Деннис Шиама — катализатор талантов

Виталий Мацарский
«Троицкий вариант» №21(365), 1 ноября 2022 года

Виталий Мацарский

Мой университетский друг, ныне член-корреспондент Национальной академии наук Украины, делил всех ученых на «производителей» и «опылителей». Первые, как правило, упорно занимаются четко очерченным кругом проблем, бьют в одну точку и часто добиваются выдающихся результатов. Другие — собирают идеи, не обязательно свои, и щедро раздают их ученикам, которые нередко на голову превосходят своих наставников. Бывают и совмещающие обе эти ипостаси универсалы, как, например, Яков Борисович Зельдович, о котором познакомившийся с ним Стивен Хокинг сказал, что наконец убедился в том, что ЯБ — это один человек, а не коллектив авторов, пишущих под этим именем. Деннис Шиама (Dennis William Sciama, 1926–1999) явно принадлежал к «опылителям».

Деннис Шиама. Фото: Mark Abramowicz, «Википедия»

Происходил Деннис из семьи еврейских эмигрантов из Алеппо (Сирия), осевших в Манчестере в середине XIX века. Отец его, родившийся уже в Англии, прилично разбогател на торговле текстилем. О науках в доме никто не помышлял, потому отец немало удивился, когда сын заявил о своем решении стать математиком, но возражать не стал — пусть попробует, если ему так хочется. Никаких особых способностей к этой дисциплине за Деннисом замечено не было, к вундеркиндам он явно не относился, хотя получил неплохое общее образование по естественным наукам в частной школе-пансионе.

В 1944 году Деннис поступил в кембриджский Тринити-колледж на отделение математики, но уже на втором курсе выступил так плохо на годовых экзаменах, что ему предложили перейти на физическое отделение, если он хочет получить отсрочку от армии. Видимо, в Кембридже тогда физиков относили к более низкой категории, чем математиков.

Но и на физическом отделении он учился так себе, больше интересуясь философией Витгенштейна, лекции которого слушал у того на дому. Сильное впечатление на него также произвел курс квантовой механики, прочитанный Полем Дираком, но заниматься ею Деннис не стал. В итоге трехлетний курс физики он закончил предпоследним.

Содержавший его отец (никаких стипендий Деннис не получал) всё яснее выражал свое недовольство «успехами» сына и уговаривал его бросить науку и заняться серьезным делом — текстильным бизнесом, полагая, что к науке у Денниса просто нет способностей. Подтверждением стало и то, что в 1947 году как не особо перспективного кадра министерство обороны забрало его на два года в армию. Более способных выпускников от армии освобождали.

После шестимесячного курса молодого бойца Денниса всё же решили использовать по специальности и отправили на исследовательский полигон связи применять свои познания в квантовой механике к фотоэлементам, с помощью которых планировалось обнаруживать вражеские самолеты. Примечательно, что в разное время на этом же полигоне работали Бернард Ловелл, Мартин Рис и Энтони Хьюиш, ставшие позднее ведущими специалистами в радиоастрономии. Хьюиш, например, был удостоен Нобелевской премии по физике 1974 года за открытие пульсаров¹.

После демобилизации в 1949 году Денниса взяли в аспирантуру Кембриджа, зачтя ему внутренние отчеты, выполненные на полигоне. Определили его к руководителю, занимавшемуся статистической механикой, но уже через полтора года Шиама понял, что эта область его совершенно не интересует. К тому времени он стал самостоятельно осваивать общую теорию относительности (ОТО), но не по первоисточнику, а по изложениям, приведенным в книгах Артура Эддингтона и Эрвина Шрёдингера. Явно не страдая застенчивостью, Деннис тут же послал Эйнштейну свои скороспелые соображения по ОТО и принципу Маха и даже получил на них его ответ.

Это несколько возвысило Денниса в глазах Шиамы-старшего, но тот продолжал настаивать на том, чтобы сын бросил свои безуспешные попытки стать ученым, и заявлял, что не может вечно его кормить и поить. Доходило до бурных ссор, и после одной из них Деннис согласился бросить науку и заняться отцовским бизнесом, если его не возьмут на должность младшего научного сотрудника в Трините-колледже. К радости сына и к огорчению отца Денниса взяли, так что о переходе в бизнес речь больше не шла. Скрепя сердце, отец продолжал материально помогать сыну. Однажды, когда Деннис пожаловался, что при подготовке диссертации ему трудно приходится с математикой, практичный отец подал дельный совет: «Так найми кого-нибудь, кто бы делал за тебя математику».

Каким-то образом (не вполне понятно, каким) Деннис стал учеником самого Поля Дирака, о котором было известно, что тот терпеть не мог руководить аспирантами. Например, Фреда Хойла он согласился взять себе в аспиранты только после того, как тот смог убедить его, что руководитель ему не нужен. Не руководил Дирак и Шиамой. Тот любил вспоминать, как в начале «сотрудничества» он прибежал к руководителю и в возбуждении спросил, не хочет ли Дирак взглянуть на полученные им промежуточные результаты, на что последовал характерный для Дирака лаконичный ответ: «Нет».

О другом случае Шиама вспоминал с еще бо́льшим удовольствием. На этот раз Дирак спросил своего аспиранта, не хочет ли он узнать о последних результатах шефа и, конечно, получил восторженное согласие. Оказалось, что из рассказа Дирака Деннис не понял ровным счетом ничего, так что на просьбу высказать свое мнение мог лишь пробормотать что-то безопасное, вроде: «А это самый общий метод вывода?» Дирак признался, что не знает. А через несколько недель, докладывая на семинаре свои последние результаты, Дирак вдруг произнес: «Я признателен Деннису Шиаме за его глубокое замечание о необходимости обобщения докладываемого мной результата, что и было мной сделано». Хотя Деннис потом и уверял, что готов был провалиться сквозь землю, услышав такое заявление великого Дирака, вряд ли это было так.

Как бы то ни было, но в 1953 году диссертацию он всё же защитил, и на весьма необычную тему — о принципе Маха, согласно которому инерция и само существование инерциальных систем отсчета наблюдаемых нами тел определяется наличием всей материи во Вселенной. Над смыслом этого принципа и его связью с ОТО размышлял еще Эйнштейн.

До начала 1960-х годов ОТО занимались очень немногие — во всем мире, возможно, дюжина человек, максимум — две дюжины. Это подтверждает физик Джон Моффат, который в начале 1950-х годов приехал в Кембридж, чтобы делать диссертацию по ОТО, и обнаружил, что в этой области там работают три человека — Феликс Пирани, Фред Хойл и сам Шиама. Дошло до того, что на бернскую конференцию 1955 года, посвященную полувековому юбилею создания специальной теории относительности, в которой участвовали такие титаны, как Макс Борн, Вольфганг Паули и Владимир Фок, от кембриджского университета пришлось послать аспиранта второго курса, самого Моффата².

Кстати, Моффат поступил там в аспирантуру весьма своеобразно. У него не было университетского диплома, все премудрости ОТО и безуспешно разрабатывавшейся Эйнштейном теории поля он, по его словам, одолел самостоятельно. Встретиться с ним согласился Деннис Шиама и после очень краткого собеседования оформил прием Моффата в аспирантуру. Возможно, на него произвело впечатление, что юный самоучка также переписывался с Эйнштейном. Эйнштейн, видимо, чувствовал себя настолько одиноким в своих безуспешных попытках, что был рад пообщаться на темы ОТО с кем угодно.

С космологией тогда дело обстояло так же. Крупный физик и математик, сотрудник Эйнштейна Питер Бергман отмечал в 1969 году: «Всю жизнь я полагал, что космология как наука не вполне «прилична», поскольку в ней, в отличие от других так называемых точных наук, отсутствовала эмпирическая основа. Космология до второй половины XX века была захватывающей салонной игрой, правила которой задавались по уговору самими игроками, а получаемые результаты никак не подвергались проверке опытом».

Стивен Хокинг писал³: «Получив диплом [в Оксфорде], в октябре 1962 года я приехал в Кембридж. Я намеревался писать диссертацию под руководством Фреда Хойла, самого знаменитого британского астронома того времени и главного адепта стационарной теории. Я сказал «астронома», потому что в те времена космология вряд ли могла считаться самостоятельной научной дисциплиной. А я хотел заниматься именно ей».

У Хойла времени для Хокинга не нашлось — он уже набрал достаточно аспирантов, да и в Кембридже бывал нечасто, — так что в качестве научного руководителя Стивену достался Деннис Шиама. Позже оба полагали, что для них это стало редкой удачей.

Еще в начале 1950-х, работая над диссертацией о принципе Маха, Деннис познакомился с математиком Германом Бонди и инженером Томми Голдом⁴, а также с Фредом Хойлом. Эта троица предложила теорию стационарной Вселенной. Согласно их теории, Вселенная существовала вечно, а вместо единичного акта творения, как в теории Большого взрыва, разрабатывавшейся Георгием Гамовым с коллегами, вещество порождалось постоянно, но в столь малых количествах, что обнаружить это земными методами было невозможно. Подробно о создании теории стационарной Вселенной и судьбе ее творцов рассказано в моей книге⁵.

Деннис Шиама воспринял теорию стационарной Вселенной с энтузиазмом и стал одним из самых преданных ее сторонников. Одной из возникавших в этой теории проблем было образование галактик. Так, в 1955 году он опубликовал две работы по этой теме: «Об образовании галактик в стационарной Вселенной» и «Эволюционные процессы в космологии», но не забывал и о своей первой любви, напечатав в Scientific American популярную статью «Инерция». В 1959 году Деннис написал небольшую книгу «Единство Вселенной» («The unity of the Universe»), в которой кратко изложил не только теорию стационарной Вселенной, но и ее связь с принципом Маха. Любопытно, что, как позднее признавал крупный американский астрофизик и космолог Боб Дикке, эта книга навела его на мысль о том, что гравитационная постоянная может и не быть постоянной. Такого же мнения придерживался и Дирак.

В начале 1950-х годов Шиама познакомился с Роджером Пенроузом, брат которого делил офис с Деннисом. Роджер тогда находился под большим впечатлением от радиолекций Фреда Хойла, в которых тот излагал свою стационарную теорию. У математика Роджера, интересовавшего среди прочего и ОТО, возникла масса вопросов, и в лице Денниса он нашел специалиста, с которым их можно было обсудить. Так началась их многолетняя и плодотворная дружба, а интерес Пенроуза к ОТО и космологии принес ему в 2020 году Нобелевскую премию по физике «за открытие того, что образование черных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности». Как пошутил один из друзей Денниса, самым его большим вкладом в ОТО стало то, что он вовлек в нее Пенроуза. Объединяла их и любовь к Шекспиру. Пенроуз с удовольствием вспоминал, как Деннис возил его на родину великого барда на своем роскошном «ягуаре» и, лихо входя в поворот, приговаривал: «Видишь, как тебя бросает? Это всё инерция, а она вызывается далекими звездами».

В 1965 году грянуло эпохальное открытие, о котором миру было поведано с первых страниц New York Times: случайно было обнаружено микроволновое излучение, которое естественнее всего было интерпретировать как «отсвет» Большого взрыва Гамова. Как совместить это излучение с моделью стационарной Вселенной, было неясно, однако это еще не было катастрофой.

Незадолго до того у Денниса Шиамы появился новый аспирант — Мартин Рис, успешно защитивший диссертацию в 1967 году. Рис проанализировал астрофизические данные по недавно открытым квазарам и пришел к выводу, что квазары, расположенные на космологических расстояниях, т. е. удаленные от нас в далекое прошлое, группировались плотнее, чем сейчас, что, по его мнению, свидетельствовало о справедливости модели Большого взрыва. В этом он смог убедить и своего руководителя.

Мартин Рис. Фото: The Royal Society

Деннис Шиама сделал резкий поворот на 180 градусов. Из ярого защитника стационарной модели он превратился в столь же ярого сторонника модели Большого взрыва. Он полностью переключился на развитие этой теории Гамова и его сотрудников. Так, в 1971 году Шиама опубликовал книгу «Современная космология», переведенную на русский в 1973 году.

Мартин Рис впоследствии сделал головокружительную карьеру. Он был и Королевским астрономом, и президентом Астрономического общества, и президентом Королевского общества (британской академии наук), а сейчас и вовсе стал именоваться лордом Ладлоу. Список его наград и почетных званий занимает не одну страницу. Несмотря на разницу в научных взглядах, он сохранил к Фреду Хойлу самое теплое отношение, написав мне, что, хотя Фреду не нравились его воззрения, он всегда оказывал Рису всяческую поддержку, даже бо́льшую, чем его непосредственные руководители.

Со второй половины 1960-х годов космология перестала быть чем-то «неприличным». В нее устремились сотни, тысячи исследователей по всему миру — математики, физики, специалисты в области ОТО и квантовой теории. Стали созываться многолюдные конференции, одну из которых с юмором описал Ричард Фейнман. Он прилетел лишь на второй день и не зная, где проходит конференция, спросил у диспетчера такси в аэропорту, куда вчера направлялись группы странных субъектов, бормотавших друг другу «же-мю-ню, же-мю-ню»⁶. Диспетчер мгновенно назвал адрес университета.

Шиама был непоседой. Ему постоянно требовались новые люди, новые идеи, новые впечатления. Как только он узнавал что-нибудь интересное, то тут же делился новостями с коллегами и учениками. Он постоянно брал с собой на различные конференции своих аспирантов, сводил их с крупными учеными, к которым сам аспирант, скорее всего, не решился бы подойти. В общей сложности под его руководством сделали диссертации и получили путь в науку несколько десятков человек. Только в Кембридже за период с 1964 по 1968 год у него защитились 13 человек; некоторые из них стали известными специалистами в космологии и ОТО.

Поработав в Кембридже, Шиама перебрался в Оксфорд, где создал группу исследователей в области астрофизики. Там под его руководством защитился Дэвид Дойч, сторонник многомировой интерпретации квантовой механики, предложенной Хью Эвереттом. С 1978 по 1982 год часть времени Деннис проводил в Остине, в Техасском университете, а с 1973 года прочно, до конца своих дней, обосновался в международном центре в Триесте, созданном в основном для подготовки специалистов из развивающихся стран, но при этом не порывал связей ни с Кембриджем, ни с Оксфордом.

Ученики и коллеги никогда не забывали отозваться о Деннисе Шиаме добрым словом. Так, например, ему посвящена монография 1973 года Хокинга и Эллиса (его первого аспиранта) «Крупномасштабная структура пространства-времени», а Роджер Пенроуз посвятил его памяти свой фундаментальный труд 2004 года «Путь к реальности, или Законы, управляющие Вселенной. Полный путеводитель». Похоже, что «опылитель» Шиама вырастил не одно поколение «производителей».

¹ Мацарский В. Мисс Белл и инопланетяне: история открытия пульсаров. «Троицкий вариант» №19(238), 26 сентября 2017 года.

² Моффат Дж. Эйнштейн ответил... Моя жизнь в физике. — Ижевск: ИКИ, 2021.

³ Хокинг С. Моя краткая история. Автобиография. — М.: АСТ, 2019.

⁴ Мацарский В. Быть всегда правым в науке очень скучно: Томми Голд. «Троицкий вариант» №13(357), 12 июля 2022 года.

⁵ Мацарский В. Сэр Фред Хойл и драма идей. — РХД, 2015.

⁶ Так звучат обозначения компонентов тензоров, которыми оперируют в ОТО.