Дик Гарвин[30] был не из тех, кто позволит себя дурачить. В 1952 г., 24-летним, он работал под руководством Эдварда Теллера над водородной бомбой. Блестящий физик и уважаемый правительственный консультант по вопросам национальной безопасности, провел два срока в научно-консультационном комитете при президенте США. К тому же он лучше Вебера умел обращаться с данными.
Тони Тайсон уже спорил с Джо Вебером из-за гравитационных волн на большой конференции в Нью-Йорке в декабре 1972 г. (На 6-м Техасском симпозиуме по релятивистской астрофизике; разумеется, Нью-Йорк находится не в Техасе, но первая конференция этого цикла встреч состоялась именно там, и название прижилось.) Это, однако, был более-менее вежливый научный спор. Несмотря на несогласие по поводу данных, Тайсон и Вебер уважали друг друга. Много лет спустя они даже, можно сказать, подружились.
Конфликт с Гарвином на Кембриджской конференции в июне 1974 г. развивался совершенно иначе, возможно, потому, что Вебер устал защищаться или в глубине души понимал, что что-то не так. Мы об этом уже не узнаем. Как бы то ни было, он воспринял критику Гарвина как личные нападки и был готов ударить в ответ, если бы не вмешательство Фила Моррисона.
Вспоминая об этом случае более 40 лет спустя, Вирджиния Тримбл до сих пор жалеет своего покойного мужа. «Они изгнали его с острова, – сказала она в разговоре со мной, прибегнув к аллюзии на популярное реалити-шоу «Последний герой». – Вы не знаете значения слова «конфликтный», если не прожили 28 лет в браке с Джо Вебером. Это [сообщество физиков] была стая. Гарвин оказался самым непримиримым. Для Джо он стал воплощением зла».
Тримбл, ставшая знаменитым астрофизиком и историком астрономии, никогда не вступала в дебаты по поводу обнаружения гравитационных волн антенными детекторами, и ее карьера не пострадала из-за отношений с Вебером. После смерти мужа она продала их дом в Чеви-Чейз и на вырученные средства учредила премию за астрономический инструментарий имени Джозефа Вебера от Американского астрономического общества. С 2002 г. она вручается людям с такими же, как у Вебера, устремлениями: создать самый лучший прибор, который только можешь представить, и пользоваться им, пока не поймешь, что ты видишь.
После стычки в Кембридже споры Вебера и Гарвина продолжились – не на конференциях, а в разделе «Письма читателей» журнала Physics Today. В июне 1975 г. физик из Принстона Фриман Дайсон написал Веберу письмо, предлагая сдаться. «Великий человек не боится публично признать, что ошибался и передумал, – писал Дайсон. – Вы достаточно сильны, чтобы признать свою ошибку. Если вы это сделаете, ваши враги возрадуются, но друзья возрадуются еще больше». Вебер отказался уступить.
К тому времени большинство ученых были убеждены, что заявления Вебера беспочвенны – не из-за какой-то ошибки в технологии антенного детектирования как таковой, а потому, что гравитационные волны, очевидно, слишком слабы, чтобы измерить их таким способом. До середины 1970-х гг. во многих местах были построены и использовались многочисленные резонансные детекторы разных размеров, форм и массы и из разных материалов. Самые лучшие были чрезвычайно чувствительными, великолепно изолированными от вибрационного шума (например, шума проезжающих грузовиков), криогенными (охлажденными почти до абсолютного нуля, составляющего –273 °С) и имели сверхпроводящие квантовые интерферометры, способные измерить даже самый слабый сигнал. Хотя иногда казалось, что тот или другой что-то обнаружил, данные никогда не казались критикам достаточно убедительными и большинство детекторов постепенно были выведены из эксплуатации. Сам Вебер в конце 1980-х гг. лишился финансирования Национальной научной ассоциации. Частично на собственные средства он поддерживал работу своих антенн вплоть до смерти в сентябре 2000 г. Часть его оборудования до сих пор пылится в маленьких, будто гаражи, зданиях кампуса Мэрилендского университета.
Печальная история! Джо Веберу нельзя не посочувствовать. Такова судьба многих первопроходцев. Нет ничего сложнее, чем открыть новую область научного исследования. Если то, к чему вы стремитесь, легко достижимо, все бы уже это делали. Идя впереди всех, рискуешь потерпеть поражение по той или иной причине[31].
Один астроном, впоследствии разделивший Нобелевскую премию за работы, связанные с волнами Эйнштейна, не присутствовал на 5-й Кембриджской конференции по релятивизму в июне 1974 г. и даже не знал о полемике вокруг антенн Вебера. Двадцатитрехлетний Рассел Халс наблюдал пульсары в радиообсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, работая над докторской диссертацией. Тем летом он сделал открытие, повлекшее за собой первое (косвенное) доказательство существования гравитационных волн.
Прежде чем мы перейдем к этой истории, вы должны узнать, что такое нейтронные звезды. Прослушайте ускоренный курс астрофизики.
5Как живут звезды
Вы знаете, кто такой Карл Саган – ученый-планетолог, популяризатор астрономии и ведущий сериала «Космос: персональное путешествие», выходившего на канале PBS в 1980 г.? Если вас тогда еще на свете не было, поищите в Google – этот сериал стоит посмотреть[32].
Девятая серия начинается с замедленной съемки крупным планом приготовления яблочного пирога в сопровождении классической музыки. Официант во фраке несет пирог на серебряном блюде через столовую Кембриджского университета и подает Сагану, сидящему за красиво накрытым столом. Когда пирог ставят перед ним, Саган смотрит в камеру и говорит: «Если вы хотите приготовить яблочный пирог с самого начала, придется прежде всего изобрести Вселенную».
Совершенно справедливо! Не будь Большого взрыва, не было бы галактик, звезд и планет, не говоря уже об яблочных пирогах. Все вокруг нас имеет свою историю. Стулья, кошки или ключи от машины – чтобы действительно изучить их, нужно узнать, откуда они взялись.
Это относится и к нейтронным звездам. Перефразируя замечание Сагана, если вы хотите знать, что такое нейтронная звезда, сначала нужно познакомиться с эволюцией звезд. Ведь нейтронная звезда, в сущности, труп звезды. Мы должны хорошо понимать особенности нейтронных звезд, чтобы продолжить разговор о гравитационных волнах, поэтому я собираюсь прочесть вам вводный курс о жизни звезд. К яблочному пирогу Сагана мы еще вернемся.
Звезды – важные объекты хотя бы потому, что дают энергию живым организмам. Например, жизнь на Земле всецело зависит от энергии Солнца. Без солнечной энергии Земля была бы темным обледенелым каменным шаром. Ничто не смогло бы выжить на ней.
Если мы настолько зависим от Солнца, полезно разобраться, как оно функционирует и из чего состоит. Откуда берется его энергия? Насколько ее хватит? Что произойдет, если Солнце погибнет? Астрономы узнали ответы на эти вопросы менее 100 лет назад, ведь невозможно изучить Солнце в лаборатории или рассмотреть образец солнечной материи под микроскопом.
Неудивительно, что в начале промышленной революции возникла идея, будто Солнце состоит из угля – нового чудесного источника энергии. Если как следует нагреть это черное вещество, оно начнет светиться. Ученые XIX в. придерживались несколько более реалистичных взглядов, полагая, что Солнце, возможно, медленно сжимается или его постоянно бомбардируют метеориты. При обоих процессах выделялась бы энергия.
Они ошибались. Солнце не сжимается. Наоборот, оно увеличивается в размерах, хотя и чрезвычайно медленно. Метеориты и даже кометы то и дело врезаются в Солнце, но скорость соударений слишком мала, чтобы обеспечить столько тепла и света. Что касается угля, если бы Солнце было своего рода угольной электростанцией, то его едва хватило бы на 6000 лет. Несмотря на соответствие представлениям некоторых креационистов о мироустройстве, это значительно меньше 2 млн лет существования земной жизни.
Сесилия Пэйн заинтересовалась астрономией в 19 лет, узнав об экспедиции Артура Эддингтона (которая наблюдала солнечное затмение и подтвердила ОТО Эйнштейна, о чем вы читали в главе 3). Четыре года спустя она уехала из Англии, получив первую степень доктора философии в области астрономии в Рэдклиффском колледже и место стипендиата-исследователя Гарвардской обсерватории. В диссертации, защищенной в 1925 г., она доказала, что Солнце состоит преимущественно из водорода, самого простого элемента в природе. Поскольку то же самое должно относиться и к другим звездам, Пэйн фактически открыла состав Вселенной. Поразительно, что большинству людей не знакомо ее имя.
Теперь мы знаем, что Солнце на 71 % состоит из водорода, на 27 % – из гелия (второго по простоте элемента) и лишь на 2 % – из более тяжелых элементов. Фактически Солнце – огромный шар горячего газа. Возможно, огромный – сказано слишком слабо, здесь уместнее слово чудовищный: 1,4 млн км в поперечнике – сто с лишним диаметров Земли. Если бы Солнце было размером с большой надувной мяч, то Земля, соответственно, ужалась бы до шарика, которым играют в рулетку; будь оно пустым, как надувной мяч, то вместило бы больше 1,3 млн голубых шариков величиной с Землю. Впечатляюще!
Как же чудовищный шар водорода и гелия вырабатывает постоянный поток энергии? Очень просто, в процессе термоядерного синтеза. Ладно, не так уж это и просто, – чтобы выяснить все в деталях, американский физик Ханс Бете трудился до конца 1930-х гг. Но, если отрешиться от подробностей, картина ясна. В ядре Солнца газ сильно сжат весом верхних слоев; плотность там в 13 раз выше плотности свинца. В этих экстремальных условиях атомные ядра начинают сливаться – это и есть ядерный синтез. Если вы видели киносъемку первого испытания американской водородной бомбы, взорванной в начале 1950-х гг., то знаете, что при термоядерном синтезе выделяется энергия. Огромная энергия.