Сэр Фред Хойл FRS (24 июня 1915 – 20 августа 2001) [1] был английским астрономом , сформулировавшим теорию звездного нуклеосинтеза и одним из авторов влиятельной статьи B 2 FH . Он также придерживался противоречивых позиций по другим научным вопросам, в частности, его отказ от теории « большого взрыва » (термин, придуманный им на радио BBC ) в пользу « стационарной модели », а также его пропаганда панспермии как источника возникновения. жизни на Земле. [3] [4] [5] Большую часть своей трудовой жизни он провел в Институте астрономии в Кембридже и в течение шести лет был его директором.
Хойл также писал научно-фантастические романы, рассказы и радиопостановки, был соавтором телесериалов и соавтором двенадцати книг вместе со своим сыном Джеффри Хойлом .
Хойл родился недалеко от Бингли в Гилстеде , Западный райдинг Йоркшира , Англия. [6] Его отец, Бен Хойл, который был скрипачом и работал в торговле шерстью в Брэдфорде , служил пулеметчиком во время Первой мировой войны . [7] Его мать, Мейбл Пикард, изучала музыку в Королевском музыкальном колледже в Лондоне, а затем работала пианисткой в кино. [7] Хойл получил образование в гимназии Бингли и изучал математику в колледже Эммануэль в Кембридже . [8] В юности он пел в хоре местной англиканской церкви. [9] [10]
В 1936 году он стал лауреатом премии Мэйхью (совместно с Джорджем Стэнли Рашбруком ).
В конце 1940 года Хойл покинул Кембридж и отправился в Портсмут , чтобы работать в Адмиралтействе над радиолокационными исследованиями, например, разрабатывая метод определения высоты приближающихся самолетов. Ему также было поручено принимать меры по противодействию орудиям с радиолокационным наведением, обнаруженным на « Графе Шпее» после его затопления в Ривер-Плате . [11] В британском проекте радара было задействовано больше персонала, чем в Манхэттенском проекте , и, вероятно, он послужил источником вдохновения для большого британского проекта в романе Хойла « Черное облако ». Двумя коллегами по этой военной работе были Герман Бонди и Томас Голд , и все трое вели многочисленные и глубокие дискуссии по космологии. Работа с радаром позволила ему оплатить пару поездок в Северную Америку, где он воспользовался возможностью посетить астрономов. Во время одной поездки в США он узнал о сверхновых в Калифорнийском технологическом институте и на горе Паломар , а в Канаде — о ядерной физике имплозии и взрыва плутония, заметил некоторое сходство между ними и начал думать о нуклеосинтезе сверхновых . В то время у него была интуиция: «Я сделаю себе имя, если это сработает». В конце концов (1954 г.) вышла его пророческая и новаторская статья. Он также сформировал в Кембридже группу, исследующую звездный нуклеосинтез в обычных звездах, и его беспокоил недостаток производства звездного углерода в существующих моделях. Он заметил, что один из существующих процессов стал бы в миллиард раз более продуктивным, если бы ядро углерода-12 имело резонанс при энергии 7,7 МэВ, но физики-ядерщики не перечислили такой. В другой поездке он посетил группу ядерной физики в Калифорнийском технологическом институте, провёл там несколько месяцев творческого отпуска и убедил их, несмотря на их значительный скептицизм, поискать и найти состояние Хойла в углероде-12, на основе которого разработал полную теорию звёздного нуклеосинтеза . написано Хойлом в соавторстве с некоторыми членами группы Калифорнийского технологического института. [12]
После войны, в 1945 году, Хойл вернулся в Кембриджский университет в качестве лектора в колледже Святого Иоанна в Кембридже . Кембриджские годы Хойла, 1945–1973, позволили ему подняться на вершину мировой теории астрофизики благодаря поразительной оригинальности идей, охватывающих очень широкий круг тем. В 1958 году Хойл был назначен профессором астрономии и экспериментальной философии Плюмиана в Кембриджском университете. В 1967 году он стал директором-основателем Института теоретической астрономии (впоследствии переименованного в Институт астрономии в Кембридже ), где его новаторское руководство быстро привело к тому, что этот институт стал одной из ведущих групп в мире по теоретической астрофизике. В 1971 году его пригласили прочитать лекцию, посвященную памяти Макмиллана, в Институте инженеров и судостроителей в Шотландии . Он выбрал предмет «Астрономические инструменты и их конструкция». [13] Хойл был посвящен в рыцари в 1972 году. Хойл оставил свою должность профессора Плюмиана в 1972 году и пост директора института в 1973 году, причем этот шаг фактически отрезал его от большей части его властной базы, связей и стабильной зарплаты.
Покинув Кембридж, Хойл написал множество научно-популярных и научно-фантастических книг, а также читал лекции по всему миру. Частично мотивацией для этого было просто предоставить средства поддержки. Хойл все еще был членом объединенного политического комитета (с 1967 года) на этапе планирования 150-дюймового англо-австралийского телескопа в обсерватории Сайдинг-Спринг в Новом Южном Уэльсе. Он стал председателем правления Англо-Австралийского телескопа в 1973 году и председательствовал на его открытии в 1974 году Чарльзом , принцем Уэльским .
После ухода из Кембриджа Хойл переехал в Озерный край и посвятил свое время походам по болотам, написанию книг, посещению исследовательских центров по всему миру и работе над научными идеями, которые были почти повсеместно отвергнуты. 24 ноября 1997 года, путешествуя по вересковой пустоши в западном Йоркшире, недалеко от дома своего детства в Гилстеде, Хойл упал в крутое ущелье под названием Шипли-Глен . Примерно двенадцать часов спустя Хойла нашла поисковая собака. Он был госпитализирован на два месяца с пневмонией и проблемами с почками (оба в результате переохлаждения), а также со сломанным плечом в результате падения. После этого его состояние заметно ухудшилось, страдая от проблем с памятью и умственной ловкостью. В 2001 году он перенес серию инсультов и умер в Борнмуте 20 августа того же года.
Хойл является автором первых двух когда-либо опубликованных исследовательских работ по синтезу химических элементов тяжелее гелия путем ядерных реакций в звездах. Первый из них [14] в 1946 году показал, что ядра звезд будут развиваться до температур в миллиарды градусов, что намного выше, чем температуры, которые считаются термоядерным происхождением звездной энергии в звездах главной последовательности. Хойл показал, что при таких высоких температурах элемент железа может стать гораздо более распространенным, чем другие тяжелые элементы, из-за теплового равновесия между ядерными частицами, что объясняет высокое естественное содержание железа. Эта идея позже будет названа электронным процессом. [15] Вторая основополагающая публикация Хойла по нуклеосинтезу, [16] , опубликованная в 1954 году, показала, что элементы между углеродом и железом не могут быть синтезированы такими равновесными процессами. Он объяснил эти элементы специфическими реакциями ядерного синтеза между обильными компонентами в концентрических оболочках эволюционировавших массивных звезд, предшествовавших сверхновым. Эта поразительно современная картина является сегодня общепринятой парадигмой нуклеосинтеза этих первичных элементов сверхновой . В середине 1950-х годов Хойл стал лидером группы очень талантливых физиков-экспериментаторов и теоретиков, встретившихся в Кембридже: Уильяма Альфреда Фаулера , Маргарет Бербидж и Джеффри Бербиджа . Эта группа систематизировала основные идеи о том, как были созданы все химические элементы в нашей Вселенной, и теперь это область, называемая нуклеосинтезом . Известно, что в 1957 году эта группа подготовила статью B 2 FH (известную по инициалам четырех авторов), в которой область нуклеосинтеза была организована в дополнительные ядерные процессы. Они также добавили много нового материала по синтезу тяжелых элементов реакциями захвата нейтронов, так называемым s-процессу и r-процессу . Статья B 2 FH стала настолько влиятельной, что на протяжении оставшейся части двадцатого века она стала цитируемым по умолчанию почти всеми исследователями, желающими указать на общепринятое происхождение теории нуклеосинтеза, и в результате новаторская статья Хойла 1954 года попала в список безвестность. Исторические исследования в XXI веке [17] [18] вернули статье Хойла 1954 года научную известность. Эти исторические аргументы были впервые представлены группе экспертов по нуклеосинтезу, присутствовавших в 2007 году на конференции в Калифорнийском технологическом институте, организованной после смерти Фаулера и Хойла, чтобы отпраздновать 50-летие публикации B 2 FH. По иронии судьбы B 2В статье FH не рассматривается объяснение происхождения элементов между кремнием и железом, сделанное Хойлом в 1954 году оболочками сверхновых, несмотря на то, что Хойл был соавтором B 2 FH. Основываясь на своих многочисленных личных беседах с Хойлом [19], Дональд Д. Клейтон объяснил эту, казалось бы, необъяснимую оплошность в B 2 FH отсутствием корректуры Хойлом черновика, составленного в Калифорнийском технологическом институте в 1956 году Г. Р. Бербиджем и Э. М. Бербиджем. [20]
Вторая статья Хойла по нуклеосинтезу также представила интересное использование антропного принципа , который тогда не был известен под этим названием. Пытаясь выяснить пути звездного нуклеосинтеза , Хойл рассчитал, что одна конкретная ядерная реакция, процесс тройного альфа , в результате которого образуется углерод из гелия, потребует, чтобы ядро углерода имело очень специфическую резонансную энергию и спин, чтобы оно работало. Большое количество углерода во Вселенной, которое делает возможным существование любых углеродных форм жизни , продемонстрировало Хойлу, что эта ядерная реакция должна работать. Поэтому, основываясь на этом представлении, Хойл предсказал значения энергии, спина ядра и четность составного состояния в ядре углерода, образованном тремя альфа-частицами (ядрами гелия), что позже было подтверждено экспериментом. [21]
Этот уровень энергии, хотя и необходим для производства углерода в больших количествах, статистически очень маловероятен, чтобы упасть туда, где он находится на схеме энергетических уровней углерода. Позже Хойл писал:
Разве вы не сказали бы себе: «Должно быть, какой-то сверхрасчетливый интеллект спроектировал свойства атома углерода, иначе шанс, что я найду такой атом посредством слепых сил природы, был бы совершенно ничтожным. Интерпретация фактов здравым смыслом предполагает, что сверхинтеллект баловался с физикой, а также с химией и биологией, и что в природе нет слепых сил, о которых стоит говорить. ."
— Фред Хойл [22]
Его коллега Уильям Альфред Фаулер в конечном итоге получил Нобелевскую премию по физике в 1983 году (вместе с Субраманьяном Чандрасекаром ), но первоначальный вклад Хойла был проигнорирован избирателями, и многие были удивлены, что такой выдающийся астроном пропустил эту премию. [23] Сам Фаулер в автобиографическом очерке подтвердил новаторские усилия Хойла:
Концепция нуклеосинтеза в звездах была впервые сформулирована Хойлом в 1946 году. Это позволило объяснить существование во Вселенной элементов тяжелее гелия , в основном путем демонстрации того, что критические элементы, такие как углерод, могут генерироваться в звездах, а затем включаться в другие звезды и планеты, когда эта звезда « умирает ». Новые звезды, образовавшиеся теперь, начинаются с этих более тяжелых элементов, и из них образуются еще более тяжелые элементы. Хойл предположил, что другие, более редкие элементы, можно объяснить сверхновыми — гигантскими взрывами, которые время от времени происходят во Вселенной, температура и давление которых потребуются для создания таких элементов.
- Уильям Фаулер [24]
Не имея никаких аргументов против теории Леметра (позже подтвержденной наблюдениями Эдвина Хаббла ) о расширении Вселенной, Хойл не согласился с ее интерпретацией. Он обнаружил, что идея о том, что Вселенная имела начало, была лженаукой , напоминающей аргументы в пользу творца, «поскольку это иррациональный процесс, и его нельзя описать в научных терминах» (см. « Космологический аргумент Калама » ). [25] Вместо этого Хойл вместе с Томасом Голдом и Германом Бонди (с которыми он работал над радаром во время Второй мировой войны ) в 1948 году начал доказывать, что Вселенная находится в «устойчивом состоянии», и сформулировал свое устойчивое состояние. теория . Теория пыталась объяснить, как Вселенная может быть вечной и по сути неизменной, в то время как галактики, которые мы наблюдаем, удаляются друг от друга. Теория основывалась на создании материи между галактиками с течением времени, поэтому, хотя галактики и удаляются друг от друга, новые, развивающиеся между ними, заполняют пространство, которое они покидают. В результате вселенная находится в «устойчивом состоянии» так же, как текущая река: отдельные молекулы воды удаляются, но река в целом остается прежней.
Эта теория была одной из альтернатив Большому взрыву , которая, как и Большой взрыв, согласовывалась с ключевыми наблюдениями того времени, а именно с наблюдениями Хаббла о красном смещении , а Хойл был резким критиком Большого взрыва. Он ввел термин «Большой взрыв» в третьей программе радио BBC 28 марта 1949 года . оппоненты должны быть «тщеславными, односторонними, оскорбительными и недостойными BBC». [27] Хойл категорически отрицал, что он оскорблял, и сказал, что это был просто поразительный образ, призванный подчеркнуть разницу между двумя теориями для радиоаудитории. [28] В другом интервью BBC он сказал: «Причина, по которой учёным нравится «большой взрыв», заключается в том, что они находятся в тени Книги Бытия. Глубоко в душе большинства учёных заложено верить в первую страницу Книги Бытия. ". [29]
У Хойла был известный горячий спор с Мартином Райлом из Кавендишской радиоастрономической группы по поводу теории устойчивого состояния Хойла, которая несколько ограничивала сотрудничество между группой Кавендиша и Кембриджским институтом астрономии в 1960-х годах. [30]
Хойл, в отличие от Голда и Бонди, предложил объяснение появления новой материи, постулировав существование того, что он назвал «полем творения» или просто «С-полем», которое имело отрицательное давление, чтобы соответствовать сохранение энергии и стимулирование расширения Вселенной. Это C-поле такое же, как более позднее «решение де Ситтера» для космической инфляции , но модель C-поля действует намного медленнее, чем модель инфляции Де Ситтера. [31] Они совместно утверждали, что непрерывное творение не более необъяснимо, чем возникновение всей Вселенной из ничего, хотя это должно происходить на регулярной основе. В конце концов, растущее количество данных наблюдений убедило большинство космологов в том, что модель устойчивого состояния неверна и что теория Большого взрыва лучше согласуется с наблюдениями, хотя Хойл продолжал поддерживать и развивать свою теорию. В 1993 году, пытаясь объяснить некоторые доказательства против теории устойчивого состояния, он представил модифицированную версию, названную « космологией квазистационарного состояния » (QSS), но эта теория не получила широкого признания.
Доказательства, которые привели к победе Большого взрыва над моделью стационарного состояния, включают открытие космического микроволнового фонового излучения в 1960-х годах, а также распределение «молодых галактик» и квазаров по Вселенной в 1980-х годах, что указывает на более последовательную оценку возраста Вселенная. Хойл умер в 2001 году, так и не признав обоснованность теории Большого взрыва. [32]
«Как в космологии большого взрыва объясняется микроволновый фон? Несмотря на утверждения сторонников космологии большого взрыва, он не объяснен. Предполагаемое объяснение — не что иное, как запись в каталоге гипотез садовника, составляющая теорию. Если бы наблюдение дало 27 Кельвинов вместо 2,7 Кельвинов для температуры, то в каталог было бы внесено 27 Кельвинов. Или 0,27 Кельвинов. Или вообще что-нибудь».
- Хойл, 1994 [33]
Вместе с Нарликаром Хойл в 1960-х годах разработал теорию частиц — теорию гравитации Хойла-Нарликара . Она делала предсказания, которые были примерно такими же, как общая теория относительности Эйнштейна , но включала в себя принцип Маха , который Эйнштейн пытался, но не смог включить в свою теорию. Теория Хойла-Нарликара не проходит несколько тестов, в том числе на соответствие микроволновому фону. Это было мотивировано их верой в стационарную модель Вселенной.
В последние годы своей жизни Хойл стал ярым критиком теорий абиогенеза , объясняющих происхождение жизни на Земле. Вместе с Чандрой Викрамасингхе Хойл выдвинул гипотезу о том, что первая жизнь на Земле зародилась в космосе, распространившись по Вселенной через панспермию , и что на эволюцию на Земле влияет постоянный приток вирусов , прибывающих через кометы . Его вера в то, что кометы содержат значительный процент органических соединений , намного опередила его время, поскольку в 1970-х и 1980-х годах преобладала точка зрения о том, что кометы в основном состоят из водяного льда, а присутствие органических соединений тогда было весьма спорным. Викрамасингхе писал в 2003 году: «В крайне поляризованной полемике между дарвинизмом и креационизмом наша позиция уникальна. Хотя мы не присоединяемся ни к одной из сторон, обе стороны относятся к нам как к противникам. ибо выход из кризиса еще не рассмотрен». [34]
Хойл и Викрамасингхе привели несколько примеров, когда, по их словам, вспышки болезней на Земле имеют внеземное происхождение, включая пандемию гриппа 1918 года , а также некоторые вспышки полиомиелита и коровьего бешенства . Что касается пандемии гриппа 1918 года, они предположили, что кометная пыль принесла вирус на Землю одновременно в нескольких местах — точка зрения, которую почти повсеместно отвергают эксперты по этой пандемии. В 1982 году Хойл представил «Эволюцию из космоса» на комплексной лекции Королевского института. Рассмотрев то, что он считал очень отдаленной возможностью земного абиогенеза, он пришел к выводу:
Если действовать в этом вопросе прямо и прямо, не отвлекаясь страхом навлечь на себя гнев научного мнения, то придешь к выводу, что биоматериалы с их удивительной мерой порядка должны быть результатом разумного замысла . Никакой другой возможности я не мог придумать...
— Фред Хойл [35]
Опубликованный в 1982/1984 годах в книге «Эволюция из космоса » (в соавторстве с Чандрой Викрамасингхе) Хойл подсчитал, что шанс получить необходимый набор ферментов даже для простейшей живой клетки без панспермии составляет один к 10 40 000 . Поскольку число атомов в известной Вселенной по сравнению с этим бесконечно мало (10 80 ), он утверждал, что Землю как место зарождения жизни можно исключить. Он утверждал:
Представление о том, что не только биополимер , но и рабочая программа живой клетки может быть получена случайно в первозданном органическом супе здесь, на Земле, является, очевидно, нонсенсом высокого порядка.
Хотя Хойл и объявил себя атеистом, [36] это очевидное указание на направляющую руку привело его к выводу, что «сверхинтеллект баловался с физикой, а также с химией и биологией, и... не существует слепых сил, о которых стоит говорить». о природе». [37] Далее он сравнил случайное появление даже самой простой клетки без панспермии с вероятностью того, что «торнадо, пронесшийся по свалке, мог бы собрать Боинг 747 из содержащихся в ней материалов» и сравнил вероятность получения даже один функционирующий белок , случайное сочетание аминокислот в солнечной системе, полной слепых, одновременно решающих кубики Рубика . [38] Это известно как « торнадо на свалке », [39] или «заблуждение Хойла». Те, кто защищает философию разумного замысла (ID), иногда цитируют работы Хойла в этой области, чтобы поддержать утверждение о том, что Вселенная была точно настроена , чтобы сделать возможной разумную жизнь.
Хотя Хойл пользовался большим уважением за свои работы по нуклеосинтезу и популяризации науки, он занимал позиции по широкому кругу научных вопросов, которые прямо противоречили преобладающим теориям научного сообщества. [3] Пол Дэвис описывает, как он «любил свою индивидуалистическую личность и презрение к ортодоксальности», цитируя слова Хойла: «Мне все равно, что они думают» о его теориях о противоречивом красном смещении, и «лучше быть интересным и неправильным». чем скучно и правильно». [40]
Хойл часто выражал гнев против лабиринтов и мелочной политики в Кембридже и часто враждовал с членами и учреждениями всех уровней британского астрономического сообщества, что привело к его отставке из Кембриджа в сентябре 1971 года из-за того, как, по его мнению, на замену был выбран Дональд Линден-Белл. уходящий на пенсию профессор Родерик Оливер Редман за его спиной. [41] По словам биографа Саймона Миттона , Хойл был удручен, потому что чувствовал, что его коллеги в Кембридже не поддерживают его. [3]
В дополнение к своим взглядам на теорию устойчивого состояния и панспермию, Хойл также поддерживал следующие спорные гипотезы и предположения:
Хойл также оказался в центре двух несвязанных споров, связанных с политикой выбора лауреата Нобелевской премии по физике . Первое произошло, когда в 1974 году премия частично досталась Энтони Хьюишу за ведущую роль в открытии пульсаров. Хойл сразу же сделал непринужденное замечание репортеру в Монреале: «Да, настоящим первооткрывателем была Джоселин Белл , а не Хьюиш, который был ее руководителем, поэтому ее следовало включить». Это замечание получило широкое международное освещение. Обеспокоенный тем, что его могут неправильно понять, Хойл тщательно [48] составил объяснительное письмо в «Таймс» . [23]
Премия 1983 года частично досталась Уильяму Альфреду Фаулеру «за теоретические и экспериментальные исследования ядерных реакций, важных для формирования химических элементов во Вселенной». несмотря на то, что Хойл был изобретателем теории нуклеосинтеза в звездах, опубликовав две исследовательские работы [49] вскоре после Второй мировой войны. Поэтому возникло некоторое подозрение, что Хойлу было отказано в третьей части этой премии из-за его предыдущего публичного несогласия с наградой 1974 года. [50] Британский учёный Гарри Крото позже сказал, что Нобелевская премия — это не просто награда за работу, но и признание общей репутации учёного, а поддержка Хойлом многих сомнительных и опровергнутых идей, возможно, лишила его законной силы. [23] [51] Редактор журнала Nature Джон Мэддокс назвал «позорным» то, что Фаулер был награжден Нобелевской премией, а Хойл — нет. [51]
Хойл появился в серии радиопередач по астрономии для BBC в 1950-х годах; [52] они были собраны в книге «Природа Вселенной» , [53] и он написал ряд других научно-популярных книг.
В пьесе Sur la Route de Montalcino персонаж Фреда Хойла противостоит Жоржу Леметру во время вымышленного путешествия в Ватикан в 1957 году .
Хойл также появился в короткометражном фильме 1973 года « Возьми мир с другой точки зрения ». [55]
В телевизионном фильме 2004 года «Хокинг» Фреда Хойла играет Питер Ферт . В фильме Стивен Хокинг (которого играет Бенедикт Камбербэтч ) публично обвиняет Хойла на лекции Королевского общества летом 1964 года по поводу ошибки, которую он обнаружил в своей последней публикации.
Награды
Названный в его честь
Коллекция Фреда Хойла в библиотеке колледжа Сент-Джонс содержит «пару прогулочных ботинок, пять коробок с фотографиями, два ледоруба, несколько стоматологических рентгеновских снимков, телескоп, десять больших кинолент и неопубликованную оперу» в дополнение к 150 коробкам с документами. бумаг. [62]
Хойл также писал научную фантастику . В его первом романе «Черное облако » самая разумная жизнь во Вселенной принимает форму межзвездных газовых облаков; они с удивлением узнают, что разумная жизнь также может формироваться на планетах . Он написал телесериал « А значит Андромеда» , который также был опубликован как роман. Его пьеса «Ракеты в Большой Медведице» была поставлена в Театре «Русалочка» в 1962 году.
Большинство из них независимы друг от друга. «Прорыв Андромеды» — продолжение « А значит Андромеда» , а «В самый глубокий космос» — продолжение « Ракеты в Большой Медведице ». Четыре книги «Божьи коровки» предназначены для детей.
Некоторые рассказы сборника «Элемент 79» являются фэнтезийными, в частности «Добро пожаловать в город проскальзывания» и «Суд Афродиты». Оба представляют мифологических персонажей.
The Telegraph (Великобритания) назвала его «мастерским» писателем-фантастом. [32]
По словам Хойла: «Я атеист, но что касается взрыва мира в ядерной войне, я говорю им не беспокоиться».
