Фред Гойл (; 24 червня 1915 — 20 серпня 2001) — англійський астрофізик, космолог та письменник-фантаст. Один із творців теорії зоряного нуклеосинтезу, співавтор впливової статті B2FH.
Його погляди були альтернативними до усталених. Зокрема, він популяризував панспермію як пояснення походження життя на Землі, а також відкидав теорію Великого вибуху, віддаючи перевагу теорії стаціонарного Всесвіту. Саме Гойл він вперше ввів у вжиток термін «Великий вибух», який у його устах міг носити і жартівливий характерFerguson, Kitty (1991). Stephen Hawking: Quest For A Theory of Everything. Franklin Watts. .Gregory, Jane Fred Hoyle's Universe, Oxford University Press, 2005. .
Він провів більшу частину своєї кар'ри в в Кембриджі та був засновником і першим директором Інституту теоретичної астрономії в Кембриджі.
Гойл також писав науково-фантастичні романи, оповідання та радіоп'єси. Частина книг (загалом 12) створено у співавторстві з сином . З ним же написані сценарії до низки телевізійних серіалів.
Життєпис
Ранні роки
Гойл народився біля міста Бінглі в у Йоркширі в Англії. Його батько, Бен Гойл, був скрипалем, працював у вовняній промисловості в Бредфорді та служив кулеметником під час Першої світової війни. А його мати, Мейбел Пікард, навчалася музиці в Королівському музичному коледжі в Лондоні, а згодом працювала піаністкою в кінотеатрі. Гойл навчався у , а потім вивчав математику в в Кембриджському університеті. У юності він співав у хорі місцевої англіканської церкви.
1936 року Гойл разом із отримав .
Кар'єра Наприкінці 1940 року Гойл залишив Кембридж і поїхав до Портсмута працювати на Адміралтейство над дослідженнями радарів. Зокрема, він розробив метод визначення висоти польоту літаків. Він також очолив розробку контрзаходів проти гармат з радарним наведенням, виявлених на німецькому крейсері «Адмірал графі Шпеє» після його затоплення в Ла-ПлатіMitton, Simon Fred Hoyle, a Life in Science, Cambridge University Press (2011).. Британський радарний проєкт був масштабною операцією і, ймовірно, послужив натхненням для великого британського проєкту в романі Гойла «Чорна хмара». Двома його колегами під час цієї воєнної роботи були Герман Бонді та Томас Голд, з якими вони часто обговорювали космологію. Робота над радарами вимагала кількох поїздок до Північної Америки, де Гойл скористався нагодою відвідати астрономів.
Під час однієї з поїздок до США він дізнався про наднові у Калтеху та Паломарі, а в Канаді — про ядерну фізику плутонієвого вибуху та імплозії; помітивши схожість між цими процесами, він почав замислюватися над нуклеосинтезом у наднових. Він мав тоді інтуїцію: «Я прославлюсь, якщо це вийде» (свою пророчу й новаторську статтю він опублікував 1954 року). Він також створив у Кембриджі групу для дослідження зоряного нуклеосинтезу у звичайних зорях і був занепокоєний заслабким утворенням вуглецю в наявних моделях. Він помітив, що один із відомих процесів можна зробити в мільярд разів продуктивнішим, якщо ядро вуглецю-12 має резонанс на 7,7 МеВ, але ядерні фізики тоді не визнавали існування такого значення. Під час іншої поїздки він відвідав групу ядерної фізики у Калтеху, провів там кілька місяців на сабатикалі й переконав їх, попри скептицизм, знайти «стан Гойла» у вуглеці-12. Це допомогло створити повну теорія зоряного нуклеосинтезу, співавторами якої стали Гойл і члени калтеської групиGregory, Jane Fred Hoyle's Universe, World Scientific Pub, 2003..
1945 року, після закінчення війни, Гойл повернувся до Кембриджського університету як викладач (де він був стипендіатом від 1939 року)Fred Hoyle Project, St John's College, Cambridge.. Кембриджські роки Гойла, 1945—1973, стали часом його сходження на вершину світової теоретичної астрофізики завдяки дивовижній оригінальності ідей, що охоплювали широкий спектр тем. У 1950-х роках Гойл виступив із серією радіопередач про астрономію для BBCMitton, Simon, Fred Hoyle a life in science, pp. 125–138, Cambridge University Press, 2011., які потім були зібрані у книгу «Природа Всесвіту»Gregory, Jane, Fred Hoyle's Universe, p. 48, Oxford University Press, 2005.. 1958 року Гойла призначили в Кембриджі. 1967 року він заснував Інститут теоретичної астрономії (згодом перейменованого на Інститут астрономії Кембриджського університету), який під його керівництвом став одним з провідних у світі центрів теоретичної астрофізики й очолював його до 1967—1973 року. 1971 року його запросили прочитати Макмілланську меморіальну лекцію в . Темою він обрав «Астрономічні інструменти та їхнє конструювання». Гойл отримав титул лицаря у 1972 рокуUnited Kingdom list: "No. 45554". The London Gazette (Supplement). 31 December 1971. pp. 1–32..
Хоч він і обіймав дві почесні посади, до 1972 року Гойл розчарувався у своєму житті в Кембриджі. Того року суперечка щодо обрання на професорську кафедру привела до його відставки з посади Плюміанського професора. Наступного року він також залишив посаду директора інституту. Пояснюючи свої дії, він згодом писав: «Я не бачу сенсу продовжувати сутички на полі бою, де я ніколи не матиму шансів виграти. Кембриджська система фактично створена, щоб заважати будь-кому встановлювати спрямовану політику — ключові рішення можуть зруйнувати некомпетентні та політично вмотивовані комітети. Щоб бути ефективним у цій системі, потрібно постійно стежити за колегами, майже як у шпигунській системі Робесп'єра. Якщо ж так робити, то, звісно, не залишається часу на справжню науку».
Після звільнення з Кембриджа Гойл написав кілька науково-популярних і науково-фантастичних книжок, а також читав лекції по всьому світу, частково заробляючи цим собі на життя. Він також залишався членом спільного політичного комітету (від 1967 року) на етапі планування 3,9-метрового Англо-австралійського телескопа в обсерваторії Сайдінг-Спрінг в Австралії. 1973 року він став головою ради Англо-австралійського телескопа й головував на його відкритті 1974 року принцом Чарльзом.
Хвороба і смерть Після відставки з Кембриджа 1972 року Гойл переїхав до Озерного краю і проводив час у походах пустищами, написанні книжок, відвідуванні наукових центрів по всьому світу та роботі над науковими ідеями (які переважно були відкинуті). Серед тем, про які він писав, були Стоунхендж, панспермія, дарвінізм, палеонтологія. 24 листопада 1997 року, під час прогулянки пустищами у Західному Йоркширі, неподалік рідного дому в Гілстеді, Гойл упав у круту ущелину Шиплі-Глен. Приблизно через 12 годин його знайшли рятувальники з пошуковими собаками. Він провів у лікарні два місяці з переломом плечової кістки. 2001 року він пережив серію інсультів і помер у Борнмуті 20 серпня того ж року.
Наукові результати
Нуклеосинтез Гойл опублікував перші дві наукові праці, присвячені синтезу важчих за гелій хімічних елементів унаслідок ядерних реакцій у зорях. Перша з них, опублікована 1946 року, показала, що ядра зір еволюціонують до температур у мільярди градусів, значно вищих за ті, які розглядалися як джерело термоядерної енергії в зорях головної послідовності. Гойл довів, що за таких високих температур в умовах теплової рівноваги залізо може стати значно поширенішим за інші важкі елементи завдяки його високій енергії зв'язку, що пояснює високу природну поширеність заліза. Ця ідея згодом отримала назву е-процес. Друга фундаментальна робота Гойла, опублікована 1954 року, показала, що елементи між вуглецем і залізом не можуть утворюватися такими рівноважними процесами. Він пояснив їх походження конкретними реакціями ядерного синтезу між поширеними складовими у концентричних оболонках масивних еволюціонуючих зір перед вибухом наднової. Ця дуже прогрресивна на той час картина нині є загальноприйнятою парадигмою нуклеосинтезу в наднових для цих елементів.
У середині 1950-х років Гойл очолив групу талановитих фізиків-експериментаторів і теоретиків у Кембриджі: Вільяма Фаулера, Маргарет Бербідж та Джеффрі Бербіджа. Ця група систематизувала основні ідеї про походження всіх хімічних елементів у Всесвіті, і ця галузь отримала назву нуклеосинтез. 1957 року ця група створила статтю B2FH (названу за ініціалами чотирьох авторів), яка впорядкувала нуклеосинтез за шляхом різних ядерних процесів. Вони додали багато нового матеріалу про синтез важких елементів унаслідок захоплення нейтронів — так звані s-процес та r-процес. Стаття B2FH набула такої ваги, що до кінця XX століття була основним літературним джерелом із загальноприйнятої теорії нуклеосинтезу, і внаслідок цього новаторська стаття Гойла 1954 року залишалася в тіні. Історичні дослідження XXI століттяClayton, Donald D. «Hoyle's Equation», Science 318, 1876 (2007)Clayton, Donald D. «Fred Hoyle, primary nucleosynthesis and radioactivity», New Astronomy Reviews 52, 360—363 (2008) повернули її у фокус уваги науковців. Ці аргументи вперше були представлені на конференції в Каліфорнійському технологічному інституті 2007 року, присвяченій 50-річчю публікації статті B2FH. Цікаво, що стаття B2FH не посилалась на модель Гойла для утворення елементів між кремнієм і залізом в оболонках наднових, попри те що сам Гойл був її співавтором. На думку , який багато разів обговорював це з Гойлом,«Fred Hoyle, primary nucleosynthesis and radioactivity» New Astronomy Reviews 52, 360—363 (2008), p. 363, footnote 1 таке дивне упущення у статті було наслідком того, що Гойл не перевірив рукопис, підготовлений у Каліфорнійському технологічному інституті 1956 року Джеффрі Бербіджем та Маргарет Бербідж«Hoyle's Equation» Science 318, 1876 (2007).
Друга стаття Гойла про нуклеосинтез також містила цікаве застосування антропного принципу, який тоді ще не мав такої назви. Досліджуючи кроки зоряного нуклеосинтезу, Гойл підрахував, що одна конкретна ядерна реакція — потрійний α-процес, який утворює вуглець із гелію, — може відбутися лише за умови, що ядро вуглецю має збуджений стан з дуже специфічною енергією. Велика кількість вуглецю у Всесвіті, яка робить можливим існування вуглецевих форм життя, свідчила, на думку Гойла, що ця реакція мусить відбуватися. Виходячи з цього, він передбачив значення енергії, спіну та парності збудженого стану ядра вуглецю, утвореному трьома альфа-частинками (ядрами гелію), що згодом було підтверджено експериментальноCook, Fowler, Lauritsen and Lauritsen, Phys. Rev. 107, 508 (1957).
Цей рівень енергії, необхідний для утворення вуглецю у великих кількостях, з погляду статистики був украй малоймовірним. Згодом Гойл писав:
Його колега Вільям Альфред Фаулер зрештою здобув Нобелівську премію з фізики 1983 року (разом із Субраманьяном Чандрасекаром), але внесок Гойла Нобелівський комітет оминув, і багато хто був здивований, що такого видатного астронома обійшли увагою. Сам Фаулер у своїх мемуарах визнавав піонерську роль Гойла:
Критика теорії Великого вибуху
Хоча Гойл і не заперечував теорію Леметра (пізніше підтверджену спостереженнями Едвіна Габбла) про розширення Всесвіту, він не погоджувався з її тлумаченням. Йому здавалося, що ідея про початок Всесвіту є різновидом псевдонауки, нагадуючи аргументи на користь творця: «це ірраціональний процес, який неможливо описати науковими термінами»Smith, Quentin A Big Bang Cosmological Argument For God's Nonexistence. Faith and Philosophy. April 1992. Volume 9, No. 2, pp. 217–237. Натомість Гойл разом із Томасом Голдом і Германом Бонді (з якими він працював над радарами під час Другої світової війни) у 1948 році почав відстоювати уявлення про Всесвіт у «стаціонарному стані» й сформулював їхню теорію стаціонарного Всесвіту. Вона намагалася пояснити, як Всесвіт може бути вічним і по суті незмінним, водночас демонструючи віддалення галактик одна від одної. Ключовим елементом було припущення про постійне утворення матерії між галактиками, тож навіть якщо галактики розлітаються, нові галактики, що виникають між ними, заповнюють простір. Таким чином, Всесвіт перебуває у «стаціонарному стані», подібно до ріки — окремі молекули води рухаються, але ріка залишається тією самою.