Уроки Совы Филиновны

Сказка о мирном рыцаре Эддингтоне, узнавшем главную тайну звёзд

 

– Люди часто мечтают попасть в сказку, вырваться из серых скучных будней в мир могучих героев и подвигов, невероятных приключений и побед. Мечты о двери в чудесный мир, о магическом даре или волшебной палочке свойственны не только детям, но и многим взрослым.

…Только учёные не мечтают о волшебном альтернативном мире.

– Они не умеют мечтать? – удивилась Галатея.

Королева Никки покачала головой:

– Просто они уже нашли свою дверь в мир чудес. Учёные смогли вскрыть жестяную поверхность консервированной повседневности, научились видеть невидимое или незамечаемое другими людьми. Учёные много лет осваивают это умение проникать в чудесную суть вещей и явлений, используя вместо волшебной палочки телескопы, микроскопы и математические уравнения.

– Никогда бы не подумала, что учёные имеют свои волшебные палочки! – воскликнула Галатея.

Никки улыбнулась:

– Телескоп будет помощнее волшебной палочки – это настоящее окно в другие миры, мост через глубины пространства и даже времени!

– Телескоп – это ещё и машина времени? – поразилась Галатея.

– Конечно, телескоп – это подлинная машина времени, которая видит далёкое прошлое звёзд и галактик.

Так и получилось, что все учёные живут двойной жизнью. Одна из них обычная и всем понятная, а другая – невидимая, загадочная и – да, по-настоящему волшебная.

Такой двойной жизнью жил и Артур Стэнли Эддингтон.

Внешне он вел спокойное, размеренное существование профессора Кембриджа, прерываемое лишь научными экспедициями и поездками на конференции. Книги и беседы, трубка и камин, прогулки на велосипеде – на непосвящённый взгляд простака ничего примечательного в жизни Эддингтона не было.

На самом деле Эддингтон в своей главной жизни был ТИТАНОМ, супергигантом в яростной битве с другими титанами. Он совершал подвиги, которые никто другой не мог совершить. Он рассчитывал жизнь и смерть звёзд, изгибал само пространство и время, определял судьбы Вселенной и создавал миры, предписывая им законы бытия…

– Здорово! – восхитился Андрей.

– Уже в детстве Эддингтон выделялся среди своих сверстников. В футбол он играл как все, но вдобавок он обладал явным математическим талантом и выучил таблицу умножения до 24 на 24 раньше, чем научился читать. Родители Эддингтона были глубоко религиозными людьми, поэтому Библия попала в руки к мальчику очень рано. Юный Эддингтон взял и… пересчитал все буквы в первой главе Библии. В возрасте четырёх лет, когда его выводили на вечернюю прогулку, он пробовал сосчитать звёзды на небе.

Увлечённость большими цифрами останется у Эддингтона на всю жизнь – став учёным, он подсчитает даже общее число элементарных частиц во Вселенной!

Кроме математики, юный Стэнли, как звали его домашние, увлекался астрономией и с десяти лет много времени проводил у небольшого телескопа, который ему дал учитель. За школьные годы Стэнли написал тринадцать рефератов по астрономии. Мальчик следил за экспедицией Нансена на Северный полюс и обсуждал со своей старшей сестрой газетные сообщения об огромном метеоре, который с ужасным грохотом взорвался над Мадридом в апреле 1896 года. Этот метеор был виден даже на фоне яркого дневного неба.

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 было всего два года. Семья жила очень небогато, но Стэнли 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 и Максвелл.

Эддингтон не был затворником, живущим в научной башне из слоновой кости. Ещё 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 следует, что за рекордный 1905 год он проехал на велосипеде свыше четырёх тысяч километров, а в возрасте пятидесяти пяти лет Эддингтон проехал за один день двести километров между Донкастером и Кембриджем. Ездил он чаще всего в одиночестве – эти длинные велосипедные путешествия явно были для Эддингтона ещё одним способом размышления над чудесами Вселенной, которые остаются невидимыми простым смертным.

– Что-то мы давно на велосипеде не катались… – вспомнил Андрей.

– Студентом Эддингтон посещал математические семинары, но друзья нередко замечали его читающим на заседаниях статьи по гравитации: обычного потока информации Стэнли явно не хватало – он успевал следить за происходящим на семинаре и изучать сложные научные труды.

* * *

Эддингтон становится профессором Кембриджа, много наблюдает в телескоп и публикует книгу о звёздах и строении Вселенной. Эта монография приносит ему заслуженную славу среди учёных.

В это время Эйнштейн в Германии создаёт свою общую теорию относительности. Европа охвачена войной, научные связи между Англией и Германией прерваны, но космолог де Ситтер, живущий в нейтральных Нидерландах, переправляет Эддингтону оттиски своих статей и трудов Эйнштейна.

Эддингтон, обладающий блестящими математическими способностями, быстро осваивает теорию Эйнштейна, построенную с помощью тензорного анализа, и в 1918 году публикует первое в мире англоязычное изложение теории гравитации Эйнштейна.

В этом же году британское правительство пробует призвать Эддингтона в армию – европейский фронт требовал всё новых солдат. Эддингтон, 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.

– Странные эти правительства! – удивился Андрей. – Простые солдаты им нужнее, чем знаменитые профессора астрономии.

– Профессору была дана отсрочка от призыва, а через несколько месяцев война закончилась.

Эддингтон быстро становится признанным экспертом в теории относительности Эйнштейна и приобретает в этой области авторитет, сопоставимый с авторитетом самого автора теории.

Один из учёных, считавший себя знатоком теории Эйнштейна, как-то подошёл к Эддингтону и сказал с прозрачным намёком на себя:

– Вы – один из трёх человек в мире, которые понимают теорию Эйнштейна!

Эддингтон погрузился в раздумья.

– Не скромничайте, Артур!

– Я просто пытаюсь понять – кто же третий? – кротко ответил Эддингтон.

* * *

Теория Эйнштейна предсказывала искривление света звёзд возле Солнца. Наблюдать звёзды возле диска Солнца можно было только в случае полного солнечного затмения – и именно Эддингтон возглавил экспедицию на остров Принсипи возле западного берега Африки, чтобы проверить это предсказание Эйнштейна.

– Никки, я помню, ты уже об этом упоминала, в сказке о Королевстве Кривых Пространств, – обрадовалась Галатея.

– Молодец, – улыбнулась Никки, и продолжила: – Приезд научной экспедиции во главе с английским лордом вызвал изрядный переполох на острове. Губернатор оказал всяческое содействие и помог астрономам выбрать для наблюдений самый безоблачный берег острова. Местный владелец плантаций какао даже отложил поездку в Европу, чтобы иметь возможность гостеприимно пригласить Эддингтона с коллегами остановиться в его доме. Плантатор предоставил носильщиков, которые прорубали экспедиции путь по джунглям и несли астрономическое оборудование. Телескоп был установлен на специально сооружённом постаменте. Все научные инструменты были готовы к наблюдениям, но вот беда – 29 мая, в день затмения, на острове Принсипи разразился ливень. Лишь перед самым затмением небо очистилось – и то не до конца. Эддингтону некогда было любоваться великолепной короной Солнца – он в стремительном темпе менял фотопластинки в приборе. За несколько минут затмения он успел сделать шестнадцать фотографий Солнца и его окрестностей.

Звёзды оказались видны лишь на шести проявленных пластинках.

Эддингтон приступил к измерениям смещения звёзд. Пять из шести получившихся снимков оказались слишком низкого качества. Эддингтон принялся исследовать последнюю, лучшую пластинку, которая запечатлела в облачных просветах пять звёзд. Он сравнил результаты с контрольной фотографией данного участка неба, полученной несколько месяцев назад. Измерив положение пяти звёзд, Эддингтон получил смещение, хорошо совпавшее с предсказанием Эйнштейна.

Эддингтон вспоминал этот день как самый впечатляющий момент своей жизни!

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 судьбой Вселенной!

– Только учёные могут так радоваться ничтожным смещениям маленьких точек! – подумала вслух Галатея.

– Потому что учёные, в отличие от других людей, понимают – ЧТО ОЗНАЧАЕТ это смещение! – ответил Андрей. – В этом и состоит секрет их волшебства.

Никки продолжила:

– Эддингтон сообщил об успехе экспедиции телеграммой. Весть о том, что Эйнштейн оказался прав, разнеслась по первым страницам главных газет во всём мире: «НАШЕ ПРОСТРАНСТВО ИСКРИВЛЕНО!»

Люди измучились от бессмысленной войны, и удивительные вести из космоса позволили им заглянуть в иной, чудесный мир, где живут звёзды и учёные. Эйнштейн стал мгновенно и всемирно знаменит. Его предыдущая известность в научных кругах не шла ни в какое сравнение с нынешней славой. Среди учёных, конечно, оказалось немало скептиков, указывающих на недостаточность полученных данных.

Через три года в Австралию отправилась экспедиция из Ликской обсерватории во главе с её директором Кэмпбеллом – чтобы ещё раз сфотографировать звёзды возле Солнца в момент затмения. Новые данные полностью подтвердили результат экспедиции Эддингтона. Пожилой Кэмпбелл не относился к числу сторонников Эйнштейна и надеялся (как он потом сам признался), что звёзды откажутся подтверждать эту 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 и волнующиеся пространства Римана.

– Мы плывём по Морю Искривлённого Пространства! – воскликнула Галатея.

– Эддингтон публикует научную монографию «Математическая теория относительности», о которой сам Эйнштейн отозвался так: «Наилучшее изложение предмета!»

В этой книге Эддингтон, глубоко проникший в суть теории Эйнштейна, сделал еретический вывод: энергия в общей теории относительности не сохраняется, зато подчиняется более общему закону изменения, что «является с нашей новой точки зрения более простым и значительным, чем простое сохранение».

Эйнштейн был согласен с Эддингтоном и работал над единой теорией поля , которая должна была уничтожить не только сохраняющуюся энергию, но и саму материю – оставив вместо неё лишь сложным образом искривлённое пространство.

– Как это? – не поняла Галатея. – То есть я сама как бы состою из искривлённого пространства?

– Да, Эйнштейн полагал, что может описать элементарные частицы – из которых состоишь и ты, и мы – как некие сгустки искривлённого пространства.

– Все 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, по Эйнштейну, частицы – это такие кульки или узлы из пространства-времени? – переспросил Андрей.– Образно говоря, да. Но Эйнштейну не удалось построить такую теорию – возможно, он где-то свернул в непроходимый тупик – такое бывает даже с самыми умными учёными. Большинство учёных скептически воспринимали попытки Эйнштейна свести весь мир к узелкам из свернутого пространства. Учёные использовали общую теорию относительности Эйнштейна, но недоверчиво отнеслись к крамольной точке зрения Эддингтона и Эйнштейна на закон сохранения энергии.

* * *

Эддингтону было не привыкать сталкиваться со скептицизмом и непониманием со стороны других учёных. Среди астрономов он был известен как создатель теории строения звёзд, о которой он опубликовал книгу, ставшую классической. Одна из моделей звёзд так и называется: «модель Эддингтона». Учёный доказал, что равновесие звезды зависит не только от гравитации и давления газа, но и от светового давления – на Солнце оно достигает одной десятой от давления солнечного газа.

– Постой, Никки! – воскликнула Галатея. – Как это свет может что-то удерживать? Это же свет! Солнечный зайчик! Он только освещает и греет!

– Свет в больших количествах совсем не похож на милого зверька. Эддингтон подсчитал, что на Землю каждый день выпадает 160 тонн солнечного света. Именно эта энергия питает растения, животных и нас самих, а также создает ветер, дожди и реки.

– Ух ты! – потрясённо сказала Галатея. – Сто шестьдесят тонн света – каждый день!

– Запертый внутри звезды могучий свет начинает вести себя как газ в упругом мяче, пытаясь раздуть мешающую ему оболочку. В массивных звёздах давление излучения вообще становится главной причиной, удерживающей звезду от быстрого сжатия или падения в саму себя.

Постоянным оппонентом сэра Эддингтона был сэр Джинс, авторитетнейший астроном.

Современники вспоминали споры Эддингтона и Джинса, как «битвы титанов». А в теории звёзд было о чём поспорить. Динамический баланс раскалённых гравитирующих звёзд был парадоксален. Эддингтон часто говорил: «Чтобы звезду охладить, её надо нагреть!» – и был совершенно прав.

– Непонятно, но замечательно! – обрадовался Андрей.

– Эддингтон оценил температуру в центре звезды в сорок миллионов градусов и первый предположил, что звёзды светят благодаря ядерному превращению элементов – говоря современным языком, из-за термоядерных реакций водорода и гелия.

Его опять не поняли – Эддингтон опередил своё время лет на двадцать. Скептицизм физиков и астрономов был понятен: согласно тогдашним теоретическим представлениям, реакции ядерного синтеза требовали гораздо больших температур. Больше всех спорил сэр Джеймс Джинс.

Эддингтон ядовито говорил скептикам и сэру Джеймсу:

– Вам недостаточно сорока миллионов градусов? Идите поищите местечко погорячее! – что означало: «Идите в ад!» или «Идите к чёрту!»

* * *

Как рассказывал сам Эддингтон, вечером того дня, когда он сделал это открытие – догадался об атомном источнике энергии звёзд, – он сидел на скамейке со своей девушкой. Она сказала: «Посмотри, как красиво светят звёзды!» На что он ответил: «Да, и в данный момент я – единственный человек в мире, которые знает, ПОЧЕМУ они светят».

– Наверное, это очень приятное чувство! – сказал Андрей.

– Это и есть главная тайна звёзд, которую узнал лорд Эддингтон? – спросила Галатея.

Дзинтара кивнула:

– За научные успехи Эддингтона пожаловали рыцарским званием, он был выбран президентом Королевского общества и Международного астрономического союза. Но мировая слава, открытие главного секрета звёзд и звание лучшего знатока общей теории относительности не остановили учёного от дальнейших поисков. Последнюю часть жизни он посвятил проблеме, которую иначе как Проблемой и не назовёшь.

Эддингтон стал искать теорию происхождения мировых физических констант, например скорости света и гравитационной постоянной. Почему они имеют именно эту величину? Замысел Эддингтона – найти мировое уравнение, решение которого дало бы нужные численные константы, – превосходит по масштабности и дерзости все другие. Изменение мировых констант даже на небольшую величину приводит к полному изменению картины мира, поэтому Эддингтон, пытаясь ответить на вопрос: почему численные величины мировых констант именно такие, а не другие? – на самом деле искал ответ на вопрос: ПОЧЕМУ наш мир устроен именно таким образом?

Пока никто из учёных не нашёл какого-либо реалистичного подхода к решению этой проблемы. Насколько опередил Эддингтон развитие физики – на двести или на триста лет?

Он не смог решить поставленную проблему, но сформулировать задачу часто не менее важно, чем её решить.

Примечательно, что в конце жизни оба учёных – и Эйнштейн, и Эддингтон – остались одиноки в своих интеллектуальных поисках.

– Но ПОЧЕМУ так устроен мир? – расстроилась Галатея.

Никки ответила:

– Люди, идущие впереди всех, всегда одиноки. Эти ТИТАНЫ, создатели миров, светил и пространств, слишком опередили своё время.

Негромкий голос из полумрака добавил:

– Эддингтон в физике был настоящий поэт. В своей книге «Пространство, время и тяготение» он написал следующие задумчивые и остроумные строки: «Мы нашли странный отпечаток ноги на берегу Неизвестного. Мы создали, одну за другой, много глубоких теорий для того, чтобы объяснить его происхождение. В конце концов нам удалось реконструировать то существо, которому принадлежит этот след. И оказалось, что это мы сами».

– Я тоже хочу оставить свой след на берегу Неизвестного! – сказала решительно Галатея.

Невидимый собеседник подумал, что Эддингтон имел в виду нечто другое, но не стал спорить с мечтой девочки. Детские мечты наивны, но обладают огромной силой.Примечания для любопытных Световое давление – давление света, падающего на поверхность тела. Идея светового давления была высказана Кеплером для объяснения поведения кометных хвостов. Максвелл теоретически обосновал давление света в рамках своей электродинамики, а российский физик Петр Николаевич Лебедев (1866–1912) в 1899 году экспериментально открыл давление света, измерив его с помощью крутильных весов.

Джеймс Максвелл (1831–1879) – великий британский физик и математик. Заложил основы современной электродинамики (уравнения Максвелла) и кинетической теории газов (распределение Максвелла).

Джеймс Джинс (1877–1946) – британский физик и астроном. Открыл один из законов излучения (закон Релея – Джинса) и нестабильность гравитирующей среды (неустойчивость Джинса). Посвящён в рыцари в 1928 году.

Титаны – в древнегреческой мифологии боги второго поколения, дети Урана (бога неба) и Геи (богини земли).

Пацифизм – учение, осуждающее любые войны и насилие.

Мировые физические константы – к ним относятся, например, следующие:

Скорость света в вакууме – физическая константа, равная 299 792 458 м/сек.

Постоянная Планка – основная константа квантовой теории. Впервые введена выдающимся немецким физиком, основателем квантовой теории Максом Планком (1858–1947) в 1900 году.

Гравитационная постоянная – физическая константа, используемая в уравнениях гравитации Ньютона и Эйнштейна. Характеризует силу гравитационного притяжения между телами.

Космологическая постоянная – постоянная, введённая Эйнштейном, которая, как сейчас считается, определяет скорость расширения Вселенной.

Заряд электрона . Электрон – одна из самых распространённых стабильных элементарных частиц, играющая важную роль в структуре атомов, в химии, в явлении электрического тока и т. д. Масса и заряд электрона – физические константы, от которых зависят многие феномены нашего мира. Заряд электрона служит единицей измерения электрического заряда других элементарных частиц и ионизированных атомов.