В астрономии есть элемент театральности, за что астрономы должны благодарить судьбу, поскольку это неоднократно помогало ослабить ремешок на кошельке государства. Примером этого может служить высадка человека на Луну. Когда НАСА в 2004 г. и в последующие годы подтвердило, что оно руководствуется концепцией исследования космического пространства, разделяемой Джорджем У. Бушем, американские астрономы снова начали протягивать ножки по одежке. Вскоре наметился ощутимый сдвиг в сторону исследований с участием человека, возможным повторением высадки на Луне и вероятным полетом на Марс. Соединенные Штаты создали программу под названием «Концепция исследования космоса» с рассмотрением возможностей роботизированных исследований Солнечной системы, а также с участием человека. Выражалась надежда на то, что она будет включать в себя длительное пребывание на лунной поверхности, роботизированные миссии поиска жизни на спутниках Юпитера, изучение внешних пределов Солнечной системы и пилотируемую экспедицию на Марс.
Ионный двигатель не годится для пилотируемого космического корабля там, где время имеет существенное значение. Другой его недостаток: он зависит от Солнца и должен находиться в пределах разумной досягаемости до него. Будущее, вероятно, принадлежит ядерной энергетике, в которой тепловая энергия реактора будет использоваться для производства электричества прямыми термоэлектрическими или термоионными преобразованиями с использованием полупроводникового оборудования. НАСА вошло в партнерские отношения с Управлением военно-морских реакторов Министерства энергетики в целях разработки и обеспечения «космических реакторов». В этой связи программа, предусматривавшая разработку ядерной двигательной установки для космических аппаратов «Прометей», вызвала большой интерес среди астрономов, и под ее крылом уже приютился многомиллиардный проект под названием «JIMO» (Jupiter Icy Moons Orbiter – Орбитальная станция для изучения системы спутников Юпитера). Цель заключалась в том, чтобы выйти на орбиту вокруг этой гигантской планеты и ее спутников с возможным приземлением посадочных модулей на их поверхность, как это уже делали на Титане космические аппараты «Кассини» и «Гюйгенс». Запуск космического аппарата планировался примерно на 2015 г., но лишь в качестве демонстрации возможности такого полета. Но, кто едет, тот и правит, и даже у НАСА кошелек не бездонный. В 2006 г. было объявлено, что просто для демонстрации миссия «JIMO» является слишком амбициозным проектом. Кто прав, а кто нет – покажет история34.
20
Макрокосм и микрокосм
АСТРОНОМИЯ И СМЕЖНЫЕ НАУКИ
На протяжении долгой истории теоретических рассуждений о Вселенной на кону всегда стояли важнейшие принципы, весьма далекие от области научного наблюдения. Всегда существовали соображения простоты, гармонии и эстетики, нередко маскирующиеся под философию и зачастую диктуемые прочно усвоенными религиозными верованиями. Например, теории стационарной Вселенной часто обвинялись в том, что они полностью изымают из мира дух целеустремленности и ввергают его в монотонность, беспредельность и бессмысленность. Хотя подобные убеждения обычно не видны в математических уравнениях соперничающих теорий, скрытые предпочтения, содействующие их формированию, часто раскрываются, когда их авторы вступают в неформальную дискуссию. Когда кто-либо настойчиво утверждает, что идея Вселенной, начинающейся с первичного огненного шара и вырождающейся в ничто, по сути, даже менее привлекательна, чем идея стационарной Вселенной, становится очевидно: мы не можем закрывать глаза на роль человеческой души в современной космологии.
Кроме того, часто упускается из виду глубокая потенциальная взаимозависимость между космологией и другими науками. Возьмем теории звездной эволюции: ни одна из них не отрицает того, что объекты, образующие Вселенную, находятся в процессе изменения. Фред Хойл в ретроспективном обзоре, написанном в 1988 г., зашел настолько далеко, что выступил против эволюции в том смысле, который вкладывается космологами в понятие Большого взрыва: «мы совершенно ничего не теряем, поскольку вопрос о том, стала ли та или иная галактика в течение последних [десяти миллиардов] лет чуть ярче или чуть тусклее, чуть больше или чуть меньше, – совершенно неинтересен». «Единственные по-настоящему нетривиальные эволюционные процессы в астрономии, – продолжал он, – связаны со звездами, и как ни странно, эволюция звезд протекает без всякой привязки к космологии». Он считал, что для рассуждения об эволюции в терминах космологии необходимо рассматривать проблемы «сверхастрономического уровня сложности», такие как проблема происхождения биологического порядка; и, по его мнению, для сохранения надежды на возможность решения проблем такого типа может потребоваться теория стационарной Вселенной. Короче говоря, ни один космолог не может позволить себе быть только космологом и больше никем.
Идея о том, что вся космология, вся астрономия, в идеале, должны наладить связь с другими соответствующими науками (и поэтому их истории тоже должны быть взаимоувязаны), – не нова, но во все более усложняющемся интеллектуальном мире принцип разделения труда, как правило, постоянно вынуждает их отделяться. Те, кто пытался в прошлом свести их воедино, часто бывали внедисциплинарными фантазерами, хотя некоторые из них официально обладали высочайшей профессиональной квалификацией: Аристотель, Кеплер, Ньютон, Эйнштейн и Эддингтон совместно образуют непревзойденный квинтет. Универсальность всегда воспринималась как одна из главнейших научных добродетелей. Одним из наиболее замечательных аспектов астрономии XX в. была высокая степень сочетаемости с постоянно увеличивающимся количеством научных направлений. Если сбросить со счетов биологию, то мы видели, как взаимодействовали друг с другом теории гравитации, оптики, электромагнетизма и спектроскопии и как последняя из названных вывела физические рассуждения на субатомный уровень. Начиная с 1930‐х гг. в космологии очень важную роль играла термодинамика, а новые теории строения звезд и превращения химических элементов были бы невозможны без новой квантовой физики. Кроме того, мы упоминали о нескольких попытках объединить физику макромира и микромира посредством фундаментальных физических констант. Начиная с 1960‐х гг. и далее появляется ряд захватывающих идей о совершенно новом способе объединения квантовой физики, релятивистской (гравитационной) космологии и термодинамики. В центре этого нового направления стояла идея черной дыры, связавшая указанные дисциплины самим фактом потребности в каждом из них.
СФЕРИЧЕСКИЕ МАССЫ И ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
Мы уже дали предварительное представление о черной дыре и привели несколько примеров того, как глубоко оно затронуло эмоции астрономов (этот термин, напомним, придуман только в 1968 г.). Едва ли необходимо напоминать: странные свойства черных дыр можно описать обычными словами, а существенные геометрические понятия могут быть относительно легко переданы посредством аналогий, и все это может привести к путанице. Необходимо обладать хотя бы приблизительным представлением о значении слова сингулярность в том смысле, в котором оно используется в геометрии. Предположим, что одна величина математически зависит от другой, например y может быть равно x2 или z может быть равно 1/x. В первом случае построение простого графика указанной зависимости не вызовет никаких серьезных проблем, но во втором случае мы обнаружим, что, когда x обращается в ноль, функция z ведет себя плохо. В данном случае мы можем условно