Веселое загробное существование

 

Если вы сбросили со счетов остатки сгоревших звезд, то напрасно. По целому ряду наиновейших теоретических соображений посмертное существование звезды — роман не менее интересный, чем ее жизнь.

В 1937 году в XVII томе журнала «Доклады Академии наук СССР» появилась на редкость короткая статья, подписанная известным советским физиком-теоретиком Л. Ландау. Называлась она просто: «Об источниках звездной энергии». Помните самый гвоздевой вопрос, над которым бились физики всего мира?

Статья занимала всего две странички. Порывистый и угловатый, насмешливый и всегда чуточку трагический Ландау терпеть не мог длинных писаний. Не будь у него под руками Евгения Лившица (так уверяют знавшие Ландау лично), он, Лев Давидович, не написал бы, может быть, вообще ни строчки. Гениальные идеи рождались и проходили цикл развития в его мозгу, не нуждаясь в фиксировании. Ландау даже имя свое стремился сократить и с большим удовольствием откликался, когда друзья звали его просто Дау.

В статье, с которой мы начали разговор, ее автор выдвинул любопытную гипотезу о возможности существования вещества в новом сверх-сверхплотном нейтронном состоянии. Встречаться оно могло… в недрах выгоревших звезд!

С тех пор прошло больше тридцати лет. Астрономы так и не отыскали в небе ни одной нейтронной звезды, но гипотеза Ландау продолжает существовать и даже развиваться. Вместо того чтобы искать новую, теоретики предпочитают придумывать причины, по которым наблюдение нейтронной звезды «крайне затруднительно для современного уровня техники».

Мы уже говорили раньше о плотности белых карликов. Пугали робкого читателя чудовищным весом наперстка, наполненного звездным карликовым веществом, и на этом остановились. Теперь на помощь следует призвать остатки мужества.

Что, если, сбросив газовую оболочку, то есть «приказав долго жить», звездный труп будет продолжать съеживаться? Картина хоть и лишена приятности, зато вполне реальная. Очевидно, при этом будет продолжать подниматься температура, и сердце белого карлика, уплотняясь и уплотняясь, начнет переходить в нейтронное состояние.

Нейтрон, вообще говоря, частица довольно неустойчивая. Среднее время его жизни не превышает 15 минут. Но в недрах звезды условия несколько отличаются от лабораторных. И там из неустойчивых частиц вполне может сформироваться достаточно устойчивое вещество, находящееся в пресловутом пятом — нейтронном — состоянии. Его плотность можно выразить цифрой граммов в кубическом сантиметре с 14 нулями. То есть наш наперсток, которым мы с вами черпаем сенсации из океана науки, наполненный нейтронным веществом, потянет на весах… 100 миллионов тонн! Совершенно несуразное число. Но не забывайте, что из реального мира Земли мы перешли в предположительный мир угасших звезд. Причем и угасших-то условно, по расчетам физиков.

Перед началом второй мировой войны вопросы звездных судеб изучал и американский физик-теоретик — истинный «отец» «Малыша», первой американской бомбы, — Роберт Оппенгеймер. Он выяснил, что если звезда, более тяжелая, чем Солнце, исчерпает запасы водорода и начнет сжиматься, то заканчивается этот этап катастрофой. За считанные мгновения внешние слои ядра звезды проваливаются до самого центра, осуществляя переход вещества в нейтронное состояние. Гравитационное поле такого плотного сгустка материи оказывается настолько сильным, что свет уже не может выбраться из него. И для стороннего наблюдателя такая звезда гаснет.

Этот процесс назвали гравитационным коллапсом, или гравитационной смертью, звезды. Однако, несмотря на резкое уменьшение объема, общая масса и сила тяготения, с которой звезда раньше действовала на окружающие ее небесные тела, остаются без изменения. И это, по мнению академика Я. Б. Зельдовича, едва ли не единственная возможность для будущего обнаружения таких «погасших» звезд. Термин «погасание» — чисто внешний. Мы с вами никогда не увидим только что описанного катастрофического процесса. В момент катастрофы в действие вступают законы Эйнштейна. Невероятное тяготение (иначе — сильное искривление пространства) начинает влиять на ход времени. И нам в сверхтелескопы гравитационный коллапс будет казаться замедленной съемкой процесса спокойного угасания.

Такие «погасшие» звезды и дальше вовсе не будут представлять собой холодные могилы небесных тел. Нет! Они продолжают эволюционировать, продолжают сжиматься. В сверхплотных недрах этих, ставших уже совсем небольшими по размерам, комков звездной материи продолжают бушевать гигантские температуры. Съежившееся и усилившееся во много раз гравитационное поле так искривляет пространство, что уже не только свет, но даже нейтрино не могут больше вырваться за его пределы. Дальнейшее сдавливание вещества нейтронной звезды должно привести к новому переходу в гиперонное состояние, которое дает начало барионной звезде.

И наконец, в условиях плотности, для которой у автора уже не осталось определяющего термина, барионы распадаются на кварки. Гигантская звезда сжимается едва ли не в точку.

Но если мы прошли мимо гиперонов и барионов, предоставляя читателю самому разбираться в их природе, то о кварках стоит сказать несколько слов.

Прежде всего — это гипотетические фундаментальные частицы с дробным электрическим зарядом. Из них, по мнению ученых, могут быть построены вое основные элементарные частицы, так расплодившиеся в настоящее время. Гипотеза кварков чрезвычайно заманчива, но, увы, до сих пор ни одной из подобных частиц физики не выловили ни в космических лучах, ни на гигантских ускорителях. Они появляются упрямо «только на обрывках старых конвертов» да еще… в снах. Впрочем, как им и положено по природе. Недаром один из авторов этой гипотезы — американский физик Гелл-Ман (вторым автором был молодой швейцарец Цвейг) — назвал их кварками. Вы спросите, что это значит? Ничего! Это название чего-то неизвестного и неуловимого, что встречалось в галлюцинациях героя романа Дж. Джойса «Пробуждение Финнегена». Романы Джойса похожи на бред, и у нас их не печатают. Ученые же уверяют, что они здорово помогают развивать воображение, необходимое современным физикам. А больше их, как правило, никто и не читает.

 

Но почему же, появившись на бумаге, кварки не открываются людям в своем естественном виде? Теоретики считают, что причиной тому, во-первых, крайняя малочисленность кварков во вселенной, во-вторых, их большая масса, требующая огромной энергии, необходимой для их получения. Считается, что всей энергии существующих ускорителей не хватит, чтобы получить хоть дюжину кварков. Но, может быть, физики просто придумывают все эти причины, а никаких кварков в природе не существует? Может быть и так…

Пока кварки являются физикам только во сне. Но если их наяву не окажется, это будет страшное разочарование. Потому что уже сейчас ученые теоретически с их помощью объяснили целую кучу противоречивейших свойств, которыми обладают атомные частицы. А академики А. Сахаров и Я. Зельдович предсказали даже существование целого кваркового семейства.

Интересно отметить, что советский физик-теоретик Дмитрий Дмитриевич Иваненко считает, будто сверхплотная дозвездная материя, из которой, по мнению группы Амбарцумяна, образуются звезды (вторая дежурная гипотеза нашего времени), вполне может представлять собой не что иное, как некие кварковые образования. Не исключено также, что некогда вся материя нашей области вселенной также находилась в состоянии сверхплотного кваркового ядра, из которого сверхвзрыв породил всю доступную обозрению Метагалактику.

В общем кварки нужны позарез. Наверное, именно потому на борту «Протона-4» — крупнейшей советской автоматической научной космической станции — установлены для них ловушки. Не удается получить кварки на Земле, поищем в космосе. Может быть, помогут первичные космические лучи, не долетающие до земной поверхности?

Совместное сосуществование барионов и кварков в недрах бывшей звезды должно приводить к исключительно неустойчивому характеру последней. И процесс может бурно начаться в обратном направлении. Чтобы читатель до конца прочувствовал, чем этот «обратный процесс» чреват, приведем пример.

Один протон, согласно новой теории, состоит из трех кварков. Но масса трех кварков в 30 раз больше массы протона. Значит, при образовании протона из кварков 29 единиц массы оказываются «избыточными» и переходят в энергию по закону Эйнштейна. «Дефект массы» получается равным 97 процентам!!! Это примерно в 140 раз больше, чем при термоядерных реакциях. То есть превращение массы в энергию приближается к реакции почти полной аннигиляции — переходу вещества в излучение.

Вы сами видите, что переход кварков обратно в барионы даст столько энергии, что этот процесс даже не назовешь взрывом. Это сверхвзрыв!

Не так давно швейцарский астрофизик Цвикки высказался за то, что в недрах некоторых звезд могут существовать небольшие подвижные сгустки материи, находящейся, может быть, в нейтронном состоянии. Цвикки назвал их гоблинами, по имени духов из легенд, живущих в подземельях. Как только такой гоблин выберется на поверхность звезды, гравитационные тиски ослабевают, и дух распадается, выделяя большое количество энергии. Может быть, именно эти «духи подземелья» повинны во вспышках новых и сверхновых?..

Ну, а ежели нейтронный дух дает вспышку сверхновой, то что может дать дух кварковый?..

 

Сверхзвезды — сенсация № 1

 

Это случилось совсем недавно, в 1963 году. Казалось бы, что нового можно найти на звездном небе после стольких лет наблюдений? И тем не менее…

Голландский астроном Маартен Шмидт, работая на американских обсерваториях Маунт-Вилсон и Маунт-Паломар, открыл небесный объект необъяснимой природы.

Наблюдатели уже давно целились радиотелескопами в звезды, пытаясь установить, испускают ли они радиосигналы. Увы, единственная звезда, радиоголос которой удалось отчетливо услышать, — Солнце. Да и то его излучение оказалось настолько слабым, что с расстояния, хотя бы равного пути до Проксимы Центавра — ближайшей к нам звезды, — его не удалось бы поймать даже самой чувствительной аппаратурой. Выручила близость Солнца к Земле. Из удаленных же космических объектов отчетливыми радиоголосами обладали только гигантские «хоры» звезд — галактики да туманности, образовавшиеся либо на местах вспышек сверхновых, либо других каких-то космических катастроф, но только не отдельные звезды. И вдруг Шмидт устанавливает, что загадочный источник радиоизлучения, обозначенный в Кембриджском каталоге как 3с273, точно совпадает со слабой звездочкой светимостью не более тринадцатой звездной величины.

Это было совершенно невероятно!

 

Скоро огромные чаши антенн отыскали еще четыре таких же загадочных небесных объекта, ранее считавшихся «слабыми звездочками нашей Галактики». Все они оказались настоящими вулканами радиоизлучений. Трудно себе представить, какими должны быть там электромагнитные бури, чтобы отголоски их преодолели звездные расстояния и добрались до крошечной Земли.

Следующий сюрприз миру преподнесли ветераны астрономии — оптики. Они прикинули расстояния до «голосистых» объектов и объявили, что «слабые звездочки нашей Галактики» вообще едва ли не самые удаленные объекты вселенной. Свет от них миллиарды лет находится в пути, прежде чем попасть в земные телескопы. Таким образом, радиокрикуны ничего общего не могли иметь ни с нашей, ни с какой другой отдаленной галактикой. Они сами по себе.

Но если они находятся так далеко, а мы все-таки улавливаем их свет, то яркость этих объектов должна быть колоссальной! По меньшей мере в 100 раз больше, чем яркость всех 100 миллиардов звезд нашей Галактики!

Снова невероятные факты. Может быть, это тоже галактики, только сверх-сверхдальние? Но для этого они слишком малы по размерам. Пока все хватались за головы, математики, чуждые эмоций, считали. И получилось, что если предположить время существования этих объектов хотя бы в один миллион лет — срок для звездных масштабов пустяковый, — то за это время для поддержания энергии в них должны были полностью «сгореть» по 100 миллионов Солнц в каждом! То есть по сотне наших светил в год! Или два с половиной Солнца за сутки!!! Солнца, которое светит уже четыре с половиной миллиарда лет и, мы хотели бы надеяться, посветит еще…

Нет, удивительные объекты — это и не звезды! По существующим теориям масса даже самой большой звезды не может отличаться от солнечной более чем в 100 раз. А здесь?

Как исхитрились астрофизики измерить диаметры столь удаленных объектов, сказать трудно. Вернее, можно было бы, конечно, описать сложнейший метод и скрупулезную, невероятно тонкую работу, связанную с вычислениями фантастической изворотливости. Но это долго и снимает сенсационную напряженность. Поэтому автор ограничится тем, что приведет готовую цифру поперечника одного из таких таинственных объектов — 16 тысяч световых лет! Мало это или много?

Мало для того, чтобы считать объект галактикой, но много для звезды!

Объекты срочно назвали сверхзвездами или квазарами — квазизвездными источниками радиоизлучений. Но назвать, как мы уже не раз отмечали с вами, легче, чем понять.

Сенсации на этом не кончились. Изучение спектров квазаров показало огромное красное смещение спектральных линий. Если по отношению к ним эффект Допплера — Физо справедлив, то радиомонстры бегут от нас со скоростями, вполне сравнимыми со световыми. Так что же такое квазар?

Искушенный читатель понимает, что, когда в мировой науке возникает животрепещущий вопрос, вряд ли следует готовиться к долгому ожиданию ответа. Скорее следует поспешить вооружиться против скоропалительных ответов.

В 1964 году у нас появилась первая сногсшибательная гипотеза. Московский астроном Н. С. Кардашев смело выдвинул утверждение, что если, дескать, будут открыты колебания потоков радиоизлучения квазаров СТА-102 и СТА-21, то они не что иное, как сверхгигантские радиостанции сверхудаленных сверхцивилизаций. Только таких сверхразвитых, по сравнению с которыми человечество — амебы со своими жалкими полурефлекторными теориями относительности и квантовой механики…

Впрочем, читатель и сам легко убедится в этом, познакомившись со взглядами московского ученого поподробнее. Статью Н. С. Кардашева можно прочесть в «Астрономическом журнале» за 1964 год. Называется она: «Передача информации внеземными цивилизациями». Автор приводит расчеты, не оставляющие места для возражений. Судите сами: известно, что уже сейчас человечество, населяющее нашу планету, расходует каждую секунду примерно 40 000 000 000 000 000 000 эргов энергии. И с каждым годом ее количество все возрастает. Если предположить, что прирост не сократится и в будущем, то через три тысячелетия в наших руках окажутся мощности, превосходящие солнечную. А если построить радиостанцию с выходом всего в полтора раза больше этой мощности, то ее сигналы можно будет обнаружить во вселенной практически с любого расстояния.

 

В том же духе смелой гипотезы автор предлагает разделить все типы возможного развития технических цивилизаций по количеству освоенной энергии на три группы.

1. Технологический уровень, близкий к современному на Земле, то есть примерно 4•10¹⁹ эрг/сек. Это самый низший уровень цивилизации, способный только принимать чужие сигналы и грызть локти от невозможности самим заявить что-то на всю вселенную. В этом состоянии находимся мы с вами.

2. Цивилизация, овладевшая всей энергией, излучаемой своей центральной звездой (Солнцем). Для нас этот этап наступит примерно с построением сферы Дайсона. В это время энергопотребление должно приблизиться к числу, равному 4•10³³ эрг/сек. Это средний уровень.

3. Цивилизация, овладевшая энергией в масштабах своей Галактики. При этом в ее руках оказываются практически безграничные возможности. На этом этапе энергопотребление цивилизации должно вырасти до 4•10⁴⁴ эрг/сек.

Московский радиоастроном не сомневается, что такие цивилизации существуют, надо только хорошенько поискать. При этом он намечает и наиболее благоприятные направления для таких поисков. Прежде всего это направление на центр Галактики. Интересно бы также исследовать «на цивилизацию» ближайшую туманность в созвездии Андромеды. Действительно интересно, ибо ждать, пока вернется экспедиция, посланная писателем И. А. Ефремовым, слишком долго.

Все это очень интересно, несмотря на то, что звучит «очень фантастично». Занятие фантастикой за последнее время стало признанным хобби людей науки. Хотя в XX веке наука сама по себе настолько фантастична, что вряд ли нуждается в фантастике научной.

Не кажется ли вам, что в приведенной гипотезе есть и что-то чрезвычайно заманчивое? Нечто вроде идеи святочного рассказа о вновь обретенном умном и всесильном отце или легенды о добром боге?

Со времени выхода в свет «Астрономического журнала», на который мы ссылались, прошел год, и 14 апреля 1965 года читатели «Правды» прочли интервью, которое дал заведующий отделом радиоастрономии Государственного астрономического института имени Штернберга — профессор, ныне член-корреспондент Академии наук СССР И. С. Шкловский.

Оказалось, что совсем недавно молодой радиоастроном Г. Шоломицкий «со товарищи» высмотрел-таки, что квазар СТА-102 подмигивает! Поток его радиоизлучения действительно периодически меняется наподобие телеграфного сигнала.

«Но ведь это значит!..» — воскликнет обрадованный и простодушный читатель.

Профессор Шкловский был осторожнее. Рассказывая о работах своих молодых коллег, он прежде всего рекомендовал подождать подтверждения переменности характера квазара СТА-102. Подтвердится — хорошо: тогда это будет одним из крупнейших открытий в радиоастрономии. Не подтвердится — жалко. Но что поделаешь! Понятно, что после выпуска в свет прекрасной научно-популярной книжки, посвященной заслуженному, не потерявшему актуальности вопросу о множественности обитаемых миров, профессор не мог, оценивая причины загадочного мерцания квазара, исключить из рассмотрения «волнующую гипотезу Н. С. Кардашева».

 

Примерно в то же время за рубежом астрономы Сэндейдж и Мэтьюс подвергли радиоисточник Зс48 (по Кембриджскому каталогу) фотоэлектрическим измерениям. Оказалось, что интенсивность его оптического излучения в течение земного года тоже меняется процентов на тридцать. Если бы источник Зс48 был обыкновенной звездой, такое «легкомысленное подмигивание» объяснить труда бы не представляло. Но это квазар (!) с такими размерами, что даже свету, чтобы добраться от одного его края до другого, нужно несколько тысяч лет. Кто же может командовать таким согласованным подмигиванием?

Феномен пока не объясним! Пока вообще многое не объяснимо. Положено только начало изучению квазаров. Астрономы и физики с удовольствием выдвигают гипотезы, большая часть которых наверняка пойдет на слом, меньшая — в качестве строительного материала для фундамента будущей теории. Трудно даже сказать, во что выльется изучение этих удивительных небесных объектов, настолько многообещающим кажется начало.

 

Пульсары — сенсация № 2

 

Началось все обычно. Группа кембриджских радиоастрономов, обшаривая небо на частоте 81,5 мегагерц, в июне 1967 года наткнулась на четыре необычных импульсных источника космического радиоизлучения. Респектабельный «Nature» не без удовольствия привел английские имена первооткрывателей: А. Хьюиш, Ф. Белл, Дж. Пилкингтон, П. Скотт и Р. Коллинз — и сообщил, что один из источников, расположенный в созвездии Лисички, скорее всего принадлежит нашей Галактике. Во всяком случае, расстояние до него не должно превышать 65 парсеков.

Самое удивительное свойство нового объекта заключалось в том, что импульсы его радиоизлучения повторялись каждые 1,337279 секунды со стабильностью, превышающей кварцевый генератор. Таинственный передатчик излучал импульсы сериями. Через минуту работы наступал обязательный перерыв.

Излучение пульсара, как поспешили назвать новый объект, захватывало широкий диапазон частот от 40 до 1670 мегагерц. Вскоре после опубликования кембриджское открытие было подтверждено радиоастрономическими обсерваториями разных стран. А потом пришло известие об отождествлении его со звездочкой восемнадцатой звездной величины.

Советские радиоастрономы на Крымской обсерватории исследовали цвет звезды, и он оказался неожиданно более голубым, чем у всех соседок, расположенных поблизости. Сравнивая пульсары из созвездия Лисички с тремя другими (два из которых находятся в созвездии Льва и один — в созвездии Гидры), астрономы нашли много общих свойств. Странные объекты изучаются. Сказать что-нибудь об их природе пока трудно. Хотя тщательный анализ излучаемых импульсов наводит на мысли, что диаметры излучающих областей не могут превышать 3300 километров. Для обычных звезд маловато. Даже размеры известных белых карликов значительно больше. И вот первая робкая гипотеза: не голос ли это все еще гипотетических нейтронных звезд? Ну и, конечно, внеземных цивилизаций. Проблема, которую доказать пока так же невозможно, как и опровергнуть.

Поистине бесконечен мир в своем разнообразии! И сколько бы веков ни существовала астрономия, какими бы совершенными методами ни владела, бояться того, что сюрпризы иссякнут, астрономам не приходится.

 

7. А теперь — недоуменный вопрос…

 

«Позвольте, — вправе спросить читатель, — но при чем же здесь Альфа Центавра, вынесенная в название главы? Ведь о ней не было ни строки. Да и вообще после всего сказанного выше, чем она может быть знаменита? Обыкновенная звезда, карлик класса GO с температурой поверхности 6 тысяч градусов. По светимости и радиусу, по массе и плотности, то есть по основным параметрам почти не отличается от нашего Солнца — типичнейшая из звезд…»

И тут автор должен покаяться. Именно это и вывело Альфу Центавра в заголовок. Ее типичность. Альфа — звезда обыкновенная. А разве не должен быть герой обыкновенным? Ведь в этом великий принцип, проповедуемый реализмом.

И все-таки автору показалось, что название «Частная жизнь звезды обыкновенной» прозвучит не так красиво. И тогда возникла персонификация. Если мудрый читатель с названием звезды не согласен, автор не возражает против любой замены. Суть дела не пострадает.

 

 

Глава тринадцатая

За краем вселенной

 

 

Нельзя объять необъятное.

Козьма Прутков

 

(Но стремиться к этому нужно.)

Автор

 

1. Бесконечность? — Не может быть!

 

— Вселенная?

— Бесконечна!

— Число звезд во вселенной?

— Неисчислимо!

Тривиальные ответы. Мы к ним настолько привыкли, что даже убеждены в полном понимании, а то и в наглядном представлении бесконечности. Одни сворачивают для этого бумажную полоску в поверхность Мебиуса, другие используют гладкую поверхность бильярдного шара.

«Вселенная бесконечна в пространстве и во времени», — глубокомысленно говорил греческий мыслитель, запахивая хитон.

Прошло больше двух тысячелетий, но вряд ли есть у нас основания хвастаться большими знаниями бесконечности мира. В ответ на вопрос о бесконечности современный философ отвечает так же конкретно и с тем же знанием дела. Единственная разница заключается в том, что вместо запахивания хитона он крутит пуговицу пиджака, который непременно жмет под мышками.

Во все времена вопрос о бесконечности был обречен на чисто умозрительное существование. Так было при эллинах, так было и при Ньютоне. Разница в общем небольшая. Та же бесконечность во времени и пространстве. Сэр Исаак слишком почитал древних авторов. По его воззрениям, в бесконечной вселенной в среднем равномерно распределились звезды. И их тоже бесконечное множество.

 

А теперь порассуждаем о справедливости ньютонианской позиции. Каждая звезда извергает в окружающее пространство потоки света и тепла. При этом две звезды дают его больше, чем одна. А три — больше, чем две. Но если звезд бесконечное множество? Не кажется ли вам, что, распределенные в пространстве, они должны бы за бесконечное время раскалить небо до собственной яркости?

Это неизбежно, но этого нет. Стоит зайти Солнцу, как над нами появляется темное небо с холодными туманностями, негреющими огоньками далеких звезд. Парадокс?

Не волнуйтесь. Он так и был назван — «фотометрический парадокс» — еще в 1744 году швейцарским ученым — астрономом и физиком Жаном Шезо. Проникнитесь уважением. Почти современник богоподобного Ньютона, он посмел усомниться в концепциях сэра Исаака. Но лиха беда, говорят, начало.

В 1877 году немецкий физик Нейман, а в 1899 — его соотечественник астроном Зеелигер наталкиваются еще на один парадокс — гравитационный. Ведь если согласиться с Ньютоном, осторожно говорили дотошные немцы, и признать вселенную бесконечной, то в каждой ее точке должна существовать и бесконечная сила тяжести от всех бесконечных звезд… Может быть, на очень больших расстояниях закон Ньютона не совсем справедлив и сила тяжести уменьшается немножко быстрее, чем обратно пропорционально квадрату расстояния?..

Что же такое вселенная?