Введение

Английский астроном (1915–2001), архидиакон Болтона.

Премия Мэйхью (1936)
Премия Смита (1938)
FRS (1957) был английским астрономом, сформулировавшим теорию звёздного нуклеосинтеза и являвшимся одним из авторов влиятельной работы B2FH. Он также придерживался спорных взглядов по другим научным вопросам, в частности, отвергал теорию «Большого взрыва» (термин, который он ввёл в эфире BBC Radio) в пользу «теории стационарного состояния» и поддерживал теорию панспермии как происхождение жизни на Земле. Большую часть своей карьеры он проработал в колледже Святого Иоанна Кембриджского университета и был первым директором Института теоретической астрономии в Кембридже. Хойл также писал романы в жанре научной фантастики, рассказы и радиопостановки, участвовал в создании телевизионных сериалов и был соавтором двенадцати книг вместе со своим сыном Джеффри Хойлом.

Ранние годы

Хойл родился недалеко от Бингли, в Гилстеде, в Вест-Райдинге Йоркшира, Англия. Его отец, Бен Хойл, был скрипачом и работал в шерстяной промышленности Брэдфорда, а также служил пулемётчиком в Первой мировой войне. Его мать, Мейбл Пикард, изучала музыку в Королевском музыкальном колледже в Лондоне и впоследствии работала аккомпаниатором в кинотеатрах. В юности он пел в хоре местной англиканской церкви. В 1936 году Хойл разделил премию Мэйхью с Джорджем Стэнли Рашбруком.

Карьера

В конце 1940 года Хойл покинул Кембридж, чтобы работать в Адмиралтействе в Портсмуте над исследованиями в области радиолокации, например, над разработкой метода определения высоты приближающихся самолетов. Ему также было поручено разработать меры противодействия радиолокационным орудиям, обнаруженным на "Граф Шпее" после его затопления в реке Ла-Плата. Британский радиолокационный проект был масштабной операцией и, вероятно, послужил вдохновением для крупного британского проекта в романе Хойла "Черное облако". Двумя коллегами по этой военной работе были Герман Бонди и Томас Голд, и они трое многократно обсуждали вопросы космологии. Работа над радиолокацией включала несколько поездок в Северную Америку, где он воспользовался возможностью посетить астрономов. Во время одной из поездок 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 этими процессами и начал размышлять о нуклеосинтезе сверхновых. Тогда у него возникло предчувствие: "Я прославлюсь, если это получится" (он опубликовал свою провидческую и новаторскую работу в 1954 году). Он также создал группу в Кембридже для изучения звездного нуклеосинтеза в обычных звездах и был обеспокоен недостаточным количеством углерода, производимого звездами в существующих моделях. Он заметил, что один из существующих процессов станет в миллиард раз более эффективным, если ядро углерода-12 будет иметь резонанс при 7,7 МэВ, но ядерные физики того времени не учитывали это наблюдаемое значение. Во время другой поездки он посетил группу ядерной физики в Калтехе, провел там несколько месяцев в качестве научного сотрудника и убедил их, несмотря на их скептицизм, найти состояние Хойла в углероде-12, на основе которого была разработана полная теория звездного нуклеосинтеза, соавторами которой стали Хойл и члены группы Калтеха. В 1945 году, после окончания войны, Хойл вернулся в Кембриджский университет в качестве лектора в колледже Святого Иоанна (где он был членом с 1939 года). Кембриджский период Хойла (1945–1973) ознаменовался его восхождением на вершину мировой астрофизической теории, основанным на поразительной оригинальности идей, охватывающих широкий спектр тем. В 1958 году Хойл был назначен Плумианским профессором астрономии и экспериментальной философии в Кембриджском университете. В 1967 году он стал основателем и первым директором Института теоретической астрономии (впоследствии переименованного в Институт астрономии, Кембридж), где его новаторское руководство быстро привело к тому, что это учреждение стало одним из ведущих мировых центров теоретической астрофизики. В 1971 году его пригласили выступить с мемориальной лекцией Макмиллана в Институте инженеров и судостроителей в Шотландии. Он выбрал тему "Астрономические инструменты и их конструкция". В 1972 году Хойл был посвящен в рыцари. Однако к 1972 году Хойл стал недоволен своей жизнью в Кембридже, несмотря на занимаемые им высокие должности. Разногласия по поводу избрания на профессорскую должность привели к тому, что Хойл ушел в отставку с поста Плумианского профессора в 1972 году. В следующем году он также подал в отставку с поста директора Института. Объясняя свои действия, он позже писал: "Я не вижу смысла продолжать сражаться на поле боя, где я не могу надеяться на победу. Кембриджская система эффективно разработана для того, чтобы не допустить установления четкой политики – ключевые решения могут быть сорваны некомпетентными и политически мотивированными комитетами. Чтобы быть эффективным в этой системе, нужно постоянно следить за своими коллегами, почти как в шпионской системе Робеспьера. Если так поступать, то, конечно, мало времени остается на настоящую науку". После ухода из Кембриджа Хойл написал несколько научно-популярных и научно-фантастических книг, а также читал лекции по всему миру, отчасти для обеспечения средств к существованию. Хойл оставался членом совместного политического комитета (с 1967 года) во время планирования 150-дюймового англо-австралийского телескопа в обсерватории Сайдинг-Спринг в Новом Южном Уэльсе. В 1973 году он стал председателем совета Anglo Australian Telescope и председательствовал на его открытии в 1974 году в присутствии принца Уэльского Чарльза.

Упадок и смерть

После отставки из Кембриджа Хойл переехал в Озерный край и проводил время в походах по вересковым пустошам, написанием книг, посещением исследовательских центров по всему миру и разработкой научных идей (которые в основном были отвергнуты). 24 ноября 1997 года, во время пешего похода по вересковым пустошам в Западном Йоркшире, недалеко от своего дома детства в Гилстеде, Хойл сорвался в крутой овраг, называемый Шипли-Глен. Его обнаружили примерно через 12 часов поисковой группой с собаками. Он был госпитализирован на два месяца с переломом плечевой кости, пневмонией и проблемами с почками, вызванными переохлаждением. После этого его состояние заметно ухудшилось, он страдал от проблем с памятью и снижения умственной активности. В 2001 году он перенес серию инсультов и умер в Борнмуте 20 августа того же года.

Происхождение нуклеосинтеза

Хойл написал первые две научные работы, когда-либо опубликованные о синтезе химических элементов тяжелее гелия в результате звездных ядерных реакций. Первая из них, опубликованная в 1946 году, показала, что ядра звезд будут развиваться до температур в миллиарды градусов, значительно превышающих температуры, рассматриваемые для термоядерного происхождения энергии звезд на главной последовательности. Хойл продемонстрировал, что при таких высоких температурах элемент железо может стать гораздо более распространенным, чем другие тяжелые элементы, благодаря тепловому равновесию между ядерными частицами, что объясняет высокое естественное содержание железа. Эта идея впоследствии получила название e-процесс. Вторая основополагающая публикация Хойла о нуклеосинтезе, вышедшая в 1954 году, показала, что элементы между углеродом и железом не могут быть синтезированы подобными равновесными процессами. Он отнес эти элементы к специфическим реакциям ядерного синтеза между обильными компонентами в концентрических оболочках эволюционировавших массивных звезд, предшествующих сверхновой. Эта поразительно современная картина и сегодня является общепринятой парадигмой для нуклеосинтеза сверхновых этих первичных элементов. В середине 1950-х годов Хойл возглавил группу талантливых экспериментальных и теоретических физиков, собравшихся в Кембридже: Уильяма Альфреда Фаулера, Маргарет Бербидж и Джеффри Бербиджа. Эта группа систематизировала основные представления о том, как были созданы все химические элементы во Вселенной, что теперь называется нуклеосинтезом. Наиболее известным результатом стало появление в 1957 году работы B2FH (названной по инициалам четырех авторов), в которой область нуклеосинтеза была организована в виде взаимодополняющих ядерных процессов. Они добавили много новых данных о синтезе тяжелых элементов посредством реакций захвата нейтронов, так называемых s-процесса и r-процесса. Работа B2FH стала настолько влиятельной, что на протяжении всего двадцатого века она стала стандартной ссылкой для почти всех исследователей, желающих указать общепринятое происхождение теории нуклеосинтеза, и в результате новаторская работа Хойла 1954 года была забыта. Исторические исследования в XXI веке вернули работе Хойла 1954 года научную значимость. Эти исторические аргументы были впервые представлены на конференции экспертов по нуклеосинтезу, проходившей в 2007 году в Калтехе, организованной после смерти как Фаулера, так и Хойла в ознаменование 50-летия публикации B2FH. Ирония заключается в том, что в работе B2FH не рассматривалась атрибуция Хойлом 1954 года происхождения элементов между кремнием и железом, несмотря на то, что Хойл был соавтором B2FH. Основываясь на многочисленных личных обсуждениях с Хойлом, Дональд Д. Клейтон объяснил этот, казалось бы, необъяснимый упущение в B2FH отсутствием вычитки Хойлом проекта, составленного в Калтеке в 1956 году Г. Р. Бербиджем и Э. М. Бербиджем. Вторая работа Хойла о нуклеосинтезе также представила интересное применение антропного принципа, который тогда не был известен под этим названием. Пытаясь выяснить этапы звездного нуклеосинтеза, Хойл вычислил, что одна конкретная ядерная реакция – тройной альфа-процесс, генерирующий углерод из гелия, – потребует от углеродного ядра очень специфической резонансной энергии и спина для ее протекания. Большое количество углерода во Вселенной, которое делает возможным существование любых форм жизни на основе углерода, убедило Хойла в том, что эта ядерная реакция должна работать. На основе этого представления Хойл предсказал значения энергии, ядерного спина и четности составного состояния в углеродном ядре, образованном тремя альфа-частицами (ядрами гелия), что впоследствии было подтверждено экспериментом. Этот энергетический уровень, хотя и необходим для производства углерода в больших количествах, статистически маловероятен. Позднее Хойл писал:

"Разве вы не скажете себе: "Некий сверхразумный интеллект должен был спроектировать свойства атома углерода, иначе шанс найти такой атом под воздействием слепых сил природы был бы совершенно ничтожным. Здравый смысл подсказывает, что сверхразум вмешался в физику, а также в химию и биологию, и что в природе нет слепых сил, о которых стоит говорить. Числа, которые вычисляются на основе фактов, кажутся мне настолько подавляющими, что ставят этот вывод почти вне всяких сомнений."|Фред Хойл

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 членами комиссии, и многие были удивлены, что столь выдающийся астроном остался без награды. Сам Фаулер в своей автобиографической зарисовке подтвердил новаторские усилия Хойла:

"Концепция нуклеосинтеза в звездах впервые была установлена Хойлом в 1946 году. Это дало возможность объяснить существование элементов тяжелее гелия во Вселенной, по сути, показав, что критически важные элементы, такие как углерод, могут генерироваться в звездах, а затем включаться в другие звезды и планеты, когда звезда "умирает". Новые звезды, которые формируются сейчас, начинают с этих более тяжелых элементов, и из них формируются еще более тяжелые элементы. Хойл предположил, что другие, более редкие элементы можно объяснить сверхновыми, гигантскими взрывами, которые периодически происходят во Вселенной, для создания которых требуются температуры и давления."|Уильям Фаулер

Отвержение Большого взрыва

Хотя у Хойла не было возражений к теории Леметра (позже подтвержденной наблюдениями Эдвина Хаббла) о расширении Вселенной, он не соглашался с ее интерпретацией. Он считал идею о том, что у Вселенной было начало, псевдонаукой, напоминающей аргументы в пользу создателя, "потому что это иррациональный процесс, который нельзя описать научными терминами" (см. космологический аргумент Калама). Вместо этого, Хойл, вместе с Томасом Голдом и Германном Бонди (с которыми он работал над радарами во время Второй мировой войны), в 1948 году начал отстаивать идею о том, что Вселенная находится в "стационарном состоянии", и сформулировал свою теорию стационарного состояния. Теория пыталась объяснить, как Вселенная может быть вечной и по существу неизменной, при этом наблюдаемые нами галактики удаляются друг от друга. Теория основывалась на создании материи между галактиками с течением времени, так что, даже если галактики удаляются друг от друга, новые галактики, формирующиеся между ними, заполняют пространство, которое они оставляют. В результате Вселенная находится в "стационарном состоянии" так же, как текущая река: отдельные молекулы воды движутся, но река в целом остается прежней. Теория была альтернативой теории Большого взрыва, которая, как и теория Большого взрыва, соответствовала ключевым наблюдениям того времени, а именно наблюдениям Хаббла о красном смещении, и Хойл был ярым критиком теории Большого взрыва. Он ввел термин "Большой взрыв" в радиопередаче BBC Third Programme 28 марта 1949 года. Джордж Гамов и его оппоненты утверждали, что Хойл намеревался использовать этот термин в уничижительном смысле, а текст, который он читал, был истолкован его оппонентами как "сухой, односторонний, оскорбительный и недостойный BBC". Хойл категорически отрицал, что хотел оскорбить, и заявил, что это был просто яркий образ, призванный подчеркнуть разницу между двумя теориями для радиослушателей. В другом интервью BBC он сказал: "Причина, по которой ученым нравится "Большой взрыв", заключается в том, что они находятся под влиянием Книги Бытия. В сознании большинства ученых глубоко укоренилось убеждение в истинности первой страницы Бытия". Хойл вел известную острую полемику с Мартином Райлом из Группы радиоастрономии Кавендиша по поводу теории стационарного состояния Хойла, что несколько ограничило сотрудничество между группой Кавендиша и Кембриджским институтом астрономии в 1960-х годах. Хойл, в отличие от Голда и Бонди, предложил объяснение появления новой материи, постулировав существование того, что он назвал "полем творения", или просто "полем C", которое обладало отрицательным давлением, чтобы соответствовать закону сохранения энергии и стимулировать расширение Вселенной. Это поле C аналогично более позднему "решению де Ситтера" для космической инфляции, но модель поля C действует намного медленнее, чем модель инфляции де Ситтера. Они совместно утверждали, что непрерывное творение не было более необъяснимым, чем появление всей Вселенной из ничего, хотя это должно было происходить регулярно. В конечном итоге, растущее количество наблюдательных данных убедило большинство космологов в том, что модель стационарного состояния была неверной, и что теория Большого взрыва лучше соответствовала наблюдениям, хотя Хойл продолжал поддерживать и развивать свою теорию. В 1993 году, пытаясь объяснить некоторые доказательства против теории стационарного состояния, он представил модифицированную версию, названную "космологией почти стационарного состояния" (QSS), но эта теория не получила широкого признания. Доказательства, приведшие к победе теории Большого взрыва над моделью стационарного состояния, включали открытие космического микроволнового фонового излучения в 1960-х годах, а распределение "молодых галактик" и квазаров во Вселенной в 1980-х годах указывало на более согласованную оценку возраста Вселенной. Хойл умер в 2001 году, так и не признав обоснованность теории Большого взрыва. Как, в космологии Большого взрыва, объясняется микроволновое фоновое излучение? Несмотря на утверждения сторонников теории Большого взрыва, оно не объясняется. Предполагаемое объяснение – это не что иное, как запись в каталоге гипотез, составляющих теорию. Если бы наблюдения дали 27 Кельвинов вместо 2,7 Кельвина для температуры, то 27 Кельвинов были бы внесены в каталог. Или 0,27 Кельвина. Или что угодно.

Теория гравитации

Вместе с Нарликаром Хойл разработал в 1960-х годах теорию частиц, известную как теория гравитации Хойла — Нарликара. Она делала предсказания, примерно совпадающие с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна, но включала принцип Маха, который Эйнштейн пытался, но не смог интегрировать в свою теорию. Теория Хойла — Нарликара не выдерживает ряда проверок, в том числе не согласуется с данными о микроволновом фоновом излучении. Её разработка была обусловлена их приверженностью концепции стационарной модели Вселенной.

Отторжение земного абиогенеза

В последние годы жизни Хойл стал убежденным 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, распространяясь по Вселенной посредством панспермии, и что эволюция на Земле подвержена влиянию постоянного притока вирусов, прибывающих с кометами. Его убеждение в том, что кометы содержат значительный процент органических соединений, было далеко опережающим для своего времени, поскольку в 1970-х и 1980-х годах преобладало мнение, что кометы в основном состоят из водяного льда, а наличие органических соединений считалось весьма спорным. В 2003 году Викрамасингхе писал: «В ожесточенной полемике между дарвинизмом и креационизмом наша позиция уникальна. Хотя мы не придерживаемся ни одной из сторон, обе стороны рассматривают нас как оппонентов. Таким образом, мы – аутсайдеры с необычной точкой зрения, и наше предложение выхода из кризиса пока не было рассмотрено». Хойл и Викрамасингхе приводили несколько примеров, когда, по их мнению, вспышки болезней на Земле имеют внеземное происхождение, включая пандемию гриппа 1918 года, а также отдельные вспышки полиомиелита и коровьего бешенства. В отношении пандемии гриппа 1918 года они предположили, что кометная пыль занесла вирус на Землю одновременно в нескольких местах – точка зрения, почти единогласно отвергаемая экспертами по этой пандемии. В 1982 году Хойл представил доклад «Эволюция из космоса» на Omni Lecture Королевского института. Рассмотрев крайне маловероятную, по его мнению, возможность абиогенеза на Земле, он пришел к выводу: «Если подходить к этому вопросу прямо и последовательно, не опасаясь вызвать гнев научного сообщества, то приходишь к заключению, что биоматериалы с их поразительной упорядоченностью должны быть результатом разумного замысла. Другой возможности я не вижу». Фред Хойл.

В своих книгах 1982/1984 годов «Эволюция из космоса» (написанной в соавторстве с Чандрой Викрамасингхе) Хойл подсчитал, что вероятность получения необходимого набора ферментов даже для самой простой живой клетки без панспермии составляет один к 10 в 400 000-й степени. Поскольку число атомов в известной Вселенной ничтожно мало по сравнению с этим (10 в 80-й степени), он утверждал, что Землю можно исключить как место происхождения жизни. Он заявлял: «Представление о том, что биополимер и операционная программа живой клетки могли возникнуть случайно в первобытном органическом бульоне здесь, на Земле, явно является абсурдом высшей степени». Хотя Хойл заявлял, что он атеист, это очевидное предположение о руководящей силе привело его к выводу, что «сверхразум вмешался в физику, химию и биологию, и в природе нет слепых сил, достойных упоминания». Он сравнивал случайное появление даже самой простой клетки без панспермии с вероятностью того, что «торнадо, пронесшийся над свалкой, соберет из отходов Boeing 747», а шанс получения хотя бы одного функционирующего белка случайной комбинацией аминокислот – с тем, что солнечная система слепых людей одновременно решит кубик Рубика. Это известно как «торнадо на свалке» или «Ошибка Хойла». Сторонники философии разумного замысла (ID) иногда ссылаются на работы Хойла в этой области, чтобы поддержать утверждение о том, что Вселенная была тонко настроена для возможности существования разумной жизни.

Другие мнения

Хотя Хойл был высоко оценен за его работы по нуклеосинтезу и популяризации науки, он придерживался позиций по широкому кругу научных вопросов, которые находились в прямой противоположности к общепринятым теориям научного сообщества. Хойл часто выражал гнев по поводу запутанной и мелочной политики в Кембридже и часто конфликтовал с членами и организациями 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 место уходящего на пенсию профессора Родерика Оливера Редмана в обход его мнения. По словам биографа Саймона Миттона, Хойл был подавлен, поскольку чувствовал, что его коллеги в Кембридже не поддерживали его. Два окаменелых экземпляра археоптерикса оказались искусными подделками. Хойл и Томас Голд поддерживали теорию абиогенного происхождения нефти, согласно которой природные углеводороды (нефть и природный газ) объясняются результатом глубоких залежей углерода, а не окаменелых органических остатков. Эта теория отвергается основными специалистами в области нефтегазовой геохимии. В своей книге 1977 года «О Стоунхендже» Хойл поддержал предложение Джеральда Хокинса о том, что пятьдесят шесть ям Обри в Стоунхендже использовались как система для предсказания затмений древними британцами, применяя их для ежедневного позиционирования ориентировочных камней. Идея использования ям Обри для предсказания лунных затмений впервые была предложена Джеральдом Хокинсом в его книге «Стоунхендж: расшифровка» (Stonehenge Decoded, 1965).

Нобелевская премия по физике

Хойл также был в центре двух несвязанных споров, касающихся политики при выборе лауреатов Нобелевской премии по физике. Первый возник, когда в 1974 году премия была частично присуждена Энтони Хьюишу за его ведущую роль в открытии пульсаров. Хойл обронил репортеру в Монреале: "Да, Джослин Белл была фактическим первооткрывателем, а не Хьюиш, который был ее научным руководителем, поэтому ее следовало включить в число лауреатов". Это заявление получило широкое международное освещение. Опасаясь быть неправильно понятым, Хойл тщательно сформулировал объяснительное письмо для газеты "Таймс". Оно было опубликовано вскоре после Второй мировой войны. В связи с этим возникло подозрение, что Хойлу отказали в одной трети премии из-за его более раннего публичного несогласия с решением о присуждении премии в 1974 году. Британский ученый Гарри Крото позже отметил, что Нобелевская премия – это не просто награда за конкретную работу, а признание общей репутации ученого, и поддержка Хойлом многих сомнительных и опровергнутых идей могла лишить его шансов на получение награды. Редактор журнала Nature Джон Мэддокс назвал "возмутительным" тот факт, что Фаулер был удостоен Нобелевской премии, а Хойл – нет. Его работы были собраны в книге "Природа Вселенной", после чего 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. Хойл снялся в короткометражном фильме 1973 года "Взгляни на мир с другой точки зрения". В телевизионном фильме 2004 года "Хокинг" роль Фреда Хойла исполнил Питер Ферт. В фильме Стивен Хокинг (в исполнении Бенедикта Камбербэтча) публично противостоит Хойлу на лекции Королевского общества летом 1964 года, указав на ошибку, обнаруженную им в его последней публикации.

Памятные вещи

В коллекции Фреда Хойла в библиотеке колледжа Сент-Джонса, помимо 150 коробок с документами, хранятся "пара походных ботинок, пять коробок фотографий, два ледоруба, несколько рентгеновских снимков зубов, телескоп, десять больших кинопленок и неопубликованная опера".