Куда течет река времени - Новиков Игорь Дмитриевич

Даже если бы мы взяли массу Земли, то ее пришлось бы сжать до (по радиусу) 1 сантиметра, а массу Солнца — до 3 километров.

Но, оказывается, природа сама позаботилась о создании черных дыр, правда, достаточно большой массы. Такие черные дыры могут возникать в конце жизни достаточно массивных звезд.

Мы не будем здесь сколько-нибудь подробно говорить об эволюции звезд и о том, что их ждет в конце жизненного пути. Для нас достаточно будет сказать, что если звезда в самом конце активной эволюции, уже после исчерпания ядерного горючего, имеет массу, скажем, в десять масс Солнца и более, то весьма вероятно, что силы собственного тяготения сожмут ее до размеров гравитационного радиуса и превратят в черную дыру. Более того, первые черные дыры во Вселенной, возникшие из звезд, вероятно, уже открыты астрономией. О методах их поисков и открытий мы несколько подробнее скажем далее. Наконец, весьма вероятно, что сверхмассивные черные дыры с массой от ста тысяч до миллиарда и более масс Солнца возникают в центрах гигантских звездных систем-галактик. Возможно также, что во Вселенной есть черные дыры и другой природы.

Когда астрофизики всерьез заинтересовались черными дырами в 60-х годах, перед физиками-теоретиками были поставлены новые сложные задачи. Р. Оппенгеймер и X. Снайдер описали возникновение черных дыр при сжатии точно сферической массы. Но в природе никогда не бывает абсолютно точно сферических тел. А что произойдет, если сжимающееся тело несферично?

Я заинтересовался этим вопросом после окончания аспирантуры, когда пришел работать к академику Я. Зельдовичу. Здесь вместе с моим сверстником и другом А. Дорошкевичем и нашим руководителем мы взялись за решение проблемы. Когда работа была закончена, ее результат оказался совсем неожиданным. Вычисления показывали, что при сжатии несимметричного тела (но без вращения) возникает черная дыра, которая быстро должна стать совершенно сферической. Любые отклонения от сферичности в гравитационном поле должны при образовании черной дыры излучиться, унестись гравитационными волнами. Возникшая граница черной дыры — горизонт событий — оказывается только сферической!

Я рассказал об этом результате на Международной конференции по гравитации летом 1965 года. Это была первая моя зарубежная поездка, первое по-настоящему серьезное обсуждение проблем с иностранными специалистами и первое представление научных результатов недавно созданной Я. Зельдовичем группы перед международной общественностью. Дебют был успешным. Мне стало ясно, что благодаря огромной физической интуиции нашего руководителя, его настойчивости и увлекающему всех учеников громадному трудолюбию, основанному на прямо детской влюбленности в тайны природы, наша группа занимает лидирующее положение в новой области науки — «релятивистской астрофизике» (словом «релятивистская» определяли иногда теорию Эйнштейна).

После доклада меня окружила толпа, желающая узнать подробности вычислений. Среди этих энтузиастов я сразу обратил внимание на высокого худощавого, рыжеватого юношу, типичного американца. Заметил его я еще за пару дней перед этим — он был вообще первым для меня иностранцем, краткое научное сообщение которого я слышал в Лондоне. Насколько я помню, он говорил тогда о гравитационном поле цилиндра. Его сообщение меня живо заинтересовало каким-то трудно уловимым на первый взгляд, но совершенно определенным сходством в методе рассуждений его и моем. После моего доклада Кип Торн (так звали юношу) помог мне объясняться с желавшими обсудить доклад, ибо тогда мой английский язык был более чем далек от совершенства. Мы потом продолжили наше обсуждение. Общность научных интересов и, что не менее важно, общность его и моего видения мира (то, что называют у нас родством душ) быстро стала очевидной для меня. Вскоре мы стали настоящими друзьями. Несмотря на географическую разобщенность (разница во времени между Калифорнией в США, где живет Торн, и Москвой одиннадцать часов) и несмотря на (иногда) годы без личных встреч, эта большая дружба продолжается и поныне. Из готовящейся к печати книги К. Торна «Кривое пространство и деформированное время» (Нортон, Нью-Йорк, 1990) я узнал, что сходные впечатления о наших встречах остались и у него.

Часто наши оценки жизненных явлений оказываются похожими, наши симпатии вызывают одни и те же женщины, и уже как-то само собой получалось, что иногда мы одновременно начинали работать над одинаковыми проблемами. Во время моего последнего посещения лаборатории К. Торна в Калифорнийском Технологическом институте (он является там профессором, членом Академии наук США) я выступил у него на семинаре и критически отозвался о доказательстве теоремы в одной недавней работе (выполненной другими авторами). Только я раскрыл рот, чтобы высказать свои аргументы, как Кип (он тоже читал эту работу) сказал: «Игорь, я знаю, что ты сейчас произнесешь». Я был поражен, мы сравнили свои аргументы, и они в действительности точно совпали. Еще не придя в себя, я растерянно спросил — откуда все же происходит такая идентичность в мыслях. К. Торн, улыбаясь, ответил: «У нас общий «фон», чуть ли не четверть века знакомства и доскональное знание работ друг друга». (Кип являлся редактором переводов наших с Я. Зельдовичем книг, изданных в США, а я редактировал его книги, переведенные у нас в стране.)

Через три года после конференции в Лондоне Кип приехал в нашу страну на Международную конференцию по гравитации в Тбилиси. Он сообщил мне, что, несмотря на огромный интерес, вызванный нашей работой о коллапсе несферического тела, не все специалисты за рубежом согласны с ее важнейшим выводом о том, что черная дыра образуется и при сжатии несферического тела. Среди скептиков был крупный теоретик В. Израэль. К. Торн сказал, что сомнение вызывает сделанное нами предположение о том, что при сжатии тела до размеров гравитационного радиуса небольшие отклонения от сферичности не могут стать сколь угодно большими. Физическая интуиция, прививаемая нам Я. Зельдовичем, подсказывала, что такое предположение совершенно очевидно. Но математики требовали доказательств, и я занялся этой работой.

Через год, когда К. Торн вновь побывал в СССР и, проработав у нас в группе полтора месяца, уезжал домой, я смог уже дать ему мою работу с необходимым доказательством. Оно, насколько я знаю, убедило всех.

В этой работе я показал, что если сферическое тело имеет на поверхности небольшую «рябь» и сжимается до размеров гравитационного радиуса, то «рябь» хотя и возрастает немного в ходе гравитационного сжатия, но все же остается малой, вовсе не стремясь «раздуться» до больших размеров. Обоснования именно этого факта — что «рябь» остается малой, и не хватало в нашей первой работе. Я придумал математическое доказательство, которое было очень простым и казалось мне почти тривиальным. К моему удивлению, наши коллеги за рубежом сочли его неожиданным. Наверное, мне удалось сравнительно просто провести доказательство, потому что я был знаком с работами о математических способах построения так называемых «общих решений» в теории Эйнштейна. Эти построения развивались советскими физиками (впоследствии академиками) Е. Лифшицем и И. Халатниковым. Я также знал работы советского математика А. Петрова, и мне оставалось модифицировать и развить все эти идеи в применении к анализируемой проблеме.

Приведенный пример еще раз показывает, насколько важным является знакомство со смежными областями науки.

В конце 60-х годов, о которых сейчас идет речь, поездки советских физиков в США и американских к нам были куда менее частые, чем сегодня. И каждая поездка тогда была событием, о котором подробно рассказывалось на научных семинарах. Из поездок мы возвращались с новой информацией о том, что делают наши коллеги. Но не менее важно, что мы узнавали и то, как это делается, изучали новый стиль работы, методы, часто сильно отличавшиеся от наших. Ничто не может более пагубно сказываться на научных исследованиях, чем изолированность, оторванность от мировой науки, невозможность широко и часто общаться с коллегами. Неспециалисту иногда даже трудно понять, насколько сильно стимулируется работа постоянными дискуссиями, обменом мнениями, просто окружением людей, представляющих другие научные школы, другие методы и направления, конечно, если это исследователи с переднего края науки.