Фримен Дайсон. Сферический учёный в вакууме

Наука — это всегда творчество. Это поиск новых решений и игра воображения. Без всего этого сухая логика бесполезна. Однако порой фантазия способна даже самый блестящий, самый строгий ум завести в неведомые, космические дали.

Фримен Дайсон — знаменитый учёный, который придумал поистине фантастический научный концепт. Этот концепт известен больше, чем создатель, хотя и носит его имя. Это одна из самых масштабных конструкций, когда-либо предложенных человеком. Это сфера Дайсона.

Бог — это разум, переросший границы нашего понимания.
Фримен Дайсон

Золотой мальчик

Фримен Джон Дайсон родился 15 декабря 1923 года в маленьком английском городке Кроуторн (графство Беркшир). Он был вторым ребёнком известного композитора Джорджа Дайсона, которого в 1941 году посвятили в рыцари, и социального работника Милдред.

Респектабельная семья жила обеспеченно, не нуждаясь в деньгах. Юный Фримен уже в раннем возрасте выказывал талант к математике и вычислениям, и в восемь лет его отправили в школу-интернат в Твайфорд. Там Фримен проводил большую часть времени, появляясь дома лишь на каникулах. По сути, мальчик был предоставлен сам себе, но в те времена это было нормой.

Фримен Дайсон в возрасте десяти лет

В отличие от многих выдающихся учёных, Дайсон не испытывал никаких трудностей с учёбой — сказалась привитая матерью любовь к чтению. А вот со сверстниками мальчик не особо ладил. По словам Дайсона, в школе балом правили спортсмены, обожавшие тереть всем подряд лицо наждачкой. Поэтому он предпочитал проводить время в одиночестве, сидя где-нибудь на дереве и читая романы Жюля Верна и Фрэнка Баума. Но со временем он всё же обзавёлся друзьями — такими же детьми, которые увлекались фантастическими историями и мечтали воплотить их в жизнь. Тогда же Дайсон решил связать жизнь с наукой, которая с тех пор всегда ассоциировалась у него со свободой и дружбой.

Композитор сэр Джордж Дайсон.

 По словам Фримена, произведения его отца до сих пор

приносят больше денег, чем все сочинения учёного

В двенадцать лет Дайсону повезло: отца пригласили преподавать музыку в престижный Винчестерский колледж, куда он забрал и сына. Отцовское положение, правда, не принесло Фримену поблажек — ему пришлось выдержать тяжёлый экзамен, который он сдал с блеском.

В Винчестере Дайсон продолжил заниматься математикой. Он проводил многие часы в обширной библиотеке, читая в оригинале французские и немецкие математические труды, а также тексты профессора Виноградова, посвящённые теории чисел.

Вторую мировую войну пятнадцатилетний Дайсон встретил едва ли не с восторгом. Причиной тому был юношеский максимализм. «Слыша звуки взрывов, я чувствовал: это рушится Британская империя зла», — говорил он. В 1943 году Дайсон, едва закончив колледж, пошёл работать в королевские ВВС. Работа у него была специфическая — он вычислял наиболее эффективное и безопасное расположение пилотов в кабинах самолётов. Правда, все его труды оказались напрасными: военные почти не пользовались результатами его исследований, по привычке доверяясь устаревшему опыту.

После окончания войны Фримен ещё два года работал на родине. Однако он сомневался, что сможет реализовать себя в депрессивной послевоенной Англии. И в 1947 году Дайсон переехал в США — страну Оппенгеймера, Шрёдингера и Эйнштейна. Помимо желания поучаствовать в чём-то по-настоящему прогрессивном и масштабном, у него, по словам сестры, был ещё один мотив — Дайсон жаждал обрести самостоятельность, выйти из тени знаменитого отца. Такие авантюры редко заканчиваются чем-то хорошим… Но исключения всё же случаются.

Блестящий ум

Большинство книг Дайсона не выходили на русском языке

Дайсон любил слушать репортажи BBC о жизни в США. И, как это ни удивительно, Америка действительно оказалась такой, как описывали: страной необычайного подьёма, в том числе и научного.

По прибытии Фримен устроился соискателем докторской степени в Корнелльский университет. Там он попал под патронаж Ханса Бете — одного из самых известных физиков того времени. Бете быстро понял, что ему в ученики достался нетривиальный ум. Вскоре Ханс порекомендовал Фримену отправиться в ежегодную летнюю школу для физиков в Анн-Арборе — пятинедельный праздник науки, где молодые учёные могли послушать лекции легендарных физиков и даже поспорить с ними. Там Дайсон встретил Ричарда Фейнмана, одного из создателей американской атомной бомбы.

Обложка и фрагмент неопубликованного фантастического рассказа,

который Дайсон писал в детстве

Фейнман, который был старше Дайсона всего на пять лет, уже был знаменитостью в мире квантовой электродинамики. В 1948 году он предложил метод так называемых диаграмм Фейнмана, которые описывали взаимодействие фермионов (квантов материи) и бозонов (квантов поля) в координатах пространства-времени. Диаграммы позволили создать современную модель квантовой физики. Но один из патриархов тогдашней физики, Роберт Оппенгеймер, отклонил диаграммы Фейнмана. Но Дайсон был уверен в их правильности и в 1949 году опубликовал работу, в которой смог математически обосновать выкладки Фейнмана, чем впервые заслужил серьёзное признание.

В 1951 году Дайсон стал профессором физики в Корнелле. При этом молодой учёный на тот момент ещё даже не получил докторскую степень — исключительный случай. Впрочем, преподавал он там всего два года. В 1953 году Роберт Оппенгеймер предложил ему пожизненное назначение в Институте перспективных исследований в Принстоне — месте, где провёл последние годы жизни Альберт Эйнштейн. Оппенгеймер обещал молодому учёному полную свободу: он мог заниматься любой областью, которая его интересовала. Дайсон предложение принял — и преподавал там вплоть до 1994 года, а после остался почётным профессором. За это время он успел поработать над теорией резонансного парамагнитного поглощения излучения металлами и над теориями магнетизма и энергетического распределения ядер. Он опубликовал множество трудов по космологии, философии и футурологии, получил немало премий — Нобелевская, правда, всё же обошла великого учёного стороной. И успел, конечно, обзавестись семьёй — со своей второй супругой Имме он живёт и по сей день, у него 6 детей и уже 16 внуков.

Еретик

В последние годы Дайсон активно занялся популяризацией науки. Несколько лет назад он, несмотря на солидный возраст, исколесил полмира с серией лекций, в которых излагал свои мысли по некоторым проблемам, стоящим перед человечеством. Сам он с гордостью называет свои тезисы «ересями», а себя — еретиком от науки.

Знакомые отмечают, что Дайсон отличается довольно скромным,

даже застенчивым характером

Первая ересь посвящена многострадальному глобальному потеплению. Дайсон не первый, кто говорит о том, что масштабы проблемы сильно раздуты, равно как и роль человечества в «надвигающийся катастрофе». Он, впрочем, оговаривается: разумеется, бесследно для человечества потепление не пройдёт. Но гораздо важнее решить, например, проблемы перенаселения и бедности. А потепление приходит и уходит — и роль человека в нём незначительна.

Вторая ересь — климатические циклы. Дайсон обращает внимание на Сахару, в которой сохранились многочисленные артефакты из прошлого — причём достаточно качественные. Еретик напоминает, что 6000 лет назад Сахара была влажной — да и в целом климат был совсем другим. Собственно, ересь заключается в том, что Дайсон считает тот давний, более тёплый и влажный климат лучше, нежели нынешний.

Чтобы на Земле стало жарче, Дайсон призывает усиливать концентрацию углекислого газа в атмосфере — то, против чего выступают защитники природы. Это бы как минимум увеличило размеры потенциальных сельскохозяйственных угодий за счёт той же Сахары или сибирской тундры, которая была цветущим раем.

Третья ересь — расцвет биоинженерии. Дайсон утверждает, что у людей полно стереотипов о генной инженерии, подобных давнишним стереотипам о компьютерах — мол, это всё дорого, громоздко, непонятно и нужно только кучке учёных. Но так будет не всегда, и люди должны быть к этому готовы. Индустрия идёт вперёд семимильными шагами. Фримен даже предсказывает создание биоигр — они будут похожи на современные видеоигры, только с настоящими семенами. Играя, ребёнок будет проводить селекцию и видеть рост растения в реальном времени. В конечном счёте генная инженерия может привести к изменению человека как такового… но об этом — следующая ересь.

Четвёртая ересь — о сути эволюции и биологии человека. Дайсон утверждает, что человечество вскоре вернётся к изначальным механизмам эволюции «додарвиновской эпохи». Тогда не существовало отдельных видов и на клеточном уровне царил эдакий коммунизм — все обменивались данными и не отличались друг от друга. Но внезапно некая клетка шагнула на новый уровень — и отказалась делиться с другими, образовав первый вид. Так вот, по мнению учёного, скоро всё изменится — человечество и всё живое вновь станут единым целым. А помогут нам в этом генетика и биоинформатика.

Дайсон проводит аналогию с компьютерной индустрией. Мол, когда-то индустрия была полностью открыта, пока одна компания не закрыла свои исходники. Однако сама суть программного обеспечения, по мнению учёного, предполагает open source. И что-то похожее должно случиться с эволюцией.

Пятая ересь посвящена ядерному оружию. Дайсон — известный пацифист и сторонник всеобщего разоружения. Учёный настаивает, что ядерное (а также биологическое) оружие лишь повышает напряжённость в мире, а не приводит к сдерживанию, как гласит распространённое мнение.

К этим «ересям» у многих в лучшем случае снисходительное отношение. Дайсону уже за девяносто, его последние серьёзные свершения были полвека назад — ну, выжил дедушка из ума, будем терпимыми. Накопление углекислого газа нам поможет — ну он выдал!

Сын Дайсона, Джордж, — известный историк науки

(Фото: Jacob Appelbaum / Flickr / CC BY-SA)

Но Дайсону все эти идеи пришли в голову не случайно. Это определённо не тот случай, когда человек пытается зацепиться за славу и ещё раз попасть в ленту новостей. Про пришествие биотехнологий и ядерное оружие Дайсон писал ещё в 1980-х — например, в книгах Infinite in All Directions («Бесконечный по всем направлениям») и Weapons and Hope («Оружие и надежда»).

Он сам признаётся, что не может назвать себя экспертом во всех областях. «Я не утверждаю, что эти еретические идеи истинны, — говорит сам Дайсон. — Но обдумывать их совсем не вредно». В этом, возможно, и заключается секрет его долголетия — как физического, так и умственного: Фримену интересно буквально всё, он подходит к любой теме так ответственно, словно собирается посвятить ей всю жизнь.

Физик Марвин Гольдбергер рассказывал, что для Дайсона, кажется, не было задачи, которую он не мог бы решить. Однажды Марвин работал над невероятно запутанным интегральным уравнением. Рядом проходил Дайсон и, разумеется, заинтересовался задачей. Он честно признался, что никогда не видел ничего подобного, но принёс решение уже через двадцать минут. Позже это решение вывели другие учёные — и уравнение носит их имя. Фримен никогда не гнался за славой или признанием — он просто решал интересные задачи.

«Я до сих пор не могу себе представить, как можно думать с такой скоростью и такой математической чёткостью. На его фоне все остальные казались заторможенными. Такому нельзя научиться. По крайней мере, я так точно не могу», — говорил Гольдбергер.

Проект «Орион»

Один из знаменитых, но нереализованных проектов, в которых был занят Дайсон, — проект космического корабля, который двигался бы с помощью ядерных взрывов. В США над «Орионом» начали работать после того, как был запущен советский спутник. Первые «Орионы» планировалось запустить уже в 1968 году — но в итоге, как известно, NASA выбрало менее сложный и опасный вариант ракет на химической тяге. Об истории проекта сын Фримена, историк науки Джордж Дайсон, написал целую книгу.

Космический колосс

В общем, учёный Дайсон, вне всяких сомнений, выдающийся. Но выдающихся учёных много, а вот учёных, которые придумали настоящую Идею с большой буквы, мало. И тут мы подходим к той задумке, благодаря которой Дайсон получил известность. Безусловно, это сфера Дайсона.

Идею этой конструкции Дайсон подглядел в фантастической книге Олафа Стэплдона «Создатель звёзд». В ней автор описывает путешествие по всей Вселенной, множество различных рас, обществ и организаций. Помимо прочего, Степлдон упоминает гигантскую конструкцию, расположенную вокруг звезды.

Дайсон вдохновился этим образом и в 1960 году предложил идею такой сферы в работе «Поиск искусственных звёздных источников инфракрасного излучения». Учёный предположил, что со временем энергетические потребности любой достаточно развитой цивилизации становятся настолько высокими, что существует лишь одна возможность их удовлетворить. А именно — постройка вокруг ближайшей звезды колоссальной конструкции, которая с помощью батарей и фотоэлементов могла бы поглощать и накапливать практически всю энергию светила.

Такая мегаструктура должна стать заметным источником инфракрасного излучения, который достаточно легко обнаружить. В 1960-х с идеей поиска внеземной жизни было связано много надежд. Уже был начат поиск радиосигналов — Фримен предложил ещё один метод.

Дайсон сразу говорил, что его идея — гипотетическая и в любом случае связана с отдалённым будущим. Он не ставил задачу разработать способ постройки такой сферы. Он, как и всегда, просто руководствовался правилом «обдумывать это совсем не вредно».

Но многим тут же пришёл в голову вопрос: может ли человечество построить такую сферу? И можно ли вообще её построить?

Радиус гипотетической сферы вокруг, например, Солнца (далеко не самой большой звезды) будет приблизительно равен одной астрономической единице (150 миллионов километров). Внутри сферы оказалось бы не только Солнце, но и Меркурий с Венерой.

Разумеется, сразу возникает масса вопросов. Где взять настолько прочный материал? Сколько времени займёт постройка?

И если на вышеперечисленное можно ответить туманное «ну, технологии будущего, что-нибудь да придумают», то другие проблемы упираются уже в законы физики.

Сфера Дайсона

Главная проблема — гравитация. Крест на идее монолитной конструкции поставил ещё Ньютон, доказав теорему о полой сфере. Согласно ей, внутри симметричной оболочки силы гравитации взаимно исключаются, поэтому тело находится в невесомости.

В итоге сфера начнёт дрейфовать и может просто «наехать» на звезду, что обернётся полной катастрофой. Конечно, конструкцию можно удерживать, скажем, с помощью двигателей, — но представьте, сколько энергии потребуется для постоянных манёвров! Другая проблема — температура. На поверхности сферы она может достигать сотни градусов Цельсия — многовато для комфорта. Земля охлаждается за счёт атмосферы и вращения, у сферы не будет ни того, ни другого. Выхода два: или тратить колоссальное количество энергии на охлаждение, или расширять радиус конструкции.

Ещё одна сложность — материал. В 2012 году глава совета директоров американского Института этики и новых технологий (IEET) Джордж Дворски заявил, что человечество вполне может построить сферу в ближайшие пятьдесят лет. Он предложил взорвать Меркурий, а полученный материал, собственно, и пустить на стройку века.

Тезисы Дворски предсказуемо подверглись критике. Вопросов масса — начиная с «как, собственно, человечество взорвёт Меркурий» до «как вы будете передавать полученную от Солнца энергию на Землю».

Кольцо диаметром 1 а.е. —

простейшая форма структуры Дайсона

Но главное — массы Меркурия банально не хватит для строительства сферы радиусом в 1 астрономическую единицу. По некоторым подсчётам, во всей Солнечной системе не хватит вещества для строительства устойчивой конструкции — оболочка будет толщиной буквально в несколько сантиметров. Какой-нибудь шальной астероид, и…

Чтобы решить эти проблемы, Дайсон предложил новые концепции. Он описал сразу несколько мегаструктур (первоначальная идея получила название «оболочка Дайсона»), в которых уже нет ничего откровенно невозможного или противоречащего законам физики.

Рой, или скопление Дайсона — это система, состоящая из огромного числа независимых друг от друга спутников, которые плотно «облепляют» звезду, двигаясь по орбите вокруг неё. Главная сложность заключается в контроле над спутниками — ведь нужно следить за тем, чтобы они не столкнулись, не сошли с орбиты и держали дистанцию между собой.

Рой, или скопление Дайсона

Пузырь Дайсона очень похож на рой — с одним отличием: если рой пребывает в непрерывном движении, то пузырь, наоборот, статичен. В концепции Пузыря звезда окружена множеством гигантских солнечных парусов, которые остаются на месте из-за влияния солнечного ветра. Проблема с контролем над движением исчезает, но появляется другая — спутники должны быть крайне лёгкими и при этом большими.

Пузырь Дайсона

Bubbleworld (дословно — мир-пузырь) — это необычная вариация космической колонии, которая тоже построена вокруг огромной сферы, наполненной водородом (подойдёт и газовый гигант). По её периметру располагается жизненная оболочка, нагреваемая шаром, — с почвой, воздухом и водой.

Сеть Дайсона — протянутое от планеты к звезде огромное сплетение кабелей и проводов с фотоэлементами, которые поглощают и передают энергию светила.

Как бы то ни было, сферу Дайсона всё ещё ищут многие исследователи по всему миру — например, в рамках проекта SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence), направленного на поиск инопланетных цивилизаций.

В 2015 году астрономы зафиксировали странное поведение звёзды KIC 8462852 — её светимость на протяжении различных промежутков времени (от 5 до 80 дней) падала на величину до 22%, будто бы её что-то загораживало. Одна из гипотез объясняла феномен наличием вокруг звезды искусственного сооружения по типу роя Дайсона. Впрочем, есть и другие версии.

Древо Дайсона

Древо Дайсона

Dyson Tree — это действительно дерево, но не совсем обычное. Во-первых, оно должно быть создано с нуля с помощью биоинженерии. Во-вторых, расти оно будет вовсе не в лесу. Такие деревья нужно высаживать на кометы, чтобы создать на них атмосферу, пригодную для человеческой жизни. Дайсон верит, что внеземную жизнь сначала обнаружат не на планете или спутнике, а на комете или астероиде. И даже поставил на это 2000$ на сайте longbets.org, созданном для заключения бессрочных пари.

Вдохновитель

Несомненно, самое известное произведение, где видно влияние Дайсона, — роман Ларри Нивена «Мир-кольцо». Нивен описал гигантское кольцо (радиусом в миллионы километров), которое вращается вокруг звезды для создания гравитации и окружено по краям тысячекилометровой стеной для удержания атмосферы. Со временем идея мира-кольца зажила отдельной жизнью, даже затмив прародителя.

Забор Дайсона из «Футурамы»,

призванный защищать Солнечную систему от нелегальных иммигрантов

С обнаружения объектов, похожих на сферы Дайсона, начинается роман «Звезда Пандоры» Питера Гамильтона. Сфера упоминается в «Восходе Эндимиона» Дэна Симмонса, встречается в «Жизненном пространстве» отечественного фантаста Андрея Ливадного. Полный список включает несколько десятков произведений!

Пожалуй, крупнейший фантаст, который касался этой темы, — Станислав Лем. Правда, он не стал вводить её в свои книги, а прошёлся по ней катком критики. В сборнике эссе «Сумма технологии» польский фантаст разносит сферу в пух и прах, называя её скорее «курьёзом, а не концептом». Его критика справедлива во всём, кроме одного. Лем пишет: «Дайсон так убеждён в неизбежности создания «околосолнечных сфер», что предлагает начать поиск их в космосе…» Но, как мы знаем, Дайсон ни в чём не был убеждён — он лишь предложил пищу для ума.

Сфера Дайсона вблизи.

Кадр из сериала «Звёздный путь: Новое поколение»

Сфера Дайсона хорошо прижилась в игровой индустрии. На неё можно наткнуться в игре Freelancer. В сферу забирают главного героя игры Prey. В классической стратегии Сида Мейера Alpha Centauri сооружение сферы считается одним из вариантов победы. На поздних этапах её можно построить в играх серии Space Empires. Её возводят геты из Mass Effect, побывать внутри неё можно в одной из сюжетных веток отечественной стратегии «Звёздные волки: Гражданская война». А в замечательной игре Euphloria (которая на ранних этапах называлась Dyson) можно вырастить древо Дайсона. Вот в кино Дайсону не повезло — там ни сфера, ни прочие его концепты практически не встречаются. Можно вспомнить разве что серию «Звёздного пути» 1992 года. Это, впрочем, объяснимо — конструкцию такого масштаба слишком сложно показать реалистично.

Лягушка в крынке

Дайсон говорил: 

«Бывают учёные-птицы, а бывают и учёные-лягушки. Птицы парят в вышине и обозревают обширные пространства математики. Лягушки же копошатся в грязи и видят только растущие поблизости цветы. Для них наслаждение — разглядывать конкретные объекты».

Торт Дайсона, открытый на девяностый день рождения учёного

(Фото: Andrea Kane, Dan Komoda)

В этой классификации Дайсон относит себя к лягушкам. Это можно было бы объяснить присущей учёному скромностью, но это не совсем так. Дайсон действительно никогда не исследовал что-то целиком — он брался лишь за отдельный, интересный для него аспект, лягушкой скача от одной задачи к другой. И его совершенно не волновало, что проект в целом неосуществим, он не забивал себе голову техническими характеристиками — для него всегда на первом месте была чистая идея. Его вклад в квантовую механику, случайные матрицы и астрофизику огромен — но он, кажется, нигде не реализовал себя по максимуму, предпочитая открывать для себя всё новые и новые грани нашего мира.

Он не добился славы в массах. Имя «Фримен» больше ассоциируется с другим физиком — любителем каскадных резонансов из серии Half-Life. Дайсона же знают немногие — ему далеко до Стивена Хокинга или Нила Деграсса Тайсона, он почти не упоминается в СМИ. Если забить «Dyson» в поиск, вас встретит реклама пылесосов.

Даже в солидном возрасте Фримен Дайсон

не теряет интереса к окружающему миру

Своё самое известное «изобретение» — сферу — он никогда не считал предметом для гордости, подчёркивая, что это не его идея. Для многих других учёных это было бы даже унизительно — чтобы о тебе знали лишь по околофантастическому концепту, который даже придумал не ты!

Но идеи Фримена Дайсона вдохновляли и вдохновляют многих фантастов, художников, разработчиков игр. Его концепции заставляют людей задуматься о чём-то великом и далёком. Неосуществимом. А значит, всё идёт как надо.

Никита Морозов