Вселенной, она была важным событием в развитии космологии. Поскольку в литературе встречаются довольно противоречивые сведения о её создании, мы решили, что было бы целесообразно совместно восстановить события тех дней, пока мы все ещё живы.

Ф.Х. пробудил значительный интерес Г.Б. и Т.Г. к астрономии, когда мы все вместе работали во время войны. Однако и позднее, когда мы вернулись в 1945–46 гг. в Кембридж, астрономия была одной из основных тем наших обсуждений.

Главной проблемой в то время было несоответствие между оценкой Хабблом величины его постоянной и другими соображениями, связанными со шкалой времени, и кроме того, оставалась масса вопросов о происхождении галактик и тяжёлых элементов. Т.Г. первым предположил, что непрерывное порождение материи с малой, но достаточной скоростью, позволит получить Вселенную, крупномасштабные характеристики которой будут оставаться постоянными во времени. Одним из преимуществ такой модели было устранение противоречия между локальной и космологической шкалами времени. Мы втроём всесторонне обсудили эту идею и она нам очень понравилась. Но можно ли опубликовать просто идею?

Тогда (в начале 1948 года) Ф.Х. сформулировал первую версию своей теории С–поля и предложил Т.Г. соавторство, которое тот отклонил, не желая с первой же публикации быть связанным столь конкретной формулировкой. После этого Ф.Х. подготовил к публикации статью, где он отмечал вклад Т.Г. Тем временем, Г.Б. и Т.Г. далее развили свои идеи и ввели понятие совершенного космологического принципа, а также рассмотрели возможность фальсификации своей теории в духе К. Поппера. Они поддерживали тесный контакт с Ф.Х. и продолжали интенсивно обсуждать свои идеи и другие проблемы астрономии, причём Ф.Х. высказывал некоторые сомнения по поводу использования Г.Б. и Т.Г. такого философского подхода.

Весной 1948 года Г.Б. заметил, что их теория согласуется с данными наблюдений, что позволяло опубликовать её. Г.Б. и Т.Г. тут же написали феноменологическую статью со значительным упором на термодинамику своей стационарной Вселенной. Эта статья была напечатана до статьи Ф.Х., вышедшей осенью того же года. Статья Ф.Х. была отклонена весной 1948 года одним из ведущих физических журналов под любопытным предлогом нехватки бумаги».[5]

Бонди и Голд, видимо, не знали о злоключениях Хойла с изданием его статьи и полагали, что она уже где-то опубликована, а потому в своей работе ссылались на его идеи, как на уже известные. Однако получилось так, что их статья была напечатана в третьем номере[6], тогда как статья Фреда только в пятом номере трудов Королевского астрономического общества[7]. Кто-то из читателей, наверное, был удивлён, прочитав у Бонди и Голда, что «они без колебаний отвергают теорию Хойла», которая к тому времени ещё не увидела свет. Но таких, скорее всего, было немного, потому как авторы конкурирующих «стационарных» теорий обсуждали их с коллегами ещё до публикации.

* * * * *

Итак, в чём же была суть теорий Хойла и Бонди с Голдом. Поскольку статья Фреда была закончена раньше, начнём с неё. Уже в резюме он сразу берёт быка за рога. «В результате введения в уравнения поля общей теории относительности требования постоянного порождения материи получается стационарная Вселенная со свойством расширения без привлечения космологической постоянной». И продолжает:

«Недавно Дирак указал, что непрерывное порождение материи может быть связано с более общими проблемами космологии. Данная работа касается именно этого аспекта и выросла из обсуждений с Т. Голдом, заметившего, что из предположения о постоянном порождении материи можно получить модель расширяющейся Вселенной, в которой удельная плотность материи остаётся постоянной. Такая возможность представляется весьма привлекательной, в особенности с учётом эстетических возражений против возникновения Вселенной в отдалённом прошлом. Рассматривать наблюдаемые явления, как следствие “неизвестных науке причин” (что вытекает из возникновения Вселенной в прошлом), значит противоречить самому духу науки».

Здесь Хойл сразу же объявляет о своём подходе, которого в целом будет придерживаться всю жизнь — нужно пытаться найти объяснения природным явлениям в рамках доступных научных представлений. Если из расширения Вселенной следует, что началом её послужило особое состояние с бесконечными плотностью и температурой (называемое сингулярностью), то такой теории не место в науке.

Расправившись таким образом с теорией «горячей Вселенной» (среди прочих трудностей этой теории он упоминает о проблеме возраста Вселенной, который в ней оказывается меньше возраста звёзд), Хойл излагает свой подход, сводящийся к модификации уравнений общей теории относительности путём введения того, что он назвал С-полем. Это поле отвечало за постоянное порождение материи, которое тем самым компенсировало уменьшение её плотности в результате расширения Вселенной. Из теории следовало, что никакого «начала» у Вселенной не было, а она существовала всегда в состоянии устойчивого равновесия. Отсюда вытекала возможность проверки теории астрономическими наблюдениями, то есть, по терминологии философа науки Карла Поппера, теория была фальсифицируемой.

Хойл не предлагал какого-либо физического механизма порождения материи, но всё же высказал следующее предположение:

«На данном этапе развития ядерной физики нельзя сказать что-либо определённое о сущности порождаемых частиц. Наиболее вероятной возможностью представляется порождение нейтронов. Их последующий распад мог бы быть источником водорода, как то требуется астрофизикой. Более того, тогда обеспечивалась бы и электрическая нейтральность Вселенной».

Бонди и Голд пошли по другому пути. Они положили в основу своей теории ими же предложенный «совершенный космологический принцип», согласно которому Вселенная выглядит и всегда выглядела одинаково не только в пространстве, но и во времени. Авторы пишут:

«Мы не утверждаем, что этот принцип обязательно справедлив, мы лишь говорим, что если он не выполняется, то диапазон изменяемости физических законов становится настолько обширным, что космология перестаёт быть наукой.

Если же совершенный космологический принцип в нашей Вселенной справедлив, то мы можем уверенно полагаться на вечную справедливость всех наших экспериментов и наблюдений, и рассматривать вытекающие из этого принципа следствия. Пока не будут обнаружены противоречащие ему факты, мы будем использовать его, поскольку это есть единственное предположение, на основе которого возможен дальнейший прогресс без применения других гипотез».

Бонди и Голд обращают внимание на проблему времени существования Вселенной. «Величина, обратная постоянной Хаббла — время (Т) — и определяемая из наблюдаемого закона зависимости скорости разбегания от расстояния, находится в пределах от 1800 до 2000 миллионов лет. Из данных о радиоактивном распаде в земных породах следует, что возраст этих пород есть как минимум 2 х 109 лет, а в некоторых образцах он достигает даже 3 х 109  лет. Астрофизические данные указывают на то, что возраст звёзд в нашей Галактике составляет примерно 5 х 109 лет». То есть, из теории горячей Вселенной, при тогдашней величине постоянной Хаббла получалось, что звёзды старше Вселенной. Звёзды логически никак не могли быть старше Вселенной, и это было одной из причин, по которой теорию горячей Вселенной Гамова и сотрудников многие не воспринимали всерьёз.

В теориях Хойла, Бонди и Голда такого противоречия не возникало, поскольку Вселенная предполагалась существующей вечно. Авторы также вкратце упомянули в виде каких частиц может порождаться материя: протонов и электронов, нейтронов или атомов водорода. Для поддержания неизменной плотности вещества при расширении, по их расчётам требовалось порождение одного атома водорода в кубическом метре пространства раз в 300 тысяч лет. Естественно, никакими наблюдениями установить это невозможно.

Бонди и Голд выразили в статье благодарность Хойлу за «многочисленные полезные совместные обсуждения полевой формулировки совершенного космологического принципа». Тем не менее, отмечая привлекательные черты подхода Хойла, они находят его полевую формулировку «неудовлетворительной и неприемлемой».

Казалось бы странно, что близкие друзья почти одновременно выступают с похожими идеями и тут же возражают друг другу, но они явно смотрели на мир по-разному. Отвечая в 1978 году на вопрос о том, действительно ли они полагали, что их модели различны, Бонди сказал:

«Нам не казалось, что наши модели мира различны. Разногласия были не так уж велики. Но мы с Томми придерживались более философской точки зрения, чем Фред, а потому считали, что математическое изменение [общей теории относительности], преследующее лишь одну узкую цель, не стоит бумаги, на которой оно написано. Фред же полагал, что это общая модель, из которой нельзя извлечь полезных следствий, не стоит потраченной на неё бумаги. Так что это были лишь различные точки зрения».

Хойл был иного мнения. Выступая в 1987 году в Индии, он сказал:

«Между подходами Бонди и Голда и моим была огромная разница. В моей статье просто говорилось: “Вот новая космологическая модель, которая предлагается для обсуждения наряду с другими моделями”. Бонди и Голд, исходя из своей центральной философской аксиомы, не могли занять такую осторожную позицию. Они были вынуждены поставить всё на карту и заявить, что их стационарная модель обязана быть верной. С их точки зрения, иначе быть просто не могло. Это имело два печальных следствия — на теорию стали нападать с гораздо большей ожесточённостью, чем было бы в случае моего подхода, и она вызвала гораздо больше дискуссий, чем вызвала бы моя. Хотя в 1950-е годы нам пришлось объединить усилия для защиты наших теорий, должен сознаться, что мне никогда не нравились физические аспекты “совершенного космологического принципа”, и ещё в 1949 году я написал об этом принципе критическую статью. Из него следует, что Вселенная должна всегда оставаться неизменной, тогда как совершенно очевидно, что по крайней мере некоторые её области со временем действительно изменяются»[8].

Несмотря на такое различие в подходах, обе теории вскоре стали восприниматься как одна — теория стационарной Вселенной. Она немедленно привлекла к себе внимание, в основном, в Европе; в США она не вызвала какого-либо заметного отклика. Некоторым европейским учёным, например, МакКри теория пришлась по вкусу и они стали её развивать и поддерживать. Другие же, и таких было, пожалуй, большинство, подвергли её резкой критике и принялись выдвигать аргументы, опровергающие теорию трёх друзей. Одним из аргументов было несохранение энергии и вещества, якобы следовавшее из теории стационарной Вселенной.

Хойл был с этим категорически не согласен. Он всегда уверял и доказывал, что в его варианте теории законы сохранения вещества и энергии не нарушаются. В конце жизни он писал:

«Такое первоначальное отношение к теории [основанное на представлении о несохранении энергии] было одной из причин, по которым она была встречена столь враждебно, но она вызывала сильные эмоции и по другим причинам. Некоторым идея порождения материи представлялась приемлемой, только если это порождение произошло когда-то давно и лишь однажды, то есть в результате Большого взрыва. Если же оно происходит постоянно, но так что его нельзя локально обнаружить, то это недопустимо. Очевидно, что при рассмотрении образования Вселенной для многих становятся важными распространённые на Западе религиозные убеждения; параллели между Большим взрывом и творением, описанным в Ветхом Завете, становятся неизбежными. Ясно, что по крайней мере некоторыми из коллег двигали именно религиозные мотивы. Как бы то ни было, практически все профессиональные астрономы стали искать свидетельств, которые опровергали бы стационарную модель, и почти никто не пытался найти факты, которые могли бы её подтвердить»[9].

Однажды Фред пожалел, что к моменту публикации статей по стационарной Вселенной Эддингтона уже четыре года как не было в живых. Возможно, его неоднократно высказывавшаяся неприязнь к идее образования Вселенной конечное время назад и колоссальный авторитет радикально изменили бы отношение астрономов к идеям Хойла, Бонди и Голда. Если, конечно, эти идеи понравились бы самому Эддингтону, что вполне вероятно. Но это всё «если»…

Раз уж речь зашла о религиозных представлениях, то не могу удержаться от того, чтобы не привести целиком интересный советский документ января 1956 года, имеющий непосредственное отношение к космологии того времени, хотя и не только к ней. Вот этот донос, который официально назывался «Запиской в ЦК».

«30 ноября – 1 декабря 1955 г. Отделение физико-математических наук Академии наук СССР проводило научную сессию, посвященную 50-летию теории относительности. В подготовке и проведении сессии имелись серьезные недостатки.

Программа сессии, подготовленная оргкомитетом, в который входили академики Тамм и Ландау, член-корреспондент АН СССР Гинзбург и проф. Лифшиц, была неудовлетворительной, так как в нее были включены доклады академика Ландау, члена-корреспондента АН СССР Гинзбурга и профессора Лифшица, не работающих в области теории относительности и известных своим нигилистическим отношением к выработке методологических вопросов этой теории, и предусматривалось лишь одно сообщение специалиста, непосредственно занимающегося исследованиями по теории относительности (члена-корреспондента АН СССР Михайлова). Не были предусмотрены доклад крупнейшего специалиста по теории относительности академика Фока, доклады по методологическим вопросам и доклады специалистов Московского государственного университета, много занимавшихся вопросами теории относительности.

Отдел науки и вузов ЦК КПСС указал на эти недостатки президенту АН СССР т. Несмеянову. Программа сессии была расширена: на первое заседание были намечены доклады академика Ландау и членов–корреспондентов АН СССР Гинзбурга, Михайлова и Александрова, на второе заседание — доклады академика Фока, члена-корреспондента АН СССР Субботина и профессоров Лифшица и Широкова. Однако, намеченный порядок сессии не был соблюден, так как т. Александров, предполагавший выступить на сессии с методологическим докладом, был извещен о сроке и теме доклада по своему ленинградскому адресу лишь вечером накануне доклада и не смог своевременно прибыть на сессию. В результате этого по предложению председательствовавшего на сессии академика Тамма на первом заседании вместо доклада т. Александрова был заслушан доклад т. Лифшица, так что первое заседание состоялось по программе, предварительно намечавшейся оргкомитетом для всей сессии. На второе заседание значительная часть ученых, в том числе академик Ландау и многие его ученики, уже не явилась.

Запросив у некоторых участников сессии тезисы их докладов, оргкомитет не запросил тезисов у т. Лифшица. Стенограммы на заседании сессии не велись. Эти упущения оказались серьезными, так как в докладе т. Лифшица имелись серьезные идеологические ошибки. Указанный доклад, посвященный обзору исследований по релятивистской космологии, явился существенной пропагандой идеалистической “теории расширяющейся вселенной”. Эта “теория”, являющаяся незаконным распространением на вселенную в целом нестационарных решений уравнений тяготения Эйнштейна, была построена аббатом Лемэтром по прямому заказу римского папы. Согласно этой “теории” вселенная имеет конечный возраст; в момент своего образования она занимала ничтожно малый объем, а затем стала расширяться; такое расширение имеет место и в настоящее время.

Не упомянув ни слова о многочисленных исследованиях советских ученых, посвященных критике “теории расширяющейся вселенной” и правильному толкованию проблем космологии (работы т.т. Фесенкова, Богородского, Зельманова, Огородникова, Фока и других авторов), т. Лифшиц преподнес указанную теорию как разумное научное построение, якобы подтверждающееся всеми экспериментальными данными. Игнорируя работы по иерархической структуре распределения материи во вселенной, в частности, по структуре метагалактики, т. Лифшиц утверждал, что материя распределена во вселенной с постоянной в среднем плотностью, как это допускается в “теории расширяющейся вселенной”, и заявил, что по значению этой плотности можно определить, имеет ли “расширяющаяся вселенная” конечный или бесконечный объем. Приведенная т. Лифшицом оценка оказалась как раз на грани между этими возможностями.

Далее т. Лифшиц подсчитал возраст вселенной (называя его “характерным временем”). Совпадение полученного “возраста” (несколько миллиардов лет) с определенным радиоактивным методом возрастом геологических пород Земли, указывающее на бессмысленность такой оценки не только для метагалактики, но и для отдельных галактик, т. Лифшиц объявил неслучайным и утверждал, что это совпадение якобы подтверждает “теорию расширяющейся вселенной”. Это заявление было поддержано выступившим членом-корреспондентом АН СССР Зельдовичем, по данным которого тот же возраст имеют не только геологические породы Земли, но и химические элементы вообще. При этом было использовано выражение “время с момента, когда был спущен курок”. При изложении перечисленных вопросов т. Лифшиц не делал никаких оговорок об ограниченной применимости рассматриваемых “моделей” и об их идеологическом смысле.

Хотя прений на сессии не предусматривалось, академик Фок счел необходимым выступить с замечанием по докладу т. Лифшица, указав, что изложенные в докладе “модели” не следует понимать буквально, и что они могут быть использованы лишь для попыток описания “фона” поля тяготения в отдельных конечных частях вселенной. Оценку доклада т. Лифшица как идеалистической вылазки подтвердили присутствовавшие на сессии специалисты — астроном член-корреспондент АН СССР Паренаго и философ проф. Кузнецов.

Недостатки имелись также в докладах т.т. Ландау и Гинзбурга. Характеризуя научное творчество А. Эйнштейна, т. Ландау преподнес свое личное отрицательное мнение о критике Эйнштейном логических основ квантовой механики и об исследованиях Эйнштейна по единой теории поля как бесспорное положение. Доклад т. Гинзбурга по экспериментальной проверке теории относительности был сделан поверхностно, на невысоком научном уровне, что стало очевидным после конкретных докладов на ту же тему тт. Михайлова и Субботина. Следует также отметить, что после доклада т. Фока т. Гинзбург вступил с ним в дискуссию, критикуя положения т. Фока, позволяющие сделать вывод о преимуществах системы Коперника перед системой Птоломея.

Президиум АН СССР уже не впервые проявляет недостаточное внимание к подготовке и проведению совещаний при Отделении физико-математических наук АН СССР. Так, серьезные недостатки имелись при проведении весной 1955 года всесоюзного совещания по квантовой электродинамике и теории элементарных частиц. Эти недостатки были обсуждены бюро Отделения физико-математических наук, но президиум АН СССР не сделал никаких выводов из указанного обсуждения и не принял мер против повторения подобных недостатков в будущем.

Считали бы необходимым указать президиуму АН СССР на недостаточное внимание к подготовке и проведению совещаний при Отделении физико-математических наук, а также предложить президиуму АН СССР организовать в месячный срок обсуждение идеологических ошибок, допущенных в докладе т. Лифшица, в бюро Отделения физико-математических наук».[10]

Если по прочтении этого поклёпа на крупнейших советских физиков у читателя сложилось впечатление, что он был на руку Хойлу, то это совершенно не так. В предисловии я уже упоминал о том, что в советской философской науке того времени «хойлизм» в физике был таким же ругательством, как и «вейсманизм–морганизм» в биологии. Один из ближайших сотрудников Хойла позднее вспоминал, что лишь Гамов ради красного словца мог заявлять в своих выступлениях: «“Вот протоатом [Леметра], в который верит Ватикан, а вот стационарное состояние, в которое верит Кремль”. Это было совершенно неверно. На самом деле, никто не был так уверен в Большом взрыве, как русские. Все, ну абсолютно все, ненавидели стационарную теорию»[11].

Ярким примером этой ненависти может служить речь, произнесённая в 1953 году физиком Х. Динглом (1890–1978) при его вступлении на пост президента британского Королевского астрономического общества. Он, в частности, сказал:

«Верно, что ни одно крупное достижение в науке невозможно без свободного и смелого полёта фантазии, однако любой полёт мысли должен подвергаться строгой оценке, прежде чем его можно провозглашать открытием. Даже досужие измышления могут оказаться небесполезными, если, конечно, относиться к ним так, как они того заслуживают. Если бы те, кто называет себя “новыми космологами” придерживались такого подхода и называли лопату лопатой, а не совершенным сельскохозяйственным принципом, то можно было бы лишь сожалеть о том, что усилия столь больших талантов привели к таким ничтожным результатам. Надеюсь, что ошибаюсь, когда вижу, как способность к выполнению математических операций неизбежно лишает их обладателей возможности следовать элементарной логике, хотя всё, увы, свидетельствует в мою пользу. Я, как человек, избранный занять пост президента одного из наиглавнейших учёных сообществ мира, знаю, в чём состоят мои обязанности и готов их выполнять. Когда от имени науки публикуются так называемые “принципы”, чьи суть и характер полностью совпадают с “принципами”, согласно которым все движения небесных тел происходят по окружности и все небесные тела неизменны, мой долг указать, что именно такого рода воззрения наука призвана изгнать из своих рядов».

Этот пассаж, который я немного сократил, приводится в последней изданной Хойлом с соавторами книге 2000 года Иной подход к космологии.

Вот каков был накал эмоций, вызванный предложенной Бонди, Голдом и Хойлом теорией стационарной Вселенной. Сам президент Королевского астрономического общества был готов не пощадить живота своего ради защиты науки от «новых космологов» и от их принципа, который он издевательски назвал «сельскохозяйственным».

Этот осмеянный принцип неожиданно «аукнулся» в совершенно другой области. О нём услышали два молодых сотрудника Кавендишской лаборатории. Звали их Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, и в начале 1950-х годов они бились над проблемой структуры молекулы жизни — ДНК. В скандально известной автобиографической книге Уотсон написал:

«Один из разговоров завязался за кружкой пива после вечерней лекции [1952 года] астронома Томми Голда о “совершенном космологическом принципе”. В изложении Томми эта довольно натянутая идея выглядела настолько правдоподобной, что Фрэнсис задумался о том, не существует ли и “совершенный биологический принцип”. Фрэнсис вдруг предположил, что, возможно, “совершенный биологический принцип” как раз и заключается в саморепликации гена, то есть в его способности к точному копированию самого себя при удвоении хромосом в ходе деления клетки»[12].

Дальнейшего продолжения идея совершенного биологического принципа не получила, хотя представление о точном копировании гена оказалось верным. В конечном счёте, именно Уотсону и Крику в 1953 году удалось определить структуру ДНК, совершив одно из величайших открытий XX века, за что в 1962 году они были удостоены Нобелевской премии.

* * * * *

Возможно, гневная филиппика президента Королевского астрономического общества была вызвана успехом публичных лекций, которые Хойл прочитал на Би-Би-Си. О них стоит рассказать отдельно.

Это своё приключение Хойл описал с явным удовольствием. В середине января 1950 года к нему обратился коллега по колледжу и спросил, не согласится ли Фред прочитать по радио пять лекций по астрономии. Этот коллега помимо своей основной работы в колледже подрабатывал на Би-Би-Си, где отвечал за научные программы. Он договорился было с одним крупным историком, но тот в последний момент отказался и требовалось срочно найти ему замену. За каждую лекцию платили целых 50 фунтов, так что за весь цикл получалась сумма, составлявшая почти половину годового жалованья Фреда, и тот с радостью согласился. Позднее нанявший его приятель признался, что в досье Хойла один из редакторов пометил: «Этого человека использовать нельзя», но то ли сработала университетская солидарность, то ли положение было безвыходным, а потому предупреждение проигнорировали.

Передача шла в прямом эфире в «прайм тайм» — в 8 вечера по субботам. В то время телевизоры были не у всех, и основными источниками информации оставались газеты и радио. Времени для подготовки было в обрез, но к счастью у Фреда были заготовки университетских лекций, которые он быстро адаптировал для неспециалистов, после чего отсылал своему приятелю, а тот делал массу замечаний. Фред их по возможности учитывал и отправлял на радио, где текст внимательно просматривал цензор и вносил свои поправки, а уж затем можно было читать лекцию в прямом эфире.

Лекции имели колоссальный успех (дальше я сообщаю данные, приведенные в книге биографа Хойла Джейн Грегори). Меньше чем за две недели он стал звездой национального радио. Он рассчитывал получить за лекции 250–300 фунтов, а в итоге заработал в десять раз больше, потому как их несколько раз повторяли, потом продали в международную службу, а затем напечатали в виде книги сначала в Великобритании, а потом и в США. Супруги Хойл разбогатели настолько, что позволили себе купить первый в жизни холодильник.

Опрос показал, что первые лекции понравились более чем 70 процентам слушателей, а к пятой неделе этот показатель вырос до 87 — самому высокому уровню для всех программ, начиная с 1946 года. Можно сказать, что в субботу вечером в течение пяти недель вся страна приникала к радиоприёмникам, слушая неторопливый говорок Хойла. Его йоркширский выговор и тут показался кое-кому неуместным — как можно рассказывать о высокой науке с акцентом невежественного крестьянина, но другие полагали, что акцент Фреда даже приятен, он создавал удивительный контраст со стерильным произношением дикторов. А один из слушателей отозвался так: «Да какая разница, какой у него акцент, если он рассказывает такие поразительные вещи». В Кембридже на улице к нему подходили незнакомые люди и вступали в дискуссию о Вселенной.

Сам Фред позже признавал, что его лекции были иногда чересчур назидательными, а кое-где он выдавал свои гипотезы о стационарной Вселенной за твёрдо установленные факты. Видимо, именно это вызвало такой гнев у президента Королевского астрономического общества, да и не только у него. После того, как лекции Хойла прозвучали по канадскому радио, один из тамошних астрономов обрушился на Фреда с уничтожающей критикой. Он не поленился подсчитать сколько времени Хойл посвятил твёрдо установленным в астрономии фактам, сколько времени рабочим гипотезам, и сколько времени тому, что он назвал «недоказанными теориями». У него получилось такое соотношение: 20 процентов — факты, 30 процентов — гипотезы и 50 процентов — теории «в основном, его собственные». Одной из главных претензий к Хойлу было то, что он рассуждал об астрономии, а сам не имел «ни малейшего опыта обращения c большими телескопами, на которых и основывается современная астрономия»[13]. Примерно так же отнеслись к его лекциям и другие астрономы, но Фреда это, похоже, не очень смущало, тем более, что теперь его теория стала известна широкой публике и отмахнуться от неё было бы уже непросто.

В ходе последней, пятой лекции Хойл впервые упомянул словосочетание «big bang», которое у нас принято переводить как «большой взрыв». Вообще говоря, в английском существует идиоматическое выражение «to start something with a bang», что ближе всего переводится как «начать что-либо с помпой, под фанфары» или, выражаясь современным языком, «пропиарить». Хойл впервые употребил это словосочетание в космологическом контексте, и так оно и прижилось. Многие полагают, что тут сквозила насмешка, но из его лекции это совсем не следует. Ему, как он позднее сказал, просто требовался яркий образ для слушателей, который он и использовал. Кстати, задолго до него слово «bang» применительно к началу Вселенной употребил в 1929 году в одной из своих книг Артур Эддингтон[14]. Фред всегда гордился своей памятью и, возможно, фраза из этой книги, которую он, по его собственным воспоминаниям, читал в юности, могла засесть у него в подкорке и выплыть в подходящий момент много лет спустя. Если так, то сэра Артура можно по праву считать соавтором термина «Большой взрыв».

* * * * *

Тем временем, за океаном, не зная о том, что его теория вскоре получит столь броское название, Георгий Антонович Гамов продолжал работу, но уже не один. Вскоре после войны у него появился молодой аспирант Ральф Альфер, которому Гамов дал тему, связанную с проблемой гравитационной неустойчивости изотропного мира. К 1946 году диссертационная работа была практически закончена, оставалось лишь оформить результаты, когда в комнате, где работал Альфер, появился его руководитель со свежим номером советского физического журнала, в котором была напечатана статья Евгения Михайловича Лифшица на ту же тему и с теми же результатами[15]. «Нас обскакали», — грустно констатировал Гамов. Альфер был настолько раздосадован, что совершил поступок, о котором позже горько сожалел — уничтожил текст диссертации и все черновики.

Гамов недолго искал новую тему для своего аспиранта. Он предложил ему заняться одной из своих свежих идей — рассмотреть возможность синтеза элементов в неравновесных условиях, на предполагавшихся ранних стадиях расширения Вселенной, то есть в условиях Большого взрыва, хотя тот пока так и не назывался. Альфер отлично справился с поставленной задачей — подготовил диссертацию и основанную на ней статью, в которой, исходя из довольно простых предположений о начальном состоянии вещества, ему удалось описать общий характер распространённости элементов, показать причины относительно высокой распространённости лёгких элементов для чего, по мнению автора, требовалось горячее и плотное состояние ранней Вселенной.

Гамов работой был явно доволен и не погнушался поставить под ней своё имя. Но этого ему показалось мало. Всегда склонный к шуткам и розыгрышам, он подметил, что фамилии Альфер и Гамов по звучанию напоминали буквы греческого алфавита α и γ. Не хватало только β, а потому Гамов добавил к списку авторов своего приятеля Ганса Бете со сноской in absentia (в его отсутствие). Сноску в редакции выбросили, а имя оставили. Сам Бете позднее рассказывал Альферу, что тогда это показалось ему неплохой шуткой, а поскольку работа вполне могла оказаться правильной, то он не возражал против добавления своего имени. Альферу эта шутка не сильно понравилась, всё-таки это была его диссертация и его статья, но особо он не протестовал, видимо, и потому, что Гамов позвал Бете быть членом совета по присуждению Альферу докторской степени, так что в конце концов все остались довольны. Можно лишь добавить, что эта работа, вошедшая в историю науки под названием «αβγ», появилась в выпуске журнала от 1 апреля[16]. Скорее всего, и это было очередной шуткой Гамова; он вполне мог договориться с редактором журнала о дате выхода в свет этой статьи.

Вскоре к Альферу и Гамову присоединился Роберт Херман (которого Георгий Антонович безуспешно убеждал изменить фамилию на «Дельтер», с тем чтобы можно было подписывать статьи), и они продолжили вместе развивать идеи Гамова. Как позднее вспоминали Альфер и Херман,

«при дальнейшем развитии идей статьи  нам сразу же стало понятно, что данное описание последовательного синтеза элементов было неадекватным; нужно было детально рассмотреть термоядерные реакции с участием лёгких ядер, а не только сглаженную функцию сечения захвата нейтронов. Кроме того, возникала серьёзная проблема, вызванная отсутствием стабильных ядер с массами 5 и 8. Другой проблемой, как уже упоминалось, был слишком малый возраст Вселенной, определявшийся из космологической модели с использованием тогдашней величины постоянной Хаббла»[17].

В одной из последующих работ они уточнили свои вычисления, которые теперь провели при помощи компьютера, что тогда было новинкой, и получили первую оценку температуры фонового (реликтового) микроволнового излучения; потом были и другие оценки, в том числе и та, что упоминается в следующем абзаце.

Легко видеть, что подход Гамова с сотрудниками кардинально отличался от подхода Хойла. Гамов пытался описать происхождение элементов в неравновесной расширяющейся Вселенной, а Хойл полагал, что почти все элементы образуются в звёздах, так что расширение ему не требовалось. Это «почти» потом оказалось имеющим очень важное значение, но пока для теории стационарной Вселенной были не самые худшие времена. В цитированной выше статье Альфер и Херман признавали, что

«…год 1951-й был плохим годом для сторонников модели Большого взрыва. Из тех же данных, что приводили к фоновой температуре примерно 28 К, следовал чересчур малый возраст Вселенной. Это было очень на руку приверженцам стационарной модели. Хотя им и не удавалось найти в своей модели источник высокой распространённости гелия и не получалось детально объяснить, как образовались остальные элементы, стационарная модель становилась всё более популярной».

Примечания

* В.Мацарский. Сэр Фред Хойл и драма идей. Москва-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2015.

[1]     Interview with Dr. Thomas Gold by Spencer Weart at Cornell University, Ithaca, New York, April 1, 1978, https://www.aip.org/history/ohilist/4627.html

[2]     Interview with Dr. Hermann Bondi by David DeVorkin at the Thames House in London, 20 March 1978,  https://www.aip.org/history/ohilist/4519.html

[3]     H. Bondi, «Review of Cosmology», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 108, No. 1, 1948. Перевод в сб. «С чего началась космология», с. 397, РХД, М.-Ижевск, 2014.

[4]     Interview with Dr. William McCrea by Robert Smith at his home in Lewes, Sussex, September 22, 1978, https://www.aip.org/history/ohilist/4771.html

[5]     «Origins of steady—state theory», Nature,  vol. 373, 6509, 1995.

[6]     H. Bondi and T. Gold, «The Steady-State Theory of the Expanding Universe», M.N. Royal Astron. Soc, No. 3, pp 252—279 (1948). Перевод в сб. «С чего началась космология», с. 421, РХД, М.-Ижевск, 2014.

[7]     F. Hoyle, «A New Model for the Expanding Universe», M.N. Royal Astron. Soc, No. 5, pp 372—382 (1948). Перевод в сб. «С чего началась космология», с. 449, РХД, М.-Ижевск, 2014.

[8]     F. Hoyle, «Fifty years in cosmology», Bull. Astr. Soc. India, 16, 1988.

[9]     F. Hoyle, G. Burbidge, J.V. Narlikar, «A Different Approach to Cosmology: from a Static Universe through the Big Bang towards Reality», Cambridge University Press, 2000.

[10]   А. Блох, «Советский Союз в интерьере Нобелевских премий», М. Физматлит, 2-е издание, 2005.

[11]   Interview with Dr. Geoffrey Burbidge by Paul Wright, November 15, 1974, https://www.aip.org/history/ohilist/4543.html

[12]   Дж. Уотсон, «Двойная спираль», РХД, 2001.

[13]   R.E. Williamson, «Fred Hoyle’s Universe», The Journal of the Royal Astronomical Society of Canada, Vol. XLV, No. 5, 1951.

[14]   A.S. Eddington, «The Nature of the Physical World», Cambridge University Press, 1929.

[15]   Е.М. Лифшиц, ЖЭТФ, 16, 587, 1946.

[16]   R.A. Alpher, H. Bethe, G. Gamow, «The Origin of Chemical Elements», Physical Review, Vol. 73, No. 7, 1948. Перевод в сб. «С чего началась космология», с. 393, РХД, М.-Ижевск, 2014.

[17]   R.A. Alpher and R. Herman, «Reflections On Early  Work On Big Bang Cosmology», Phys. Today, 41 (8), 24, 1988. Перевод в сб. «С чего началась космология», с. 549, РХД, М.-Ижевск, 2014.

Print Friendly, PDF & Email
Share

Виталий Мацарский: От элементов к Вселенной (из книги «Сэр Фред Хойл и драма идей»): 1 комментарий

  1. Колобов Олег Николаевич, Минск

    Простите, пишем не про эту статью, НО О ВАЖНОМ. Сначала цитата из первой публикации автора у Берковича:
    «В январе 1987 года реакция последовала — Физматлит получил рецензию аж на 18 страницах, правда, на последней из них красовалась подпись не Логунова, а некоего В.А. Белоконя. В скобках замечу, что даже сейчас, спустя 30 лет, не очень понятно что это был за человек. В русской википедии о нём нет ни слова. На сайте МГУ, где, судя по подписи, он в то время был старшим научным сотрудником мехмата, есть ссылка лишь на две его статьи. В УФН он тоже напечатался дважды, причём одна из его публикаций — это отчёт о приезде Нильса Бора в СССР в 1961 году, т.е. тогда ему должно было быть около 25-30. Даже его имя и отчество остались нам неизвестны. Лично мы с ним никогда не встречались, как впрочем и с Логуновым, общаясь только путём взаимной переписки через издательство. Чем и как он был связан с Логуновым, почему тот выбрал в качестве рецензента перевода именно Белоконя, для нас осталось загадкой. Ответ вполне мог бы дать Яков Абрамович, но мы его как-то не спросили, а теперь уж и не спросишь.» конец цитаты
    ВАЖНЫЙ ВОПРОС: а какие веские аргументы в пользу того, что о самом Виталии Мацарском нет статей в википедиях, тут зарыто нечто глубокое?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Арифметическая Капча - решите задачу *