Страница:
А.Р. Он верен в теоретическом приближении, когда звёзды рассматриваются как тяготеющие материальные точки.
В.С. Конечно, это идеализация. Бесконечных плотностей не бывает в физической Вселенной. Значит, какой-то процесс должен привести к чему-то особенному в центре шарового скопления. Многие годы астрономы считали, что звёзды станут так близко, контактно подходить друг к другу, что начнут сливаться и превращаться в одну «сверхзвезду». Были попытки найти в центрах шаровых скоплений гигантские звездообразные ядра. Они не увенчались успехом. Тогда идея эволюционировала на следующую стадию: сверхзвезда должна сколлапсировать и стать чёрной дырой. Давление действительно может привести к её сильному сжатию. Эта идея, кажется, получила первое подтверждение буквально в конце прошлого года, когда в ядре одного шарового скопления нашей Галактики и второго скопления в Туманности Андромеды – это соседняя с нами спиральная галактика – были найдены, если не сами чёрные дыры, то очень ясные индикаторы присутствия массивных чёрных дыр. Возможно, это очень редкий этап, редкий эпизод в жизни скопления, потому что в других мы чёрных дыр не находим. Но, во всяком случае, в этих двух, скорее всего, они есть. Причём, это не рядовые чёрные дыры: их масса в тысячи раз больше, чем масса нашего Солнца. Это сверхмассивные чёрные дыры, рядом с ними должны наблюдаться удивительные процессы.
Но оказалось, что у большинства шаровых скоплений эволюция, дойдя до определённого этапа, как бы начинает прокручивать плёнку назад. Ядро скопления, достигнув определённой критической плотности, вдруг начинает вновь расширяться и редеть. В чём дело, разве могут звёзды отталкиваться друг от друга, ведь работает только притяжение. Оказывается, могут, и довольно эффективно. Дело в том, что при близком пролёте двух звёзд они могут образовать двойную систему. Приливные силы заставляют звёзды связываться друг с другом и образовывать очень плотные двойные системы. А когда мимо такой двойной звезды пролетает третья звезда, между ними происходит активное взаимодействие. Третье светило, пролетая мимо двух звёзд, объединённых в систему, получает большую скорость и «выстреливается», как из рогатки, покидая место встречи с удвоенной, иногда – с утроенной скоростью. Порой происходят обмены: когда к системе из двух лёгких звёзд подлетает более массивная звезда, двойная система может «поменять партнёра». Она выбрасывает из своего состава лёгкую звезду, а на её место захватывает более тяжёлую. Естественно, лёгкая звезда получает большую скорость, используя ту энергию, которая принесла с собой подлетевшая тяжёлая звезда. Таким образом, в центре шарового скопления возникает своеобразный источник энергии. Звёзды, пролетая через плотное ядро, вылетают оттуда с большими скоростями. И этот источник энергии заставляет расширяться ядро, то есть, коллапс сменяется расширением. Похоже, что такая судьба ожидает большинство шаровых скоплений; быть может, через этот этап эволюции уже прошли многие скопления…
А.Р. Но он может быть и повторяющимся. Такие циклы сжатия и расширения. По крайней мере, расчёты это дают.
А.Г. Пульсация такая, да?
В.С. Это интересный вопрос. Скажу два слова о расчётах, потому что здесь в последние годы произошёл большой прогресс. Ещё недавно исследовать динамику миллиона взаимодействующих тел было невозможно, наши компьютеры не позволяли это делать. Буквально в конце 1990-х годов астрономы Токийского университета создали специальный компьютер, который не умеет почти ничего: на нём нельзя играть в электронные игры, скажем, в шахматы. Он умеет только изучать взаимодействия звёзд друг с другом. Но это он делает с колоссальной скоростью и с высокой эффективностью. Это специализированная машина, на ней можно смоделировать миллиарднолетнюю эволюцию скопления из миллиона звёзд, причём, не идеализируя их как математические точки, а приписав им размер, массу, вращение, и посмотрев, как они физически общаются друг с другом, обмениваются массой, объединяются в двойные системы. Чрезвычайно интересно наблюдать, как этот компьютер прокручивает перед нами жизнь звёздного скопления, упаковав в несколько часов расчётного времени миллиарды лет от рождения до полного развала этой системы. И вот как раз в этих расчётах проявляется нестабильность ядра. Ядро шарового скопления может сжаться, потом расшириться, затем опять сжаться. И так происходит несколько раз, может быть, даже десятки раз в его жизни. Таким образом, мы его видим то похожим на молодое скопление, то состарившимся, то, через несколько миллиардов лет, опять как бы омолодившимися. В этом смысле возраст скопления трудно понять, трудно измерить.
А.Г. Есть гипотезы возникновения шаровых звёздных скоплений?
В.С. О, к сожалению, их много.
А.Г. Но вы каких придерживаетесь?
В.С. Мы пытаемся понять, какие из них более соответствуют действительности. Дело в том, что на самом раннем этапе эволюции Вселенная была чрезвычайно однородна. Это не гипотеза. Это абсолютно надёжный факт, который следует из наблюдения реликтового излучения, а оно приходит к нам с колоссального расстояния, а значит, с огромным запаздыванием во времени. При красных смещениях около тысячи, то есть, скоростях удаления от нас, очень близких к скорости света, Вселенная была чрезвычайно однородна. Сегодня она очень неоднородна. Всё вещество Вселенной разделено на галактики, скопления галактик, внутри себя галактики разделены на звёзды, и так далее. Как произошло это деление вещества на отдельные фрагменты – до сих пор загадка. Теория показывает, что первыми должны были рождаться объекты, чрезвычайно похожие на шаровые скопления. Именно в этом и состоит одна из гипотез их происхождения. Она утверждает, что первый этап деления космического вещества, разбиения его на части, привёл к рождению объектов, похожих на шаровые скопления. Затем они, как изюминки в тесте, рассеялись в довольно однородном веществе, которое продолжало дробиться на всё более и более крупные фрагменты. И как хозяйка делает булочки из теста с изюмом, так же природа делала из вещества Вселенной галактики, в состав которых уже входили «изюминки» – звёздные скопления. Казалось бы, чем больше получилась булочка, тем больше изюминок должно в неё попасть. Чем больше галактика, тем больше должно быть в ней шаровых скоплений. Если это подтвердится, то гипотеза исходного рождения шаровых скоплений получит право на жизнь.
А.Р. Не исключено, что это действительно так. В гигантских эллиптических галактиках – десятки тысяч шаровых скоплений.
В.С. Но есть галактики, почти полностью лишённые шаровых скоплений, и в этом заключена большая проблема: куда делись шаровые скопления, которые должны были быть исходно в этих системах? Исследуя этот вопрос, мы выяснили, что шаровые скопления гибнут, сегодня мы об этом уже говорили, гибнут по разным причинам. Причём, гибнут с разной скоростью в зависимости оттого, в какую галактику они попали. Некоторые галактики, например, эллиптические, лишены плотного диска, поэтому они довольно благополучны в смысле продолжительности жизни шаровых скоплений, которым уготована длительная жизнь, поскольку мало причин для их разрушения. А галактики вроде нашей – с плотным диском, населённым массивными газовыми облаками, – не лучшее место для жизни шаровых скоплений. В такой галактике скопление довольно быстро гибнет: пролетая мимо массивных облаков газа или проходя сквозь плотный диск галактики, скопление испытывает мощный приливный удар и теряет свои звёзды.
Иногда случаются столкновения звёздных скоплений друг с другом. Представьте себе: два шара по миллиону звёзд в каждом, встречаясь со скоростью 300–400 километров в секунду, сталкиваются. Как вы думаете, что при этом происходит?
А.Р. Ничего! Они просто не чувствуют друг друга.
В.С. Да, звёздные скопления – это «видимое ничто». Они пролетают друг сквозь друга, практически не замечая этого. Как раз такие столкновения не приводят к их разрушению. Но всё-таки время от времени звёзды внутри скоплений сталкиваются друг с другом, и это мы тоже исследуем в своей работе. В окрестностях Солнца звёзды очень редко сближаются друг с другом, и нашему Солнцу в этом смысле ничего не грозит. Но в недрах шаровых скоплений, где расстояния между звёздами в сотни раз меньше – там столкновение звёзд довольно обычное дело, и астрономы пытаются это наблюдать. Столкновение двух гигантских газовых шаров со скоростью 300–400 километров в секунду – это должно быть грандиозное явление!
В конце концов, не исключено, что и Солнце когда-нибудь испытает такое столкновение. Кстати, может быть ситуация достаточно неожиданная в том смысле, что все обычные звёзды в околосолнечном пространстве мы контролируем: знаем их траектории, знаем, когда они подойдут к Солнцу, и не ожидаем поэтому ничего катастрофического. А вот маленькие звёздочки, уже прожившие свою жизнь, – белые карлики, нейтронные звёзды – сжавшиеся, потерявшие свою светимость, – трудно контролировать, и они могут неожиданно вынырнуть из темноты…
А.Г. Подобно астероиду…
В.С. Да. И накануне такого столкновения, конечно, уже ничего нельзя будет предпринять. А катастрофа при этом может произойти весьма впечатляющая. Скажем, крохотный белый карлик, имеющий массу обычной звезды, подлетев к Солнцу, будет играть роль запала, который воткнули в огромную массу динамита. Ведь Солнце само по себе – это огромный резервуар горючего, которое медленно, миллиард за миллиардом лет, сгорает и только поэтому не причиняет Земле никакого вреда. Но когда маленький карлик с огромной силой тяжести на своей поверхности, внедрится в Солнце, на его поверхности термоядерные реакции из богатого водородом солнечного вещества приобретут колоссальную эффективность, и Солнце взорвётся изнутри. Я отнюдь не пугаю телезрителей, а просто рассказываю об одном из сценариев, который возможен не обязательно для нашего Солнца, но для одной из звёзд, на него похожих. И такие явления происходят, по крайней мере, в самых плотных из известных нам скоплений, которые расположены в ядрах галактик. Активные ядра галактик – это такие, где звёзды наиболее плотно упакованы и наиболее часто встречаются друг с другом.
А.Г. В этом смысле нам всё-таки повезло, потому что у нашего Солнца вероятность умереть естественной смертью выше, чем у любой звезды в центре звёздного скопления.
В.С. Она стопроцентная. Но для астрономов всё-таки интереснее изучать звёзды в движении и в столкновении. Только так мы можем увидеть, что же у них внутри, как работает та термоядерная фабрика, которую пока нет возможности наблюдать. В этом смысле, мы радуемся, когда находим места, где звёзды сталкиваются, взаимодействуют, рвут друг друга на части. Это интересно, это позволяет понять многое из того, что пока загадка.
Лики времени
Участник:
Симон Эльевич Шноль – профессор МГУ, доктор биологических наук
Симон Шноль: Я несколько смущён, в эфире находясь. Я смущён потому, что сейчас, наверное, много моих друзей и сотрудников переживают и смотрят, как я расскажу то, что предполагаю рассказать. А для меня смущение связано ещё и с юбилеем. Юбилей потому, что в 51-м году в сентябре я был распределён на работу в ответвление атомного проекта. Там была очень сильная радиоактивность. А специальность моя – биохимия. Но зато в этой организации в 15.00 кончали работу – и все уходили. И с 15.00 до 24.00 я ставил свои биохимические опыты. Мои любимые учителя, потом академики, в это время ещё только профессора, Сергей Евгеньевич Северин и Владимир Александрович Энгельгардт, принимали во мне живое участие, хоть я и был спрятан в ящик. Я ставил опыты. А я отличник. Это значит, что я аккуратно работаю. И столкнулся с ужасно неприятным явлением – странным разбросом результатов измерений. Это было в сентябре 51-го года. Это явление меня смутило, я записал в тетрадь, которая у меня цела, выяснить, в чём дело, а потом заняться основной темой. Вот жизнь моя кончается. Прошёл 51 год. Это было 8 сентября 51-го года, вот скоро будет 51 год, и я не выяснил, в чём дело. Но то, что в результате произошло, а я неуклонно, всегда этим занимался, притом что писал книги, делал другие работы, иначе мне зарплату не платили бы. Это я сегодня и расскажу. Потому что, я полагаю, то, что в результате этого медленного, не рекламного, не спешного занятия должен существенно измениться взгляд на мир. Мне уже много лет, я могу не хвалиться. Я могу сказать – существенно меняет.
Это видно по тому, с какой остротой и неприятием другие отличники, мои ровесники и прочие принимают мои слова.
Александр Гордон: Это важный показатель.
С.Ш. Я знаю отличников. Они… и я такой в некоторой степени, но уже не такой, как все, может быть. Те, кто хорошо учится, когда сдают последний экзамен, теперь науки знают. И то, что к этому добавляется, это им кажется, ну, быть не может – мы же знаем. Мы же сдавали. И теперь мы всё это знаем. И нечего нам это рассказывать…
Вот я сейчас просто покажу свой первый опыт.
Человек делает измерения. Вот эта вот горизонтальная ось, это вот измеряемая величина. Я хорошо работаю и должен попасть в эту точку. Я попадаю в эту точку и смотрю, куда попадёт следующее, второе измерение. Как все люди измеряют, как учат до сих пор. Когда вы делаете измерение, надо делать не одно, конечно, ну, сделайте два и возьмите среднее. Вы делаете второе, оно не совпало с первым, ну, это естественный разброс результатов. Всё-таки они сильно разошлись для отличника, он должен точнее быть. Я делаю третье. Оно у меня оказывается почему-то вот здесь. Космонавтов когда-то учили – делайте три измерения, два близких записывайте, а третье отбрасывайте. И так поступают в науке ещё и сейчас. Но люди культурные, высокого класса, делают ещё измерение. И сколько-нибудь ещё делают измерений. Вот здесь я пишу каждый раз результат очередных измерений. А я работал очень аккуратно после радиоактивных своих упражнений, там точность работы была условием выживания. А у меня были очень большие различия результатов одинаковых измерений. Это неприятно – я всё делаю как надо, я делаю всё возможно аккуратнее – а у меня разброс результатов больше, чем я мог себе позволить. Это была ещё не радиоактивность. Радиоактивность была днём. Утром. Вечером – биохимия. Тогда я стал 10 измерений делать. И вместо того, чтобы заполнилось всё это пространство. А все знают, все наши слушатели, все учились, все знают, что должно быть гаусс, где максимально часто результаты попадают в середину, в математическое ожидание. А у меня вовсе не так было. Вот были кучки, здесь кучки, здесь. И если это всё нарисовать соответственно, сколько раз какое значение измеряемой величины получалось, то получается не такой гаусс приятный и хрестоматийный, а какая-то вот такая загогулина.
Нормальные люди, опять я всё время имею в виду тех, которые хорошо учились, знают, что на это обращать внимания не надо, потому что есть математический аппарат, критерий согласия гипотез, используя который вы можете оценить, что все эти детали на самом деле пренебрежимы, они попадают в полосу, внутри которой вся эта тонкая структура не заслуживает внимания. Это случайно, случайная случайность.
И всё было бы хорошо, но я ставлю один опыт, ставлю другой опыт, и у меня если в первом опыте была вот такая картина, то почему-то во втором опыте, на следующий день очень часто бывает тоже такая же штука, не совсем такая, но для нормального глаза, незамутнённого высшим образованием и такой уверенности в себе – что-то они очень похожи. Я стал делать 10, 20, 25 одинаковых измерений. Человечество, которое вот учится в университетах, знает такое понятие – параллельные пробы. Когда вы делаете всё при прочих равных условиях, всё одинаково, вы эти пробы называете параллельными. Меня тогда не смутило это. Я также знал, что это параллельные. Только много лет спустя я понял, что они не параллельные, а последовательные. Они же разделены во времени. Это никто никогда не думает. Мы же одинаково работаем. Никто в лабораторных журналах даже не пишет секунды и минуты. А как пишут в журналах? Ну, хорошо, если написано – до обеда опыт поставлен. Или – после обеда. Много прошло времени, прежде чем я стал смотреть на секундомер, на часы и смотреть, когда была сделана эта проба. Собственно, к концу сегодняшнего рассказа я к этому и приду. Но, собственно, конец такой: каждая секунда времени в пространстве, вот в нашем пространстве-времени имеет свой облик.
Мои любимые и высокочтимые учители следили за мной. И я им рассказывал, особенно моему самому главному учителю – Сергею Евгеньевичу Северину. Он мне сказал: «Знаете, Симон, это вы на белках работаете мышц, Владимир Александрович Энгельгардт всё о них знает». И я пошёл к Энгельгардту рассказывать об этих опытах. К этому времени уже прошло 5 лет. 5 лет спустя, когда я каждый день смотрел – да в чём же это дело?
И отверг все тривиальные мысли – что это там температура какая-нибудь скачет, что концентрации неодинаковы, пробирки из разного стекла, пипетки неодинаковы, растворы неоднородны? Нет, нет, нет, нет. Я не виноват. Никто не виноват, а скачет, и даёт такие дискретные картинки. Что это значит? Это значение более вероятно, чем промежуточное. Какое-то квантование странное.
Я пришёл к Владимиру Александровичу, был семинар, и он мне дал мудрый совет. Знаете, он сказал – не делайте так много проб, и этого не будет. Это всё, что я получил от высокочтимого любимого учителя. И я не стал его больше мучить.
Когда эти картинки стали систематически набираться. Год за годом, месяц за месяцем, я сделал очень большой доклад, это было, страшно сказать, я знаю точную дату, 27 марта 1957 года. И тогда реакция участников семинара была… что это удивительное дело. Но когда я ушёл с этого семинара, сказали: «Какой был студент!… Ведь он сошёл с ума». И клеймо, что человек, который обращает внимание на случайные картинки – ну, конечно, ненормальный. И со мной стали обращаться осторожно…
Я продолжал заниматься радиоактивностью и биохимией. Но публиковать ничего не мог. Ни одна строчка не вышла бы в печати, если бы не Сергей Евгеньевич Северин, который не поддерживал мнения, что я сошёл с ума… Он считал, что всё в порядке, можно публиковать.
Так вот, прошло много лет. Каждый день или почти, как только мог, ставился опыт. И постепенно у меня накопилось множество типов картинок. А опыты очень тяжёлые. Это ведь кому рассказать – я, например, делал 250 одинаковых измерений скорости биохимической и химической реакции с сосредоточенностью совершено железной. У меня было две замечательных сотрудницы. Я имел возможность в лаборатории просить их о помощи. 25 лет с 8.00, с 15-секундным интервалом, 250 измерений до соответственно там 10 часов. 25 лет с утра, не поднимая головы. Мы накопили множество картинок. И это была химия. Я защитил докторскую диссертацию на тему «Особые свойства белков, в которых есть такие картинки». И все меня слушали, и защита была долгой, тяжёлой, но успешной. И я думал… о свойстве белков.
Это в 70-м году была защита. Я получил диплом и стал профессором, и всё как будто бы хорошо, когда через несколько лет стало ясно, что это всё не имеет отношения только к белкам.
Кратко говоря. Это явление свойственно любым измерениям на Земле! Вообще любым. А моя специальность – это я говорю для критиков на всякий случай: радиоактивность. Я был и остался профессионалом измерений радиоактивности. Я считал, что все эти аномалии совершенно не имеют отношения к измерениям радиоактивности. Ну, радиоактивность – там же всё ясно. Там распределение Пуассона… После Резерфорда и прочих великих мы там всё знаем, и делать там нечего.
И уже будучи много лет профессором физического факультета, я просил дипломницу Таню прийти на автоматах померить радиоактивность для контроля, чтобы не было этого явления. Я же знаю, что там ничего нет. Она мне принесла результаты измерений. Это был 79-й год. Принесла распечатки, я нарисовал детальную картину распределений – и мне стало нехорошо. Меня поймут те, кто занимается наукой, – стало тошно. Картинка была в точности такой – в Москве измерили – как у меня в Пущино за 100 километров с химией. Там был химический опыт, а тут радиоактивный. Что такое тошно – это значит, нет сил работать. Мыслей нету. И я прекратил эту работу. И я выдержал прекращение почти год. Не мог приступить. В декабре 80-го года, надо было преодолеть это состояние.
И мой любимый коллега, бывший студент, Вадим Иванович Брусков, нехотя, понимая, что это чушь, взял два счётчика, два автомата, измеряющие без человека, взял два одинаковых препарата, и померил по 250 раз каждый. Нарисовали две картинки – нам вдвоём стало тошно на этот раз. Вадим Иванович сказал – этого не может быть, они похожи. А это же независимые процессы. Радиоактивность – это классический случайный процесс. Когда хотят получить случайный процесс, делают или теперь на компьютерах, генераторы случайных чисел, или радиоактивность. И вот с 80-го года 22 года ежедневно я теперь занимаюсь радиоактивностью. Это же моя специальность. Я же знал, что там этого нет. А там всё это есть.
Так вот тезис – в любых процессах мы за эти годы посмотрели химию, ну, биохимию сначала. Движение частиц в электрическом поле, магнитные явления. Все виды радиоактивности, альфа и бета, совершенно разные, сильные взаимодействия, электро-слабые взаимодействия. И всюду одно и то же. И стало ещё раз тошно. Это всякий раз кризис в сознании.
Дело в том, что, например, радиоактивность, альфа-распад отличается от диапазона энергий, от какой-нибудь химии на 30 порядков. Это невообразимо! А когда мы потом смотрели результаты измерений, проведённых в лаборатории Валентина Николаевича Руденко, измерения шумов в гравитационной антенне, там 40 порядков различий. Это шумы, совершенно ничтожные. А распределение амплитуд вот такое же хитрое. Очень сложный набор фигур. Разнообразный. Это я тут нарисовал две одинаковых. Там целую коллекцию можно составить типа иероглифов, коллекцию реализуемых фигур.
Можно было подумать, что это разные состояния. Нет, это состояния, все укладываемые в одно нормальное распределение. Это не могут быть вероятности распада. Не так, что есть атомы такие и сякие. Это всё однородно. Это что-то другое.
Итак, тезис – в любых процессах физика абсолютно разная, ничего общего между процессами нет, а картинки одинаковые. Следующий этап в этих работах – берём два счётчика. Мы с них начали. Один счётчик в одном здании института, другой – в другом. Получаются похожие картинки с высокой вероятностью. Это не значит, что каждая картинка похожа. Но если перебрать сотню таких и сотню таких, окажется, что синхронно, в одно и то же время (вот теперь время пошло) у них одинаковые картинки. Дальше понятно. Мои друзья в инженерно-физическом институте, в МИФИ меряют альфа-радиоактивность в Москве. Мы в 120 километрах в Пущино меряем что-нибудь другое – химию или бета-активность. Получаем картинки на расстоянии 100 километрах синхронно. Потом только дошло, что мы на одном меридиане – и поэтому так. Начали разъезжаться – Ленинград, Москва, Пущино; Томск, Пущино. И всюду находим похожие вещи, но с Томском плохо, потому что это далеко. И вывод – на одном и том же меридиане с высокой вероятностью в совершенно независимых процессах получается картинки, я могу потом показать, здесь очень трудно показывать эксперимент. Да у меня всё опубликовано в статьях, они регулярно выходят, кому захочется – прочтут. Итак, от природы процесс не зависит. Синхронно в независимых измерениях процессов разной природы получаются сходные распределения.
И следующий шаг: определение, какой интервал времени разделяет наиболее вероятные картинки. Теперь по оси абсцисс интервал по времени, а здесь сколько раз встречались сходные картинки. И картинка выглядит вот так. Наиболее вероятно, чаще всего встречаются сходные картины в ближайших соседних интервалах времени. Это называется в нашей лаборатории «эффект ближней зоны». Потом вероятность получения сходных распределений падает, но проходит какое-то время – и критический момент – через сутки, вот здесь через 24 часа, вероятность повторного появления сходных распределений снова растёт. Это – суточный ход – это было поразительно, это значит, что синхронно с вращением Земли что-то происходит. Больше не на что свалить – сутки. Ну, нормальные экспериментаторы скажут – сутки, человеческая деятельность. Нет. Это радиоактивность. Это автомат. Здесь нет никакой зависимости ни от температуры, давления, влажности, никаких мыслимых артефактов. Вообще на радиоактивность нельзя повлиять. Ни одним земным способом на неё повлиять нельзя. Я бы на белках там или на химии что-нибудь мог придумать. Тупой счётчик выдаёт суточный ход. И отсюда мысль – первая мысль: Земля… она вращается вокруг своей оси. И по мере того, как наша лаборатория вдвигается под данную картину окружающего нас неба… Мне нравится понятие – хрустальный свод небес. Повернули под эту звёздную картину или… солнечную, лунную – и проявляется такая картинка. Отсюда следовал вывод – если так, то в других местах, на других меридианах появится с высокой вероятностью такая картинка, когда Земля повернётся на то же самое местное время.
В.С. Конечно, это идеализация. Бесконечных плотностей не бывает в физической Вселенной. Значит, какой-то процесс должен привести к чему-то особенному в центре шарового скопления. Многие годы астрономы считали, что звёзды станут так близко, контактно подходить друг к другу, что начнут сливаться и превращаться в одну «сверхзвезду». Были попытки найти в центрах шаровых скоплений гигантские звездообразные ядра. Они не увенчались успехом. Тогда идея эволюционировала на следующую стадию: сверхзвезда должна сколлапсировать и стать чёрной дырой. Давление действительно может привести к её сильному сжатию. Эта идея, кажется, получила первое подтверждение буквально в конце прошлого года, когда в ядре одного шарового скопления нашей Галактики и второго скопления в Туманности Андромеды – это соседняя с нами спиральная галактика – были найдены, если не сами чёрные дыры, то очень ясные индикаторы присутствия массивных чёрных дыр. Возможно, это очень редкий этап, редкий эпизод в жизни скопления, потому что в других мы чёрных дыр не находим. Но, во всяком случае, в этих двух, скорее всего, они есть. Причём, это не рядовые чёрные дыры: их масса в тысячи раз больше, чем масса нашего Солнца. Это сверхмассивные чёрные дыры, рядом с ними должны наблюдаться удивительные процессы.
Но оказалось, что у большинства шаровых скоплений эволюция, дойдя до определённого этапа, как бы начинает прокручивать плёнку назад. Ядро скопления, достигнув определённой критической плотности, вдруг начинает вновь расширяться и редеть. В чём дело, разве могут звёзды отталкиваться друг от друга, ведь работает только притяжение. Оказывается, могут, и довольно эффективно. Дело в том, что при близком пролёте двух звёзд они могут образовать двойную систему. Приливные силы заставляют звёзды связываться друг с другом и образовывать очень плотные двойные системы. А когда мимо такой двойной звезды пролетает третья звезда, между ними происходит активное взаимодействие. Третье светило, пролетая мимо двух звёзд, объединённых в систему, получает большую скорость и «выстреливается», как из рогатки, покидая место встречи с удвоенной, иногда – с утроенной скоростью. Порой происходят обмены: когда к системе из двух лёгких звёзд подлетает более массивная звезда, двойная система может «поменять партнёра». Она выбрасывает из своего состава лёгкую звезду, а на её место захватывает более тяжёлую. Естественно, лёгкая звезда получает большую скорость, используя ту энергию, которая принесла с собой подлетевшая тяжёлая звезда. Таким образом, в центре шарового скопления возникает своеобразный источник энергии. Звёзды, пролетая через плотное ядро, вылетают оттуда с большими скоростями. И этот источник энергии заставляет расширяться ядро, то есть, коллапс сменяется расширением. Похоже, что такая судьба ожидает большинство шаровых скоплений; быть может, через этот этап эволюции уже прошли многие скопления…
А.Р. Но он может быть и повторяющимся. Такие циклы сжатия и расширения. По крайней мере, расчёты это дают.
А.Г. Пульсация такая, да?
В.С. Это интересный вопрос. Скажу два слова о расчётах, потому что здесь в последние годы произошёл большой прогресс. Ещё недавно исследовать динамику миллиона взаимодействующих тел было невозможно, наши компьютеры не позволяли это делать. Буквально в конце 1990-х годов астрономы Токийского университета создали специальный компьютер, который не умеет почти ничего: на нём нельзя играть в электронные игры, скажем, в шахматы. Он умеет только изучать взаимодействия звёзд друг с другом. Но это он делает с колоссальной скоростью и с высокой эффективностью. Это специализированная машина, на ней можно смоделировать миллиарднолетнюю эволюцию скопления из миллиона звёзд, причём, не идеализируя их как математические точки, а приписав им размер, массу, вращение, и посмотрев, как они физически общаются друг с другом, обмениваются массой, объединяются в двойные системы. Чрезвычайно интересно наблюдать, как этот компьютер прокручивает перед нами жизнь звёздного скопления, упаковав в несколько часов расчётного времени миллиарды лет от рождения до полного развала этой системы. И вот как раз в этих расчётах проявляется нестабильность ядра. Ядро шарового скопления может сжаться, потом расшириться, затем опять сжаться. И так происходит несколько раз, может быть, даже десятки раз в его жизни. Таким образом, мы его видим то похожим на молодое скопление, то состарившимся, то, через несколько миллиардов лет, опять как бы омолодившимися. В этом смысле возраст скопления трудно понять, трудно измерить.
А.Г. Есть гипотезы возникновения шаровых звёздных скоплений?
В.С. О, к сожалению, их много.
А.Г. Но вы каких придерживаетесь?
В.С. Мы пытаемся понять, какие из них более соответствуют действительности. Дело в том, что на самом раннем этапе эволюции Вселенная была чрезвычайно однородна. Это не гипотеза. Это абсолютно надёжный факт, который следует из наблюдения реликтового излучения, а оно приходит к нам с колоссального расстояния, а значит, с огромным запаздыванием во времени. При красных смещениях около тысячи, то есть, скоростях удаления от нас, очень близких к скорости света, Вселенная была чрезвычайно однородна. Сегодня она очень неоднородна. Всё вещество Вселенной разделено на галактики, скопления галактик, внутри себя галактики разделены на звёзды, и так далее. Как произошло это деление вещества на отдельные фрагменты – до сих пор загадка. Теория показывает, что первыми должны были рождаться объекты, чрезвычайно похожие на шаровые скопления. Именно в этом и состоит одна из гипотез их происхождения. Она утверждает, что первый этап деления космического вещества, разбиения его на части, привёл к рождению объектов, похожих на шаровые скопления. Затем они, как изюминки в тесте, рассеялись в довольно однородном веществе, которое продолжало дробиться на всё более и более крупные фрагменты. И как хозяйка делает булочки из теста с изюмом, так же природа делала из вещества Вселенной галактики, в состав которых уже входили «изюминки» – звёздные скопления. Казалось бы, чем больше получилась булочка, тем больше изюминок должно в неё попасть. Чем больше галактика, тем больше должно быть в ней шаровых скоплений. Если это подтвердится, то гипотеза исходного рождения шаровых скоплений получит право на жизнь.
А.Р. Не исключено, что это действительно так. В гигантских эллиптических галактиках – десятки тысяч шаровых скоплений.
В.С. Но есть галактики, почти полностью лишённые шаровых скоплений, и в этом заключена большая проблема: куда делись шаровые скопления, которые должны были быть исходно в этих системах? Исследуя этот вопрос, мы выяснили, что шаровые скопления гибнут, сегодня мы об этом уже говорили, гибнут по разным причинам. Причём, гибнут с разной скоростью в зависимости оттого, в какую галактику они попали. Некоторые галактики, например, эллиптические, лишены плотного диска, поэтому они довольно благополучны в смысле продолжительности жизни шаровых скоплений, которым уготована длительная жизнь, поскольку мало причин для их разрушения. А галактики вроде нашей – с плотным диском, населённым массивными газовыми облаками, – не лучшее место для жизни шаровых скоплений. В такой галактике скопление довольно быстро гибнет: пролетая мимо массивных облаков газа или проходя сквозь плотный диск галактики, скопление испытывает мощный приливный удар и теряет свои звёзды.
Иногда случаются столкновения звёздных скоплений друг с другом. Представьте себе: два шара по миллиону звёзд в каждом, встречаясь со скоростью 300–400 километров в секунду, сталкиваются. Как вы думаете, что при этом происходит?
А.Р. Ничего! Они просто не чувствуют друг друга.
В.С. Да, звёздные скопления – это «видимое ничто». Они пролетают друг сквозь друга, практически не замечая этого. Как раз такие столкновения не приводят к их разрушению. Но всё-таки время от времени звёзды внутри скоплений сталкиваются друг с другом, и это мы тоже исследуем в своей работе. В окрестностях Солнца звёзды очень редко сближаются друг с другом, и нашему Солнцу в этом смысле ничего не грозит. Но в недрах шаровых скоплений, где расстояния между звёздами в сотни раз меньше – там столкновение звёзд довольно обычное дело, и астрономы пытаются это наблюдать. Столкновение двух гигантских газовых шаров со скоростью 300–400 километров в секунду – это должно быть грандиозное явление!
В конце концов, не исключено, что и Солнце когда-нибудь испытает такое столкновение. Кстати, может быть ситуация достаточно неожиданная в том смысле, что все обычные звёзды в околосолнечном пространстве мы контролируем: знаем их траектории, знаем, когда они подойдут к Солнцу, и не ожидаем поэтому ничего катастрофического. А вот маленькие звёздочки, уже прожившие свою жизнь, – белые карлики, нейтронные звёзды – сжавшиеся, потерявшие свою светимость, – трудно контролировать, и они могут неожиданно вынырнуть из темноты…
А.Г. Подобно астероиду…
В.С. Да. И накануне такого столкновения, конечно, уже ничего нельзя будет предпринять. А катастрофа при этом может произойти весьма впечатляющая. Скажем, крохотный белый карлик, имеющий массу обычной звезды, подлетев к Солнцу, будет играть роль запала, который воткнули в огромную массу динамита. Ведь Солнце само по себе – это огромный резервуар горючего, которое медленно, миллиард за миллиардом лет, сгорает и только поэтому не причиняет Земле никакого вреда. Но когда маленький карлик с огромной силой тяжести на своей поверхности, внедрится в Солнце, на его поверхности термоядерные реакции из богатого водородом солнечного вещества приобретут колоссальную эффективность, и Солнце взорвётся изнутри. Я отнюдь не пугаю телезрителей, а просто рассказываю об одном из сценариев, который возможен не обязательно для нашего Солнца, но для одной из звёзд, на него похожих. И такие явления происходят, по крайней мере, в самых плотных из известных нам скоплений, которые расположены в ядрах галактик. Активные ядра галактик – это такие, где звёзды наиболее плотно упакованы и наиболее часто встречаются друг с другом.
А.Г. В этом смысле нам всё-таки повезло, потому что у нашего Солнца вероятность умереть естественной смертью выше, чем у любой звезды в центре звёздного скопления.
В.С. Она стопроцентная. Но для астрономов всё-таки интереснее изучать звёзды в движении и в столкновении. Только так мы можем увидеть, что же у них внутри, как работает та термоядерная фабрика, которую пока нет возможности наблюдать. В этом смысле, мы радуемся, когда находим места, где звёзды сталкиваются, взаимодействуют, рвут друг друга на части. Это интересно, это позволяет понять многое из того, что пока загадка.
Лики времени
10.07.03
(хр.00:50:55)
Участник:
Симон Эльевич Шноль – профессор МГУ, доктор биологических наук
Симон Шноль: Я несколько смущён, в эфире находясь. Я смущён потому, что сейчас, наверное, много моих друзей и сотрудников переживают и смотрят, как я расскажу то, что предполагаю рассказать. А для меня смущение связано ещё и с юбилеем. Юбилей потому, что в 51-м году в сентябре я был распределён на работу в ответвление атомного проекта. Там была очень сильная радиоактивность. А специальность моя – биохимия. Но зато в этой организации в 15.00 кончали работу – и все уходили. И с 15.00 до 24.00 я ставил свои биохимические опыты. Мои любимые учителя, потом академики, в это время ещё только профессора, Сергей Евгеньевич Северин и Владимир Александрович Энгельгардт, принимали во мне живое участие, хоть я и был спрятан в ящик. Я ставил опыты. А я отличник. Это значит, что я аккуратно работаю. И столкнулся с ужасно неприятным явлением – странным разбросом результатов измерений. Это было в сентябре 51-го года. Это явление меня смутило, я записал в тетрадь, которая у меня цела, выяснить, в чём дело, а потом заняться основной темой. Вот жизнь моя кончается. Прошёл 51 год. Это было 8 сентября 51-го года, вот скоро будет 51 год, и я не выяснил, в чём дело. Но то, что в результате произошло, а я неуклонно, всегда этим занимался, притом что писал книги, делал другие работы, иначе мне зарплату не платили бы. Это я сегодня и расскажу. Потому что, я полагаю, то, что в результате этого медленного, не рекламного, не спешного занятия должен существенно измениться взгляд на мир. Мне уже много лет, я могу не хвалиться. Я могу сказать – существенно меняет.
Это видно по тому, с какой остротой и неприятием другие отличники, мои ровесники и прочие принимают мои слова.
Александр Гордон: Это важный показатель.
С.Ш. Я знаю отличников. Они… и я такой в некоторой степени, но уже не такой, как все, может быть. Те, кто хорошо учится, когда сдают последний экзамен, теперь науки знают. И то, что к этому добавляется, это им кажется, ну, быть не может – мы же знаем. Мы же сдавали. И теперь мы всё это знаем. И нечего нам это рассказывать…
Вот я сейчас просто покажу свой первый опыт.
Человек делает измерения. Вот эта вот горизонтальная ось, это вот измеряемая величина. Я хорошо работаю и должен попасть в эту точку. Я попадаю в эту точку и смотрю, куда попадёт следующее, второе измерение. Как все люди измеряют, как учат до сих пор. Когда вы делаете измерение, надо делать не одно, конечно, ну, сделайте два и возьмите среднее. Вы делаете второе, оно не совпало с первым, ну, это естественный разброс результатов. Всё-таки они сильно разошлись для отличника, он должен точнее быть. Я делаю третье. Оно у меня оказывается почему-то вот здесь. Космонавтов когда-то учили – делайте три измерения, два близких записывайте, а третье отбрасывайте. И так поступают в науке ещё и сейчас. Но люди культурные, высокого класса, делают ещё измерение. И сколько-нибудь ещё делают измерений. Вот здесь я пишу каждый раз результат очередных измерений. А я работал очень аккуратно после радиоактивных своих упражнений, там точность работы была условием выживания. А у меня были очень большие различия результатов одинаковых измерений. Это неприятно – я всё делаю как надо, я делаю всё возможно аккуратнее – а у меня разброс результатов больше, чем я мог себе позволить. Это была ещё не радиоактивность. Радиоактивность была днём. Утром. Вечером – биохимия. Тогда я стал 10 измерений делать. И вместо того, чтобы заполнилось всё это пространство. А все знают, все наши слушатели, все учились, все знают, что должно быть гаусс, где максимально часто результаты попадают в середину, в математическое ожидание. А у меня вовсе не так было. Вот были кучки, здесь кучки, здесь. И если это всё нарисовать соответственно, сколько раз какое значение измеряемой величины получалось, то получается не такой гаусс приятный и хрестоматийный, а какая-то вот такая загогулина.
Нормальные люди, опять я всё время имею в виду тех, которые хорошо учились, знают, что на это обращать внимания не надо, потому что есть математический аппарат, критерий согласия гипотез, используя который вы можете оценить, что все эти детали на самом деле пренебрежимы, они попадают в полосу, внутри которой вся эта тонкая структура не заслуживает внимания. Это случайно, случайная случайность.
И всё было бы хорошо, но я ставлю один опыт, ставлю другой опыт, и у меня если в первом опыте была вот такая картина, то почему-то во втором опыте, на следующий день очень часто бывает тоже такая же штука, не совсем такая, но для нормального глаза, незамутнённого высшим образованием и такой уверенности в себе – что-то они очень похожи. Я стал делать 10, 20, 25 одинаковых измерений. Человечество, которое вот учится в университетах, знает такое понятие – параллельные пробы. Когда вы делаете всё при прочих равных условиях, всё одинаково, вы эти пробы называете параллельными. Меня тогда не смутило это. Я также знал, что это параллельные. Только много лет спустя я понял, что они не параллельные, а последовательные. Они же разделены во времени. Это никто никогда не думает. Мы же одинаково работаем. Никто в лабораторных журналах даже не пишет секунды и минуты. А как пишут в журналах? Ну, хорошо, если написано – до обеда опыт поставлен. Или – после обеда. Много прошло времени, прежде чем я стал смотреть на секундомер, на часы и смотреть, когда была сделана эта проба. Собственно, к концу сегодняшнего рассказа я к этому и приду. Но, собственно, конец такой: каждая секунда времени в пространстве, вот в нашем пространстве-времени имеет свой облик.
Мои любимые и высокочтимые учители следили за мной. И я им рассказывал, особенно моему самому главному учителю – Сергею Евгеньевичу Северину. Он мне сказал: «Знаете, Симон, это вы на белках работаете мышц, Владимир Александрович Энгельгардт всё о них знает». И я пошёл к Энгельгардту рассказывать об этих опытах. К этому времени уже прошло 5 лет. 5 лет спустя, когда я каждый день смотрел – да в чём же это дело?
И отверг все тривиальные мысли – что это там температура какая-нибудь скачет, что концентрации неодинаковы, пробирки из разного стекла, пипетки неодинаковы, растворы неоднородны? Нет, нет, нет, нет. Я не виноват. Никто не виноват, а скачет, и даёт такие дискретные картинки. Что это значит? Это значение более вероятно, чем промежуточное. Какое-то квантование странное.
Я пришёл к Владимиру Александровичу, был семинар, и он мне дал мудрый совет. Знаете, он сказал – не делайте так много проб, и этого не будет. Это всё, что я получил от высокочтимого любимого учителя. И я не стал его больше мучить.
Когда эти картинки стали систематически набираться. Год за годом, месяц за месяцем, я сделал очень большой доклад, это было, страшно сказать, я знаю точную дату, 27 марта 1957 года. И тогда реакция участников семинара была… что это удивительное дело. Но когда я ушёл с этого семинара, сказали: «Какой был студент!… Ведь он сошёл с ума». И клеймо, что человек, который обращает внимание на случайные картинки – ну, конечно, ненормальный. И со мной стали обращаться осторожно…
Я продолжал заниматься радиоактивностью и биохимией. Но публиковать ничего не мог. Ни одна строчка не вышла бы в печати, если бы не Сергей Евгеньевич Северин, который не поддерживал мнения, что я сошёл с ума… Он считал, что всё в порядке, можно публиковать.
Так вот, прошло много лет. Каждый день или почти, как только мог, ставился опыт. И постепенно у меня накопилось множество типов картинок. А опыты очень тяжёлые. Это ведь кому рассказать – я, например, делал 250 одинаковых измерений скорости биохимической и химической реакции с сосредоточенностью совершено железной. У меня было две замечательных сотрудницы. Я имел возможность в лаборатории просить их о помощи. 25 лет с 8.00, с 15-секундным интервалом, 250 измерений до соответственно там 10 часов. 25 лет с утра, не поднимая головы. Мы накопили множество картинок. И это была химия. Я защитил докторскую диссертацию на тему «Особые свойства белков, в которых есть такие картинки». И все меня слушали, и защита была долгой, тяжёлой, но успешной. И я думал… о свойстве белков.
Это в 70-м году была защита. Я получил диплом и стал профессором, и всё как будто бы хорошо, когда через несколько лет стало ясно, что это всё не имеет отношения только к белкам.
Кратко говоря. Это явление свойственно любым измерениям на Земле! Вообще любым. А моя специальность – это я говорю для критиков на всякий случай: радиоактивность. Я был и остался профессионалом измерений радиоактивности. Я считал, что все эти аномалии совершенно не имеют отношения к измерениям радиоактивности. Ну, радиоактивность – там же всё ясно. Там распределение Пуассона… После Резерфорда и прочих великих мы там всё знаем, и делать там нечего.
И уже будучи много лет профессором физического факультета, я просил дипломницу Таню прийти на автоматах померить радиоактивность для контроля, чтобы не было этого явления. Я же знаю, что там ничего нет. Она мне принесла результаты измерений. Это был 79-й год. Принесла распечатки, я нарисовал детальную картину распределений – и мне стало нехорошо. Меня поймут те, кто занимается наукой, – стало тошно. Картинка была в точности такой – в Москве измерили – как у меня в Пущино за 100 километров с химией. Там был химический опыт, а тут радиоактивный. Что такое тошно – это значит, нет сил работать. Мыслей нету. И я прекратил эту работу. И я выдержал прекращение почти год. Не мог приступить. В декабре 80-го года, надо было преодолеть это состояние.
И мой любимый коллега, бывший студент, Вадим Иванович Брусков, нехотя, понимая, что это чушь, взял два счётчика, два автомата, измеряющие без человека, взял два одинаковых препарата, и померил по 250 раз каждый. Нарисовали две картинки – нам вдвоём стало тошно на этот раз. Вадим Иванович сказал – этого не может быть, они похожи. А это же независимые процессы. Радиоактивность – это классический случайный процесс. Когда хотят получить случайный процесс, делают или теперь на компьютерах, генераторы случайных чисел, или радиоактивность. И вот с 80-го года 22 года ежедневно я теперь занимаюсь радиоактивностью. Это же моя специальность. Я же знал, что там этого нет. А там всё это есть.
Так вот тезис – в любых процессах мы за эти годы посмотрели химию, ну, биохимию сначала. Движение частиц в электрическом поле, магнитные явления. Все виды радиоактивности, альфа и бета, совершенно разные, сильные взаимодействия, электро-слабые взаимодействия. И всюду одно и то же. И стало ещё раз тошно. Это всякий раз кризис в сознании.
Дело в том, что, например, радиоактивность, альфа-распад отличается от диапазона энергий, от какой-нибудь химии на 30 порядков. Это невообразимо! А когда мы потом смотрели результаты измерений, проведённых в лаборатории Валентина Николаевича Руденко, измерения шумов в гравитационной антенне, там 40 порядков различий. Это шумы, совершенно ничтожные. А распределение амплитуд вот такое же хитрое. Очень сложный набор фигур. Разнообразный. Это я тут нарисовал две одинаковых. Там целую коллекцию можно составить типа иероглифов, коллекцию реализуемых фигур.
Можно было подумать, что это разные состояния. Нет, это состояния, все укладываемые в одно нормальное распределение. Это не могут быть вероятности распада. Не так, что есть атомы такие и сякие. Это всё однородно. Это что-то другое.
Итак, тезис – в любых процессах физика абсолютно разная, ничего общего между процессами нет, а картинки одинаковые. Следующий этап в этих работах – берём два счётчика. Мы с них начали. Один счётчик в одном здании института, другой – в другом. Получаются похожие картинки с высокой вероятностью. Это не значит, что каждая картинка похожа. Но если перебрать сотню таких и сотню таких, окажется, что синхронно, в одно и то же время (вот теперь время пошло) у них одинаковые картинки. Дальше понятно. Мои друзья в инженерно-физическом институте, в МИФИ меряют альфа-радиоактивность в Москве. Мы в 120 километрах в Пущино меряем что-нибудь другое – химию или бета-активность. Получаем картинки на расстоянии 100 километрах синхронно. Потом только дошло, что мы на одном меридиане – и поэтому так. Начали разъезжаться – Ленинград, Москва, Пущино; Томск, Пущино. И всюду находим похожие вещи, но с Томском плохо, потому что это далеко. И вывод – на одном и том же меридиане с высокой вероятностью в совершенно независимых процессах получается картинки, я могу потом показать, здесь очень трудно показывать эксперимент. Да у меня всё опубликовано в статьях, они регулярно выходят, кому захочется – прочтут. Итак, от природы процесс не зависит. Синхронно в независимых измерениях процессов разной природы получаются сходные распределения.
И следующий шаг: определение, какой интервал времени разделяет наиболее вероятные картинки. Теперь по оси абсцисс интервал по времени, а здесь сколько раз встречались сходные картинки. И картинка выглядит вот так. Наиболее вероятно, чаще всего встречаются сходные картины в ближайших соседних интервалах времени. Это называется в нашей лаборатории «эффект ближней зоны». Потом вероятность получения сходных распределений падает, но проходит какое-то время – и критический момент – через сутки, вот здесь через 24 часа, вероятность повторного появления сходных распределений снова растёт. Это – суточный ход – это было поразительно, это значит, что синхронно с вращением Земли что-то происходит. Больше не на что свалить – сутки. Ну, нормальные экспериментаторы скажут – сутки, человеческая деятельность. Нет. Это радиоактивность. Это автомат. Здесь нет никакой зависимости ни от температуры, давления, влажности, никаких мыслимых артефактов. Вообще на радиоактивность нельзя повлиять. Ни одним земным способом на неё повлиять нельзя. Я бы на белках там или на химии что-нибудь мог придумать. Тупой счётчик выдаёт суточный ход. И отсюда мысль – первая мысль: Земля… она вращается вокруг своей оси. И по мере того, как наша лаборатория вдвигается под данную картину окружающего нас неба… Мне нравится понятие – хрустальный свод небес. Повернули под эту звёздную картину или… солнечную, лунную – и проявляется такая картинка. Отсюда следовал вывод – если так, то в других местах, на других меридианах появится с высокой вероятностью такая картинка, когда Земля повернётся на то же самое местное время.