Артур Миллер - Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры
Так Чандра дал понять Эддингтону, что его фундаментальная теория правильна, только если не принимать во внимание релятивистское вырождение. А если верна теория Чандры, то это означает крах теории Эддингтона, дела всей его жизни.
Председателем парижского конгресса был патриарх американской астрономии Рассел. На обеде в Отель-де-Вилль присутствовали все парижские знаменитости. Однако Чандра мрачно вспоминал: «Но я был не с ними, а сидел в каком-то далеком углу». В своем вступительном слове Рассел сослался на открытие Эддингтоном отрыва электронов от атомов во внутренних областях звезд под действием высокоэнергетических рентгеновских лучей, благодаря чему звезды могут сжиматься. По словам Рассела, это открытие вело к разгадке тайны высокой плотности белых карликов и стало основой теории Фаулера. Рассел не упомянул о работах Чандры, хотя и был на его стороне — не хотел это демонстрировать в присутствии своего старого друга Эддингтона. Однако Чандра воспринял это как очередной знак неуважения.
Выступавший после Рассела Койпер рассказывал о белых карликах. Помимо трех «классических» карликов — 2 Эридан В, Сириус В и звезды Ван Маанена, он обнаружил еще шестнадцать таких звезд[42]. Койпер объяснил, как по величинам светимости и температуры он определял массы двойных звезд и их радиусы[43]. Причем данным наблюдений соответствовала только теория Чандры. Большинство белых карликов удивительно малы и по размеру лишь немного больше Земли, то есть составляют сотую часть Солнца. Лишь сейчас стало известно, что любой белый карлик имеет массу меньше массы Солнца, как и предсказывала теория Чандры с релятивистским вырождением. Если белый карлик более чем в 1,4 раза массивнее Солнца, он обязательно коллапсирует. Теория Фаулера о нерелятивистском вырождении предсказывала, что чем меньше радиус белого карлика, тем больше его масса, что полностью противоречило наблюдениям Койпера[44]. Если бы Фаулер был прав, то должны были бы существовать белые карлики с массой в тысячу и более раз превышающей массу Солнца.
Затем выступал Чандра. Он все-таки проигнорировал заявленную тему и посвятил свой доклад белым карликам. Чандра начал со смелого заявления: «В настоящее время, по общему мнению, уравнение состояния для полного описания структуры белого карлика — это уравнение вырожденного состояния». Тем самым Чандра ясно дал понять, что правильна только его собственная теория белых карликов, так как тут законы классического идеального газа совершенно неприменимы. При этом необходимо, в отличие от Фаулера, не забывать о теории относительности. Во время обсуждения Эддингтон ограничился всего лишь частными и малосущественными вопросами.
Доклад Чандры был в пятницу, Эддингтону предстояло выступать на следующее утро. «В субботу я изменю мнение научной общественности, оно будет кардинальным образом отличаться от пятничного», — самоуверенно заявил Эддингтон. Он начал с обзора результатов, опубликованных с 1935 года, но не упоминал о своей фундаментальной теории. Он твердо заявил, что сжатие звезд «до диаметра в несколько километров, когда по теории относительности гравитация достигает таких огромных величин, что происходит захват излучения, — это поразительный результат». Он вновь отказался признать, что звезды могут продолжать коллапсировать после захвата излучения под действием гравитации. Эддингтон заявил, что Фаулер уже решил этот вопрос, а Стонер и Андерсон зачем-то опять к нему вернулись. Он лично вынужден был еще раз этим заняться и в итоге отказался от концепции верхнего предела. Создание нового уравнения состояния Эддингтон приписал не Чандре, а Стонеру и Андерсону, которые одновременно и независимо от Чандры вывели это уравнение. Однако они никогда не рассматривали следствия этого уравнения и, в отличие от Чандры, не сделали строгого математического обоснования. Эддингтон добавил, что пока невозможно экспериментально подтвердить теорию Фаулера или теорию Стонера — Андерсона (аналогичную теории Чандры). Впрочем, он считает это излишним в любом случае. Релятивистское вырождение — это строгий математический результат, не имеющий астрофизического смысла, то есть reductio ad absurdum, доказательства от противного. А вот последующие наблюдения покажут, нужно ли модифицировать теорию Фаулера, которая предсказывает существование белых карликов с массой гораздо большей, чем у тех, что известны сегодня. Однако Койпер не позволил Эддингтону так легко выйти из дискуссии. Он сразу же задал ему вопрос: «Существуют ли какие-нибудь экспериментальные методы, позволяющие сделать выбор между конкурирующими теориями?» Сам Койпер, конечно, знал о таких методах. Однако оба ученых стремились к примирению, а Эддингтон даже заявил, что теории не следует считать конкурирующими, поскольку формулы Стонера — Андерсона (на самом деле Чандры) являются лишь математическими абстракциями. Но тут Чандра бросился в атаку; его позиция и позиция Эддингтона принципиально отличаются, заявил он.
И тогда Эддингтон предложил компромиссный вариант: они могли бы вместе проанализировать состояние некоторых малых белых карликов Койпера. Если теория Фаулера верна, то эти звезды должны быть чрезвычайно массивными, с очень высокой плотностью и внутренним давлением. В таких «крайних случаях», как говорил Эддингтон, могут образовываться нейтроны и твердое нейтронное ядро, уберегающее эти звезды от коллапса[45]. Согласно стенограмме конференции, опубликованной в «The Observatory», все закончилось довольно хорошо — сэр Артур Эддингтон и доктор Чандрасекар мирно обсудили вопрос о правильной формуле для вырожденной материи в звездах. Однако Чандра рассказывал об этом совершенно иначе: «На самом деле мы с Эддингтоном использовали довольно крепкие выражения». Перед отъездом они оказались совсем ненадолго вдвоем. Эддингтон попытался восстановить дружеские отношения: «Извините, если я вас утром обидел». Чандра посмотрел ему прямо в глаза и спросил: «Вы изменили свое мнение?» «Нет», — ответил Эддингтон. «За что же вы тогда извиняетесь?» — проговорил Чандра и зашагал прочь. Эддингтон лишь пожал плечами.
Чандра отплыл в Соединенные Штаты на корабле, последний раз совершавшем пассажирский рейс — вскоре судно стало армейским транспортом. В сентябре началась Вторая мировая война.
Чандра подробно описал отцу все происходившее в Париже: «Было довольно скучно, хотя полемика с Эддингтоном изрядно потрепала мне нервы. Его было трудно понять. Я старался избегать общения с ним, хотя он постоянно выступал сразу после меня — мы как будто играли в прятки!» Айяр изо всех сил пытался разобраться, что происходит с его сыном: «Д-р Кришнан[46] говорил мне, что согласно стенограмме конференции, опубликованной в „The Observatory“, твои слова были истолкованы как оскорбление сэра Артура Стэнли Эддингтона. Я удивлен твоим поведением. Мы всегда должны быть вежливы и благожелательны. (Мне сказали, что это было на международной конференции в Париже, где с сэром Артуром Стэнли Эддингтоном вы играли в прятки)».
Чандра отвечает: «Ты пишешь, что я оскорбил Эддингтона. Но на самом деле президент конференции в Париже (Г. Н. Рассел) говорил о моей сдержанности… и никто и никогда не обвинял меня в использовании оскорбительных выражений. Сегодня я прочел отчет, в котором мою парижскую дискуссию с Эддингтоном назвали стимулом для дальнейших исследований. В моей „Динамике“ я убедительно доказал, что работа Эддингтона полностью неверна, но написал об этом очень кратко и в сносках. Если следовать методу Эддингтона, я мог бы составить себе капитал на критике его ошибок и даже прославиться. А ведь такие весьма компетентные математики, как фон Нейман и Гейзенберг, поздравили меня с „Динамикой“ и даже обвинили в излишней сдержанности при обсуждении манипуляций Эддингтона!»
В 1942 году Дирак, Пайерлс и Прайс наконец-то опубликовали статью с защитой теории Чандры и критикой представлений Эддингтона о теории относительности и квантовой механике. Они отметили хитроумное использование Эддингтоном математического аппарата. «Явная путаница возникла из-за того, что уравнения механики Эддингтона часто полностью отличаются от уравнений квантовой механики. Он возражает против использования „сомнительных и нелогичных методов“ в квантовой механике, но сам использует понятия, которые в ней отсутствуют», — писали авторы статьи. Более всего Эддингтона раздражало предположение Чандры о том, что электроны в газе ведут себя как свободные частицы, не взаимодействуя друг с другом и с ядрами. Чандра сделал это для упрощения сложных математических расчетов, а Дирак, Пайерлс и Прайс показали, что учет взаимодействия электронов с ядрами не влияет на результаты, полученные Чандрой для белых карликов. Эддингтон несколько нелогично ответил авторам статьи, что в данном случае требуется такой подход, в котором бы учитывалась и теория относительности, и взаимодействие между частицами, которое игнорировал Чандра. В 1960-х годах наконец-то удалось вычислить параметры взаимодействия электронов в релятивистском вырожденном газе. Это не опровергло, как надеялся Эддингтон, теорию Чандры, а лишь привело к уточнению его уравнения состояния. Статья Дирака, Пайерлса и Прайса была прочитана многими физиками, что было весьма важно для Чандры, но в последующие годы он об этом забыл и по-прежнему жаловался, что ведущие физики никогда не поддерживали его в борьбе с Эддингтоном.
