Какое отношение учёный из СССР имел к голливудскому фильму «Интерстеллар» и почему американцы считали Институт теоретической физики им. Ландау, который он возглавлял, самым сильным в мире?
После показа фантастического фильма «Интерстеллар» в обиход людей, далёких от науки и космоса, прочно вошли такие слова, как «горизонт событий» и «сингулярность». В Интернете всерьёз стали обсуждать вопросы, что же именно произойдёт с человеком, если он решит проникнуть в чёрную дыру, есть ли такие объекты в Солнечной системе и что случится с Солнцем, если возле него появится чёрная дыра размером с теннисный мяч.
Навстречу чёрным дырам
Если помните, главный герой фильма «Интерстеллар» пилот-астронавт Джозеф Купер отправился в далёкий космос через «червоточину» (или кротовую нору), чтобы найти новый дом для погибающего человечества. В безумной надежде вернуться домой он покинул космический корабль и на челноке отправился в чёрную дыру. Провалившись в неизведанное, он оказался вне времени в некоем кубе, который создали специально для него эволюционировавшие люди будущего (так решил сам герой) или, возможно, Бог. Из куба он умудряется передать сообщение своей взрослой дочери, а когда куб схлопывается, оказывается выброшенным в открытый космос где-то в районе Юпитера.
Кадр из фильма «Интерстеллар» © «Кинопоиск»
Однако спорщики могли бы не тратить время и воображение, если бы знали о расчётах легендарного советского физика-ядерщика Исаака Халатникова, который совместно с физиками Владимиром Белинским и Евгением Лифшицем решил уравнения гравитации Эйнштейна и ввёл в науку понятие БХЛ-сингулярности (или сингулярности Белинского — Халатникова — Лифшица).
Наука после Второй мировой войны шагала семимильными шагами. В те годы появились такие понятия, как «пространственно-временное поле», обладающее не только гибкостью и упругостью, но и вязкостью. Оказалось, оно искривляется при взаимодействии с гравитацией. Стало ясно, что возле чёрной дыры это поле закручивается воронкой. Появилось понятие «горизонт событий» — воображаемая линия, за которой гравитация чёрной дыры становится настолько сильной, что даже фотоны света не могут вырваться из неё.
Американские учёные Роберт Оппенгеймер и Хартланд Снайдер рассчитали, что попавший в чёрную дыру объект подвергнется «спагеттификации», то есть растянется в бесконечности. Это произойдёт потому, что ближайшая к чёрной дыре сторона подвергнется большему воздействию гравитации — и объект растянется в сверхтонкую струну.
Однако и советские физики были заняты разработкой теории коллапса сверхмассивной звезды, вопросом превращения её в чёрную дыру и процессами, которые происходят при этом. Был среди них и Халатников. Но, в отличие от Оппенгеймера, он учёл её вращение, неравномерное распределение вещества в массе, волновые процессы, разницу плотности, излучение вещества с поверхности и даже возможную несимметричность звёздного тела.
Фото © «Научная Россия»
И оказалось, что на падающий в чёрную дыру звездолёт будут воздействовать асимметричные силы. Ещё до горизонта событий это будут искривления поля пространства-времени, сила которых у точки прохождения горизонта событий начнёт нарастать. Поле пространства-времени начнёт продавливаться с нарастающей скоростью, но искривление это будет несимметричным по осям пространства. Это приведёт к раскачиванию поля, нарастанию гравитационной турбулентности, что в конце концов разорвёт гипотетический звездолёт, едва он достигнет точки сингулярности.
Но это ещё не всё. Обломки звездолёта будет разрывать на ещё более мелкие части, каждая из которых в итоге разорвётся на элементарные частицы. В конце концов от звездолёта останется только чистая энергия. Время исчезнет, а пространство превратится в сверхвысокочастотную пену — это и будет гравитационная сингулярность.
Силы, воздействующие на звездолёт, получили название приливных сил БХЛ-типа, а само решение проблемы именовали БХЛ-сингулярностью. В общем, без вмешательства высших сил герой «Интерстеллара» Купер был бы обречён.
Счастливая ошибка
Так кто же он, человек, сделавший с коллегами теоретические расчёты гипотетической ситуации, над которой будут спорить через десятки лет? Академик Исаак Халатников ушёл из жизни в возрасте 102 лет, овеянный славой. Журналисты назвали его «атомным гением» и «человеком-эпохой». Но до сих пор о нём известно не так много.
Фото © «Научная Россия»
Он родился в далёком 1919 году в Екатеринославе, с детства демонстрировал математические способности. В университете города Днепропетровска стал именным сталинским стипендиатом, после окончания физического факультета был приглашён в аспирантуру к знаменитому физику-теоретику Льву Ландау, но вместо этого попал в зенитчики — шёл 1941 год. Халатникова призвали в июне, направили в артиллерийское училище, а после отправили защищать Москву от налётов фашистской авиации в 1784-й зенитной воинской части. Он был награждён медалью «За победу над Германией», дослужился до капитана.
Но уже в 1944 году академик Пётр Капица потребовал, чтобы артиллерист Халатников вошёл в группу Ландау. В те годы Капица входил в Спецкомитет Лаврентия Берии по созданию атомной бомбы, и его распоряжение было выполнено в точности. Даже не сняв погоны, Халатников оказался зачислен в аспиранты в институт Ландау.
По поводу зачисления Халатникова к Ландау среди ядерных физиков ходил анекдот. Капицу несколько смущал тот факт, что среди учёных-ядерщиков слишком много евреев. И поэтому академик пообещал выдать Ландау премию, если в его группе появится хоть один русский. Взглянув на фото блондина Халатникова и прочитав его фамилию, Ландау решил, что премия ему не помешает, и попросил Капицу ходатайствовать о молодом учёном перед главным маршалом артиллерии Николаем Вороновым.
Два физика на 30 девушек
Так Халатников попал в теоретический отдел Ландау, где кроме него работали физик Евгений Лифшиц и ещё 30 девиц-математиков — компьютеров тогда не было, и они должны были вручную вычислять параметры процессов, происходивших внутри атомной бомбы.
Исаак Халатников (третий слева в первом ряду), Лев Ландау (второй справа в первом ряду). Фото © «Научная Россия»
Уравнения они получали от Халатникова в таком виде, что догадаться, о чём идёт речь, было нельзя, а сделать вычисления — можно. В результате Халатников пришёл к формуле «необычайной красоты и стройности». Ландау был доволен результатом и даже, расчувствовавшись, подарил Халатникову своё фото с подписью «Дорогому Халату».
Но самой сложной задачей, поставленной перед ним, Халатников считал расчёты водородной бомбы, над которой он работал совместно с академиком Сахаровым. За разработку водородной бомбы учёные получили Сталинскую премию. Дальнейшие исследования ядерного оружия до сих пор засекречены.
Ещё не всё потеряно
С 1965 по 1992 год Халатников возглавлял Институт теоретической физики им. Ландау Академии наук СССР. Защитил докторскую, в 1984 году стал академиком, был принят в Лондонское королевское научное общество. Преподавал в МФТИ, сотрудничал с журналом «Физика низких температур».
Много работал, создал основополагающие труды по квантовой теории поля, квантовых жидкостей и электродинамики, по сверхпроводимости, общей теории относительности, астрофизике и космологии.
Его ИТФ самым сильным институтом в мире называли даже американцы. Так, проректор Гарвардского университета Пол Мартин считал, что в США с физиками одного ИТФ могла бы соперничать только целая команда учёных, собранная из всех университетов Восточного побережья США.
В последние годы Халатникова сильно беспокоила ситуация в российской науке, «утечка мозгов» на Запад. Но он считал, что, несмотря на это, российская наука всё ещё остаётся лучше западной. Природные данные российских студентов, начальная подготовка и строгий отбор всё ещё позволяют учёным конкурировать с «партнёрами».