Сэр Фред Хойл FRS (24 июня 1915 г. – 20 августа 2001 г.) [1] был английским астрономом , который сформулировал теорию звездного нуклеосинтеза и был одним из авторов влиятельной статьи B 2 FH . Он также придерживался спорных позиций по другим научным вопросам, в частности, его неприятие теории « Большого взрыва » (термин, придуманный им на радио BBC ) в пользу « стационарной модели » и его продвижение панспермии как источника жизни на Земле. [3] [4] [5] Он провел большую часть своей трудовой жизни в колледже Святого Иоанна в Кембридже и был директором-основателем Института теоретической астрономии в Кембридже.
Хойл также писал научно-фантастические романы, рассказы и радиопьесы, был соавтором телевизионных сериалов 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 был скрипачом и работал в торговле шерстью в Брэдфорде , а также 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 Эммануэля в Кембридже . [8] В юности он пел в хоре в местной англиканской церкви. [9] [10]
В 1936 году Хойл разделил премию Мэйхью с Джорджем Стэнли Рашбруком .
В конце 1940 года Хойл покинул Кембридж, чтобы отправиться в Портсмут , чтобы работать в Адмиралтействе над радиолокационными исследованиями, например, разрабатывая метод получения высоты приближающихся самолетов. Он также был назначен ответственным за меры противодействия радиолокационным орудиям, обнаруженным на Graf Spee после его затопления в Ривер-Плате . [11] Британский радиолокационный проект был крупномасштабной операцией и, вероятно, 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 эти трое много дискутировали по космологии. Работа над радаром включала в себя несколько поездок в Северную Америку, где он воспользовался возможностью посетить астрономов. Во время одной поездки в США он узнал о сверхновых в Калтехе и Маунт-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 было интуитивное предчувствие: «Я сделаю себе имя, если это сработает» (он опубликовал свою пророческую и новаторскую работу в 1954 году). Он также сформировал группу в Кембридже, исследующую звездный нуклеосинтез в обычных звездах, и был обеспокоен скудностью звездного производства углерода в существующих моделях. Он заметил, что один существующий процесс стал бы в миллиард раз более продуктивным, если бы ядро углерода-12 имело резонанс при 7,7 МэВ, но ядерные физики в то время упустили такое наблюдаемое значение. Во время другой поездки он посетил группу ядерной физики в Калтехе, провел там несколько месяцев отпуска и убедил их вопреки их скептицизму найти состояние Хойла в углероде-12, на основе которого была разработана полная теория звездного нуклеосинтеза , написанная в соавторстве с Хойлом и членами группы Калтеха. [12]
В 1945 году, после окончания войны, Хойл вернулся в Кембриджский университет в качестве лектора в колледже Святого Иоанна в Кембридже (где он был научным сотрудником с 1939 года). [13] Кембриджские годы Хойла, 1945–1973, стали временем его восхождения на вершину мировой теории астрофизики на основе поразительной оригинальности идей, охватывающих широкий спектр тем. В 1958 году Хойл был назначен профессором астрономии и экспериментальной философии имени 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 это учреждение стало одной из ведущих групп в мире по теоретической астрофизике. В 1971 году его пригласили прочитать лекцию памяти Макмиллана в Институте инженеров и судостроителей в Шотландии . Он выбрал предмет «Астрономические инструменты и их конструкция». [14] Хойл был посвящен в рыцари в 1972 году.
Хотя Хойл занимал два почетных поста, к 1972 году он был недоволен своей жизнью в Кембридже. Спор по поводу выборов на профессорскую кафедру привел к тому, что Хойл ушел с поста профессора Плюмиана в 1972 году. В следующем году он также ушел с поста директора института. Объясняя свои действия, он позже написал: «Я не вижу смысла продолжать стычки на поле битвы, где я никогда не смогу надеяться победить. Кембриджская система эффективно разработана для того, чтобы не допустить установления направленной политики — ключевые решения могут быть нарушены плохо информированными и политически мотивированными комитетами. Чтобы быть эффективным в этой системе, нужно постоянно следить за своими коллегами, почти как шпионская система Робеспьера. Если так поступать, то, конечно, мало времени остается для настоящей науки». [15]
После ухода из Кембриджа Хойл написал несколько научно-популярных и научно-фантастических книг, а также читал лекции по всему миру, отчасти для того, чтобы обеспечить себе средства к существованию. Хойл все еще был членом комитета по совместной политике (с 1967 года) на этапе планирования 150-дюймового англо-австралийского телескопа в обсерватории Сайдинг-Спринг в Новом Южном Уэльсе. Он стал председателем совета директоров англо-австралийского телескопа в 1973 году и председательствовал на его открытии в 1974 году Чарльзом, принцем Уэльским .
После отставки из Кембриджа Хойл переехал в Озёрный край и проводил время в походах по пустошам, писал книги, посещал исследовательские центры по всему миру и работал над научными идеями (которые были в основном отвергнуты). 24 ноября 1997 года во время похода по пустошам в западном Йоркшире, недалеко от дома своего детства в Гилстеде, Хойл упал в крутой овраг под названием Шипли-Глен . Его нашли примерно через 12 часов с помощью поисковых собак. Он был госпитализирован на два месяца со сломанной плечевой костью, пневмонией и проблемами с почками, вызванными переохлаждением. После этого он вступил в заметный спад, страдая от проблем с памятью и умственной гибкостью. В 2001 году он перенес серию инсультов и умер в Борнмуте 20 августа того же года.
Хойл является автором первых двух научных работ, когда-либо опубликованных по синтезу химических элементов тяжелее гелия посредством звездных ядерных реакций. Первая из них [16] в 1946 году показала, что ядра звезд будут эволюционировать до температур в миллиарды градусов, что намного горячее температур, рассматриваемых для термоядерного происхождения звездной энергии в звездах главной последовательности. Хойл показал, что при таких высоких температурах элемент железо может стать гораздо более распространенным, чем другие тяжелые элементы, из-за теплового равновесия между ядерными частицами, что объясняет высокую естественную распространенность железа. Эта идея позже будет названа e- процессом. [17] Вторая основополагающая публикация Хойла по нуклеосинтезу [18] , опубликованная в 1954 году, показала, что элементы между углеродом и железом не могут быть синтезированы посредством таких равновесных процессов. Он приписал эти элементы специфическим реакциям ядерного синтеза между распространенными компонентами в концентрических оболочках эволюционировавших массивных предсверхновых звезд. Эта поразительно современная картина является сегодня принятой парадигмой для сверхновой нуклеосинтеза этих первичных элементов. В середине 1950-х годов Хойл стал лидером группы талантливых физиков-экспериментаторов и теоретиков, которые встретились в Кембридже: Уильям Альфред Фаулер , Маргарет Бербидж и Джеффри Бербидж . 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 выпустила статью B 2 FH (известную по инициалам четырех авторов), в которой область нуклеосинтеза была организована в дополнительные ядерные процессы. Они добавили много нового материала о синтезе тяжелых элементов с помощью реакций захвата нейтронов, так называемого s-процесса и r-процесса . Статья B 2 FH стала настолько влиятельной, что на протяжении оставшейся части двадцатого века она стала цитированием по умолчанию почти всех исследователей, желающих сослаться на общепринятое происхождение теории нуклеосинтеза, и в результате новаторская статья Хойла 1954 года канула в небытие. Исторические исследования в 21 веке [19] [20] вернули статье Хойла 1954 года научную известность. Эти исторические аргументы были впервые представлены собранию экспертов по нуклеосинтезу, присутствовавших на конференции 2007 года в Калтехе, организованной после смерти Фаулера и Хойла, чтобы отпраздновать 50-ю годовщину публикации B 2 FH. По иронии судьбы, статья B 2В статье FH не рассматривалась приписывание Хойлом в 1954 году оболочек сверхновых как источника элементов между кремнием и железом, несмотря на соавторство Хойла в B 2 FH. На основании своих многочисленных личных обсуждений с Хойлом [21] Дональд Д. Клейтон приписал эту, казалось бы, необъяснимую оплошность в B 2 FH отсутствию корректуры Хойлом черновика, составленного в Калтехе в 1956 году Г. Р. Бербиджем и Э. М. Бербиджем. [22]
Вторая из статей Хойла по нуклеосинтезу также представила интересное использование антропного принципа , который тогда не был известен под этим названием. Пытаясь разработать этапы звездного нуклеосинтеза , Хойл вычислил, что одна конкретная ядерная реакция, тройной альфа-процесс , который генерирует углерод из гелия, потребует, чтобы ядро углерода имело очень специфическую резонансную энергию и спин для его работы. Большое количество углерода во Вселенной, которое делает возможным существование углеродных форм жизни любого вида, продемонстрировало Хойлу, что эта ядерная реакция должна работать. Основываясь на этом представлении, Хойл, таким образом, предсказал значения энергии, ядерного спина и четности составного состояния в ядре углерода, образованном тремя альфа-частицами (ядрами гелия), что позже было подтверждено экспериментом. [23]
Этот уровень энергии, хотя и был необходим для производства углерода в больших количествах, статистически маловероятно, что он попадет туда, где он находится в схеме уровней энергии углерода. Хойл позже писал:
Разве вы не сказали бы себе: «Какой-то сверхвычислительный интеллект, должно быть, разработал свойства атома углерода, в противном случае вероятность того, что я найду такой атом с помощью слепых сил природы, была бы совершенно ничтожной. Интерпретация фактов с точки зрения здравого смысла предполагает, что сверхинтеллект повозился с физикой, а также с химией и биологией, и что в природе нет слепых сил, о которых стоило бы говорить. Числа, которые можно вычислить на основе фактов, кажутся мне настолько подавляющими, что ставят этот вывод почти вне всякого сомнения».
— Фред Хойл [24]
Его коллега Уильям Альфред Фаулер в конечном итоге получил Нобелевскую премию по физике в 1983 году (совместно с Субраманьяном Чандрасекаром ), но оригинальный вклад Хойла был проигнорирован избирателями, и многие были удивлены, что такой выдающийся астроном не был удостоен награды. [25] Сам Фаулер в автобиографическом очерке подтвердил новаторские усилия Хойла:
Концепция нуклеосинтеза в звездах была впервые сформулирована Хойлом в 1946 году. Это дало способ объяснить существование элементов тяжелее гелия во Вселенной, в основном показав, что критические элементы, такие как углерод, могут образовываться в звездах, а затем включаться в другие звезды и планеты, когда эта звезда « умирает ». Новые звезды, образующиеся сейчас, начинаются с этих более тяжелых элементов, и еще более тяжелые элементы образуются из них. Хойл предположил, что другие более редкие элементы могут быть объяснены сверхновыми , гигантскими взрывами, которые время от времени происходят по всей Вселенной, чьи температуры и давления потребуются для создания таких элементов.
— Уильям Фаулер [26]
Не имея никаких аргументов против теории Леметра (позже подтвержденной наблюдениями Эдвина Хаббла ) о том, что Вселенная расширяется, Хойл не соглашался с ее интерпретацией. Он считал идею о том, что Вселенная имела начало, псевдонаукой , напоминающей аргументы в пользу создателя, «поскольку это иррациональный процесс, и не может быть описан в научных терминах» (см. космологический аргумент Калама ). [27] Вместо этого Хойл вместе с Томасом Голдом и Германом Бонди (с которым он работал над радаром во время Второй мировой войны ) в 1948 году начал утверждать, что Вселенная находится в «устойчивом состоянии», и сформулировал свою теорию устойчивого состояния . Теория пыталась объяснить, как Вселенная может быть вечной и по сути неизменной, в то время как галактики, которые мы наблюдаем, все еще удаляются друг от друга. Теория основывалась на создании материи между галактиками с течением времени, так что, хотя галактики и удаляются друг от друга, новые, которые возникают между ними, заполняют пространство, которое они оставляют. В результате вселенная находится в «устойчивом состоянии», подобно текущей реке: отдельные молекулы воды удаляются, но общая река остается прежней.
Теория была одной из альтернатив Большому взрыву , которая, как и Большой взрыв, согласовывалась с ключевыми наблюдениями того времени, а именно с наблюдениями Хаббла по красному смещению , и Хойл был ярым критиком Большого взрыва. Он ввел термин «Большой взрыв» в радиопередаче «Третья программа» на BBC 28 марта 1949 года. [28] Джордж Гамов и его оппоненты говорили , что Хойл намеревался высказаться уничижительно, и текст, который он читал вслух, был интерпретирован его оппонентами как «тщеславный, односторонний, оскорбительный, не достойный BBC». [29] Хойл прямо отрицал, что он оскорблял, и сказал, что это был просто яркий образ, призванный подчеркнуть разницу между двумя теориями для радиоаудитории. [30] В другом интервью BBC он сказал: «Причина, по которой ученым нравится «Большой взрыв», заключается в том, что они находятся в тени Книги Бытия. Глубоко в психике большинства ученых заложена вера в первую страницу Книги Бытия». [31]
У Хойла был известный жаркий спор с Мартином Райлом из Кавендишской радиоастрономической группы по поводу теории стационарного состояния Хойла, который несколько ограничил сотрудничество между Кавендишской группой и Кембриджским институтом астрономии в 1960-х годах. [32]
Хойл, в отличие от Голда и Бонди, предложил объяснение появления новой материи, постулируя существование того, что он назвал «полем творения», или просто «С-полем», которое имело отрицательное давление, чтобы соответствовать закону сохранения энергии и управлять расширением Вселенной. Это С-поле такое же, как и более позднее «решение де Ситтера» для космической инфляции , но модель С-поля действует намного медленнее, чем модель инфляции де Ситтера. [33] Они совместно утверждали, что непрерывное творение не более необъяснимо, чем появление всей Вселенной из ничего, хотя это должно было происходить на регулярной основе. В конце концов, растущее количество наблюдательных свидетельств убедило большинство космологов, что модель стационарного 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 стационарного состояния, он представил модифицированную версию, названную « квазистационарной космологией » (QSS), но эта теория не получила широкого признания.
Доказательства, которые привели к победе Большого взрыва над моделью стационарного состояния, включали открытие космического микроволнового фонового излучения в 1960-х годах, а также распределение «молодых галактик» и квазаров по всей Вселенной в 1980-х годах, что указывает на более последовательную оценку возраста Вселенной. Хойл умер в 2001 году, так и не приняв обоснованность теории Большого взрыва. [34]
Как в космологии большого взрыва объясняется микроволновый фон? Несмотря на то, что утверждают сторонники космологии большого взрыва, он не объяснен. Предполагаемое объяснение — это не что иное, как запись в каталоге гипотез садовника, которые составляют 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 угодно.
— Хойл, 1994 [35]
Вместе с Нарликаром Хойл разработал теорию частиц в 1960-х годах, теорию гравитации Хойла–Нарликара . Она сделала предсказания, которые были примерно такими же, как общая теория относительности Эйнштейна , но включала принцип Маха , который Эйнштейн пытался, но не смог включить в свою теорию. Теория Хойла–Нарликара не проходит несколько тестов, включая согласованность с микроволновым фоном. Она была мотивирована 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 посредством панспермии , и что эволюция на Земле происходит под влиянием постоянного притока вирусов, прибывающих через кометы . Его убеждение в том, что кометы имеют значительный процент органических соединений, значительно опередило его время, поскольку доминирующие взгляды в 1970-х и 1980-х годах состояли в том, что кометы в основном состоят из водяного льда, а наличие органических соединений тогда было весьма спорным. Викрамасингхе писал в 2003 году: «В сильно 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. Таким образом, мы являемся аутсайдерами с необычной точкой зрения, и наше предложение о выходе из кризиса еще не рассматривалось». [36]
Хойл и Викрамасингхе выдвинули несколько примеров, в которых они говорят, что вспышки заболеваний на Земле имеют внеземное происхождение, включая пандемию гриппа 1918 года и некоторые вспышки полиомиелита и коровьего бешенства . Для пандемии гриппа 1918 года они выдвинули гипотезу, что кометная пыль принесла вирус на Землю одновременно в нескольких местах — точка зрения, почти повсеместно отвергнутая экспертами по этой пандемии. В 1982 году Хойл представил «Эволюцию из космоса» для Omni Lecture Королевского института. Рассмотрев то, что он считал очень отдаленной возможностью земного абиогенеза, он пришел к выводу:
Если действовать прямо и прямолинейно в этом вопросе, не отвлекаясь на страх 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 смог придумать...
— Фред Хойл [37]
Опубликованная в 1982/1984 книгах «Эволюция из космоса» (в соавторстве с Чандрой Викрамасингхе) Хойл подсчитал, что вероятность получения необходимого набора ферментов даже для простейшей живой клетки без панспермии составляет один к 10 40 000 . Поскольку число атомов в известной нам Вселенной по сравнению с ними 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 могли быть получены случайно в первичном органическом бульоне здесь, на Земле, является, очевидно, высшей степенью абсурда.
Хотя Хойл объявил себя атеистом, [38] это очевидное предположение о направляющей руке привело его к выводу, что «сверхразум баловался с физикой, а также с химией и биологией, и ... в природе нет слепых сил, о которых стоило бы говорить». [39] Он продолжил сравнивать случайное возникновение даже самой простой клетки без панспермии с вероятностью того, что «торнадо, проносящийся по свалке, может собрать Боинг 747 из имеющихся там материалов», и сравнивал вероятность получения даже одного функционирующего белка случайным сочетанием аминокислот с солнечной системой, полной слепых людей, одновременно решающих кубик Рубика . [40] Это известно как « торнадо на свалке », [41] или «заблуждение Хойла». Сторонники философии разумного замысла (ID) иногда ссылаются на работу Хойла в этой области, чтобы поддержать утверждение о том, что Вселенная была точно настроена , чтобы сделать возможной разумную жизнь.
Хотя Хойл пользовался уважением за свои работы по нуклеосинтезу и популяризации науки, он занимал позиции по широкому кругу научных вопросов, которые находились в прямой оппозиции к преобладающим теориям научного сообщества. [3] Пол Дэвис описывает, как он «любил его независимую личность и презрение к ортодоксальности», цитируя Хойла, который сказал: «Мне все равно, что они думают» о его теориях о противоречивом красном смещении, и «лучше быть интересным и неправым, чем скучным и правым». [42]
Хойл часто выражал гнев против запутанной 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, Дональд Линден-Белл был выбран на замену уходящему на пенсию профессору Родерику Оливеру Редману за его спиной. [43] 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 не связанных между собой противоречий, связанных с политикой отбора лауреатов Нобелевской премии по физике . Первое возникло, когда в 1974 году премия частично досталась Энтони Хьюишу за его ведущую роль в открытии пульсаров. Хойл сделал импровизированное замечание репортеру в Монреале: «Да, Джослин Белл была фактическим первооткрывателем, а не Хьюиш, который был ее руководителем, поэтому ее следовало включить». Это замечание получило широкое международное освещение. Обеспокоенный тем, что его неправильно поймут, Хойл тщательно [50] составил письмо с объяснением для The Times . [25]
Премия 1983 года частично досталась Уильяму Альфреду Фаулеру «за его теоретические и экспериментальные исследования ядерных реакций, имеющих значение для образования химических элементов во Вселенной», несмотря на то, что Хойл был изобретателем теории нуклеосинтеза в звездах с двумя исследовательскими работами [51], опубликованными вскоре после Второй мировой войны. Поэтому возникло подозрение, что Хойлу было отказано в третьей части этой премии из-за его более раннего публичного несогласия с наградой 1974 года. [52] Британский ученый Гарри Крото позже сказал, что Нобелевская премия — это не просто награда за часть работы, а признание общей репутации ученого, и отстаивание Хойлом многих сомнительных и опровергнутых идей могло лишить его всякой чести. [25] [53] В журнале Nature редактор Джон Мэддокс назвал «позорным» то, что Фаулер был награжден Нобелевской премией, а Хойл — нет. [53]
В 1950-х годах Хойл принял участие в серии радиопередач по астрономии для BBC ; [54] они были собраны в книге «Природа Вселенной» [55] , а затем он написал ряд других научно-популярных книг.
В пьесе «По дороге в Монтальчино » персонаж Фреда Хойла сталкивается с Жоржем Леметром во время вымышленного путешествия в Ватикан в 1957 году. [56]
Хойл появился в короткометражном фильме 1973 года « Взгляните на мир с другой точки зрения» . [57]
В телефильме 2004 года «Хокинг » Фреда Хойла играет Питер Фёрт . В фильме Стивен Хокинг (которого играет Бенедикт Камбербэтч ) публично противостоит Хойлу на лекции в Королевском обществе летом 1964 года по поводу ошибки, которую он обнаружил в своей последней публикации.
Награды
Назван в его честь
Коллекция Фреда Хойла в библиотеке колледжа Святого Иоанна содержит «пару ботинок для ходьбы, пять коробок с фотографиями, два ледоруба, несколько рентгеновских снимков зубов, телескоп, десять больших кинопленок и неопубликованную оперу», а также 150 коробок с документами. [64]
Хойл также писал научную фантастику . В своем первом романе «Черное облако » большая часть разумной жизни во Вселенной принимает форму межзвездных газовых облаков; они с удивлением узнают, что разумная жизнь может также формироваться на планетах . Он написал телесериал « A for Andromeda» , который также был опубликован в виде романа. Его пьеса «Ракеты в Большой Медведице» была профессионально поставлена в Театре Русалки в 1962 году.
Большинство из них независимы друг от друга. Andromeda Breakthrough — продолжение A for Andromeda , а Into Deepest Space — продолжение Rockets in Ursa Major . Четыре книги Ladybird предназначены для детей.
Некоторые рассказы сборника Element 79 являются фэнтези, в частности «Welcome to Slippage City» и «The Judgement of Aphrodite». Оба вводят мифологических персонажей.
Газета The Telegraph (Великобритания) назвала его «мастерским» писателем-фантастом. [34]
: «Я атеист, но что касается взрыва мира в ядерной войне, я говорю им, чтобы они не беспокоились».
