Дэвид Боданис - E=mc2. Биография самого знаменитого уравнения мира
Вот он-то и мог стать серьезной преградой на ее пути. Энтузиазм в чистом виде для молодых ученых опасен. Если вас волнует новая область исследований, если вам не терпится присоединится к тому, чем занимаются ваши профессора и однокашники, это обычно приводит к тому, что вы предпринимаете попытки приладиться к принятым ими подходам. Студенты, работы которых выгодно отличаются от всех прочих, предпочитают, как правило, этого избегать, сохранять критическую дистанцию. Эйнштейн относился к своим цюрихским профессорам без особого почтения, считая большинство их просто рабочими лошадками, никогда не ставившими под сомнение основания того, чему они учили студентов. Фарадей не мог довольствоваться объяснениями, оставлявшими за скобками его сокровенное религиозное чувство; Лавуазье оскорбляла расплывчатая, лишенная точности химия, которую он получил в наследство от своих предшественников. Что касается Пэйн, необходимая ей дистанция возникла, когда она получше познакомилась со своими веселыми однокашниками. Вскоре после приезда в Гарвард: «Я рассказала подруге о том, как мне нравится одна девушка, жившая в том же, что и я, общежитии Рэдклифф-Колледжа. Ее это шокировало: «Она же еврейка!» — воскликнула моя подруга. Я сильно удивилась… а после обнаружила такое же отношение и к студентам африканского происхождения».
Обнаружила она и то, что происходило в задних комнатах Обсерватории. В 1923 году слово «вычислитель» никаких компьютеров не подразумевало. Оно подразумевало человека, единственная задача которого состояла в том, чтобы проводить вычисления. В Гарварде оно прилагалось к сидевшим в этих задних комнатах сутулым старым девам. Некоторые из них обладали некогда дарованиями первоклассных ученых («Мне всегда хотелось заняться математическим анализом, — сказала одна из них, — но [директор] не позволил»), однако давно их утратили, поскольку работа их состояла в измерении местоположений звезд или каталогизации томов, содержавших полученные ранее результаты. Если они выходили замуж, их увольняли; если жаловались на скудость получаемого ими жалования — увольняли опять-таки.
Лизе Майтнер, приступая в Берлине к научным исследованиям, тоже столкнулась с определенными проблемами, однако они и в сравнение не шли со здешней дискриминацией женщин, вынуждавшей их вести одинокое существование и лишавшей всех радостей жизни. Некоторым из гарвардских «вычислителей» удалось за несколько десятилетий, в течение которых они гнули спину за своими рабочими столами, промерить более 100000 спектральных линий. Но что эти линии означали и как они соотносились с новейшими физическими открытиями, — это, как правило, считалось не их ума делом.
Пэйн не желала, чтобы и ее затолкали в их ряды. Результаты спектроскопии могут выглядеть бессмысленными там, где они перекрываются. И Пэйн задумалась: насколько методы, посредством которых ее профессора отделяют одни линии от других, зависят от того, что у этих профессоров уже имеется на уме. К примеру, пусть читатель этой книги получше приглядится к нижеследующим буквам, а затем попытается их прочесть:
э т а к
о е н е
в с я к
о м у п
о у м у
Задача не из самых простых. Ну, правда, если вам удастся разглядеть «Этакое не всякому…», дальше все пойдет легко. Идея докторской диссертации, над которой Сесилия Пэйн работала здесь, в Бостоне 1920-х, состояла в том, чтобы обосновать и развить новую теорию, позволяющую интерпретировать результаты спектроскопических измерений. Ее работа была намного сложнее приведенного мной примера, поскольку спектрограммы солнца всегда включают то, что получено от фрагментов немалого числа элементов, — плюс искажения, создаваемые огромной температурой.
То, что сделала Пэйн, можно продемонстрировать с помощью аналогии. Если астрономы убеждены в том, что Солнце содержит огромное количество железа (а это представляется разумным, поскольку железа очень много и на Земле, и в астероидах), тогда существует только один способ прочтения двусмысленных спектрограмм. Допустим, к примеру, что спектрограмма выглядит так:
невыгодножелезомторговадур
Вы проводите ее грамматический разбор и читаете:
невыгодноЖелезомторговадур
Странное «торговадур» вас особенно не волнует. Появление «дур» вместо «ть» могло оказаться результатом сбоя спектроскопа, или какой-то протекающей на Солнце странной реакции, или просто затесавшегося сюда осколка другого элемента. Чтобы все сходилось одно к одному — так вообще никогда не бывает. Однако Пэйн смотрела на результаты спектрографии без какой-либо предвзятости. Что если они, на самом деле, пытаются сказать нам следующее:
неВыгОДножелезОмтоРгОваДур
Она снова и снова просматривала спектрограммы, выискивая такого рода двусмысленности. Все остальные ученые поддерживали одно прочтение спектральных линий, позволявшее говорить о присутствии железа. Однако можно было без особых натяжек прочитывать спектрограммы и по-другому, обнаруживая в них не железо, а водород.
Еще до того, как Пэйн дописала диссертацию, среди астрофизиков поползли слухи о полученных ею результатах. Прежнее объяснение данных спектроскопии сводилось к тому, что Солнце на две трети, если не больше, состоит из железа, а согласно интерпретации этой молодой женщины, более 90 процентов его составляет водород, а все остальное — обладающий почти таким же малым весом гелий. Если она права, это изменит все представления о том, как горят звезды. Железо настолько стабильно, что никто и представить себе не может, каким образом его можно преобразовать с помощью формулы E=mc2, заставив генерировать всю тепловую энергию нашего Солнца. Но кто знает, на что способен водород?
Это знала старая гвардия. Ни на что он не способен. Его там нет и быть не может. Все карьеры этих людей — все их детальные расчеты, вся их власть и должности — зависели от того, что Солнце состоит из железа. В конце концов, разве эта женщина не оперирует спектральными линиями, полученными от внешней атмосферы Солнца, вглубь его не заглядывая? Может быть, ее интерпретация просто ошибочна, поскольку не учитывает происходящие в этой атмосфере сдвиги температуры, наличие в ней неких химических смесей. Научный руководитель Пэйн заявил, что она ошибается, — следом заявил то же самое и его прежний научный руководитель, высокомерный Генри Норрис Расселл, а с ним спорить было почти бессмысленно. Расселл обладал редкостным самомнением, он никогда не допускал и мысли о возможности своей неправоты, — к тому же, в астрономической науке Восточного побережья от него зависело как большинство грантов, так и любая возможность получения работы.
Какое-то время Пэйн все же пыталась бороться: повторяла свои доказательства, доказывала, что водородная интерпретация спектрограмм не менее правдоподобна, чем та, которая ведет к железу; более того, настаивала на том, что новейшие открытия, сделанные физиками-теоретиками Европы, показывают: водород действительно может питать энергию Солнца. Все было без толку. Она даже пыталась заручиться поддержкой Эддингтона, однако он ей в таковой отказал — возможно, из-за своих убеждений, возможно, из страха перед Расселлом, а возможно, просто из опасений, которые испытывает всякий пожилой холостяк, когда молодая женщина лезет к нему со своими эмоциями. Друг Пэйн по студенческим годам, проведенным ею в кембриджской Обсерватории физики Солнца, молодой, светловолосый Эдуард Милн, ставший теперь признанным астрофизиком, — вот он попытался помочь ей, однако ему не хватило для этого власти. Пэйн и Расселл обменивались письмами, однако для того, чтобы результаты ее исследований были приняты, ей следовало пойти на отступничество. Готовя диссертацию к опубликованию, Пэйн вынуждена была вставить в нее унизительную оговорку: «Огромный избыток [водорода]… почти наверняка является нереальным».
Впрочем, несколько лет спустя значение работы, проделанной Пэйн, стало ясным для всех, поскольку независимые исследования других ученых подтвердили правильность ее интерпретации спектрограмм. Она была оправдана, неправыми оказались ее профессора.
Несмотря на то, что прежние учителя Пэйн так перед ней и не извинились — напротив, они старались, пока могли, притормозить ее карьеру, — путь к использованию E=mc2 для объяснения того, как сгорает Солнце, был открыт. Пэйн показала, что нужное для этого топливо плавает в космосе, что Солнце и все прочие звезды суть, в действительности, огромные насосные станции, работающие по принципу E=mc2. Они перекачивают, уничтожая ее, всю массу водорода. Впрочем, на самом деле, они просто прокачивают ее через стоящий в уравнении знак равенства и то, что выглядело массой, вырывается из них в виде буйной взрывной энергии. Несколько ученых занялись подробностями этого процесса, однако основную работу выполнил Ханс Бете, тот самый человек, который стал впоследствии соавтором посвященного немецкой угрозе меморандума, представленного в 1943-м Оппенгеймеру.
