Портрет: Карл Шварцшильд

Карл Шварцшильд родился во Франкфурте на Майне в 1873 году, за два года до объединения Германии. Он был старшим из семи детей в семье зажиточного предпринимателя. Отец интересовался музыкой и искусством, и дети Шварцшильдов с самого раннего возраста посещали концерты, бывали в мастерских художников, ходили в гости к литераторам. Творческие люди были желанными гостями в доме.

Достигнув школьного возраста, Карл начал учёбу в реальном училище еврейской общины, к которой принадлежала его семья. Мальчик, обладавший незаурядными способностями, рано проявил большое желание учиться. Ещё в отроческом возрасте он самостоятельно изготовил маленький телескоп. Тогда отец отвёл Карла к знакомому астроному, владевшему небольшой обсерваторией. Здесь мальчик научился обращаться с настоящим телескопом.

В городской гимназии Карл удивлял учителей своими достижениями в физике и математике. До наших дней дошла забавная история, возможно – легенда: однажды Карл забыл дома логарифмическую линейку... и прекрасно справился с вычислениями без неё. Он имел привычку носить при себе блокнотик, в который записывал приходящие в голову интересные мысли.

Уже в 16-летнем возрасте Карл Шварцшильд написал статью для серьёзного научного журнала. А когда два года спустя, в 1891-м, он заканчивал франкфуртскую гимназию, то как первый ученик в классе был удостоен чести произнести на выпускном вечере приветственную речь на латыни. Надо заметить, что гимназические наставники Карла были разочарованы его решением посвятить себя астрономии, считая это бессмысленной тратой таланта и времени.

Однако Карл отправился на учёбу в Страсбург – тогда этот город входил в состав Германии – и занялся сравнительной астрономией. Призыв в армию заставил его на год оставить учёбу. Затем он продолжил изучение астрономии в Мюнхенском университете под руководством известного ученого Хуго фон Зелигера. В 1896 году Шварцшильд окончил университет и получил место ассистента в обсерватории Вены, где проработал два года, занимаясь преимущественно фотометрией, иначе говоря, измерением яркости небесных тел. Ему удалось добиться значительных результатов при помощи введенного им нового показателя фотовыдержки и интенсивности света.

С полученными результатами Шварцшильд вернулся в Мюнхен, защитил диссертацию и начал преподавать в университете. Как вспоминал впоследствии его брат Альфред, на своей первой лекции Карл так волновался, что ухитрился рассказать за час материал целого семестра. Слушателям и слушательницам его лекций запомнились горящие глаза Шварцшильда.

В это время он принимал живое участие в научной дискуссии по поводу возможности существования неевклидовой геометрии. Другой темой его исследований были кометы и, в частности, проблема, почему хвост комет всегда направлен в сторону, противоположную Солнцу. Кстати, телескоп, с которым учёный работал в Вене, сохранился до наших дней во вполне рабочем состоянии.

Настоящий ученый, Шварцшильд не чуждался и простых радостей жизни. Так, однажды в квартире, снимаемой его братом, Карл устроил столь шумную вечеринку, что владелец на следующий же день расторг контракт и выгнал своего жильца из дома. Молодой астроном был веселым, общительным человеком, круг его интересов был очень широким. Например, он занимался лыжным спортом и альпинизмом, а, увлекшись полётами на воздушном шаре, разработал для этого аппарата специальный секстант.

Осенью 1901 года Шварцшильд получил звание экстраординарного профессора в Гёттингене - одном из лучших университетов страны. Более того, его кандидатура была предложена на место директора Гёттингенской обсерватории. Это было столь неожиданно, что 27-летний учёный опасался навлечь на себя гнев троих более известных и заслуженных претендентов.

Но всё же он стал директором обсерватории и ординарным профессором Гёттингена. Его курс астрономии был на редкость увлекателен и собирал рекордное число слушателей. Кстати, Шварцшильд всю жизнь охотно занимался популяризацией астрономических знаний, и его научно-популярные статьи имели большой успех у широкой публики.

Знаменитая Гёттингенская обсерватория к моменту прихода туда Шварцшильда находилась не в лучшем состоянии. Созданная в середине 18 века, обсерватория первоначально находилась в переоборудованной башне средневековой крепостной стены. В первой четверти 19 столетия башню снесли, и обсерватория переехала в отдельное здание за пределами разраставшегося города. Однако на рубеже 20-го века город почти вплотную подступил к обсерватории, что могло мешать наблюдениям.

Другой проблемой было устаревшее оборудование. И Шварцшильд, став директором, первые пару лет усердно занимался расширением технических возможностей обсерватории. Так, в 1904 году ему удалось заполучить 17-дюймовый линзовый телескоп. Некоторые приборы Шварцшильд изобретал сам. Например, приспособление для определения линии горизонта в секстанте. Все линзы и другие детали телескопов, которые не использовались в данный момент, он применял для создания новых приборов.

Шварцшильд сделал ряд открытий в фотографической фотометрии (метод измерения блеска звёзд). В 1905 были опубликованы его работы по оптике, которые позже легли в основу фундаментального труда "Оптика" нобелевского лауреата Макса Борна. Сам же Шварцшильд увлекся солнечной физикой. В августе 1905 года он отправился в экспедицию в Алжир, чтобы снимать полное солнечное затмение.

Ему удалось сделать первоклассные снимки во время солнечного затмения. Благодаря им Шварцшильд первым смог доказать слоистость солнечной атмосферы. Иными словами, над видимой поверхностью Солнца - фотосферой - существует не имеющая твёрдых границ хромосфера. И когда Луна полностью закрывает Солнце, видна именно светящаяся газообразная хромосфера и её самая верхняя часть - так называемая "корона".

В 1906 году Шварцшильд написал важную теоретическую работу по солнечной физике, в которой впервые было упомянуто понятие равновесного излучения. Примечательно, что при этом он еще и преподавал астрономию в школе, занимался обучением учителей. Не оставлял Шварцшильд и увлечения альпинизмом. На его счету - покорение горы Маттерхорн на границе Швейцарии и Италии, высотой в четыре с половиной тысячи метров.

Сохранилось забавное описание похода по горам, в который отправились под предводительством Шварцшильда несколько учёных-физиков. Углубившись в научную беседу, они мало что замечали вокруг себя. Внезапно один из них оступился и, скатившись со склона, оказался погребённым под снежным сугробом. Когда коллеги откопали его, первой фразой неудачливого туриста было: "Я ещё раз обдумал обсуждаемый нами вопрос и пришёл к следующему выводу..."

В Гёттингенской обсерватории нередко устраивались праздники, и приглашенных гостей весьма развлекали всякие приборы. Не так давно на чердаке обсерватории была обнаружена подзорная труба, с прикрепленной к ней картинкой из серии "Благочестивая Елена" популярного тогда художника Вильгельма Буша. То есть гости учились пользоваться телескопом, рассматривая карикатуры.

В октябре 1907 года 34-летний Шварцшильд женился на Эльзе Розенбах. Родители невесты, имея предубеждения против еврейского происхождения Шварцшильда, долгое время противились этому браку. В семье родились трое детей: Агата, Мартин и Альфред. Позже Мартин продолжил дело отца, работая в Принстоне.

Почти сразу же после свадьбы Шварцшильд с женой поселились в Потсдаме. Карлу нравилось в Геттингене, и уезжать оттуда ему не хотелось. Условием своего переезда Шварцшильд поставил перевод в Потсдам своего коллеги Херцшпрунга. На освободившееся место директора гёттингенской обсерватории был переведён директор потстдамской обсерватории Хартманн. А его место, в свою очередь, получил Херцшпрунг. Кстати, Хартманн, привыкший работать в технически и финансово лучшем институте, уже через несколько недель написал Шварцшильду разочарованное письмо с предложением поменяться обратно. Однако этому не суждено было сбыться.

Шварцшильд побывал в США и пытался организовать строительство обсерватории в южном полушарии, а именно в Намибии в городе Виндхук. Эта его мечта было реализована лишь полвека спустя, когда была построена обсерватория в Чили.

В 1910 году был опубликован каталог звёздного неба, созданный в Гёттингене под руководством Шварцшильда. Он включал в себя точное описание трёх с половиной тысяч звёзд. Два года спустя ученый стал членом Прусской академии наук, и приветственную речь на торжествах по этому случаю произнёс Макс Планк.

Карл Шварцшильд находился в расцвете сил, когда после выстрела в Сараево разразилась Первая мировая война. Ощущая себя патриотом, астроном счёл необходимым записаться добровольцем в армию. В 1914 году он служил на метеорологической станции в Бельгии, позже участвовал в боевых действиях на Восточном фронте. Несмотря на сложные условия, он и в военное время продолжал научную деятельность. Написанная им на фронте работа о воздействии ветра на полёт снаряда даже была засекречена военным командованием. Свои изыскания Шварцшильд посылал с фронта Альберту Эйнштейну, который доставлял их в академию наук.

В ноябре 1915 года Эйнштейн представил в Берлине свою общую теорию относительности. Большинство академиков не сразу осознали сенсационность нового учения. Большинство, но не Шварцшильд, который, напротив, сразу увлекся идеями Эйнштейна. В буквальном смысле слова, лёжа в окопе, он размышлял над решением уравнений этой теории. Будучи гениальным математиком, за несколько недель он справился с задачей.

Альберт Эйнштейн представил его работу в академии наук и поздравил коллегу с успехом. По словам Эйнштейна, он и сам не предполагал, что решение может быть столь простым. Те физические явления, которые описал Шварцшильд, были поняты человечеством лишь четверть века спустя. Шварцшильд впервые ввёл понятие гравитационного радиуса, не позволяющего свету покинуть поверхность космического тела; фактически это было первое математическое описание черной дыры.

В чёрную дыру может превратиться лишь звезда, масса которой в три и более раза превышает массу Солнца. Чёрная дыра возникает, когда звезда выгорает и схлопывается, то есть, происходит сжатие вещества под воздействием стремительно растущих сил гравитации. В науке этот процесс именуют уходом вещества под сферу Шварцшильда.

Диаметр сферы Шварцшильда чрезвычайно мал и зависит от размера звезды. Так, для Солнца радиус сферы Шварцшильда составляет около трех километров, а для Земли, если бы она была звездой, – менее одного сантиметра. Из сферы Шварцшильда не может вырваться наружу никакая материя, включая электромагнитное излучение. Само понятие времени становится в ней относительным. Подобная модель озадачила самого Эйнштейна.

Шварцшильд не успел завершить свои расчёты, связанные со сферой, позже названной его именем. Его работу продолжили многие крупные учёные. Через 25 лет, в 1939 году Роберт Оппенгеймер (один из ”отцов” атомной бомбы) подтвердил идею Шварцшильда.

Шварцшильд не дожил до времени триумфа своих радикально новых идей. В 1916 году он, находясь на российском фронте, тяжело заболел. Редкое заболевание кожи, которым страдал Шварцшильд, было связано с нарушением иммунитета. В то время врачи не умели лечить подобные болезни. Зимой 1916 года астроном вернулся с фронта домой. Но было уже поздно. Шварцшильд умер в мае 1916 года на 43-м году жизни и был похоронен на городском кладбище Гёттингена.

На этом мы заканчиваем наш рассказ о немецком астрономе Карле Шварцшильде. Этого выдающегося учёного считают одним из основоположников теоретической астрофизики. Его именем названа обсерватория в Тюрингии и медаль, вручаемая за заслуги в астрономии.

Фёдор Буцко