Какой вклад внес Хокинг в теоретическую физику и наши представления о Вселенной

СНОБНаука

Он считал себя умнее. Памяти Стивена Хокинга

14 марта 2018 г. Умер Стивен Хокинг — самый известный ученый современности. О том, какой вклад внес Хокинг в теоретическую физику и наши представления о Вселенной, рассказывает Алексей Старобинский, один из крупнейших специалистов по релятивистской гравитации и космологии, много раз лично встречавшийся с Хокингом

Беседовал Алексей Алексенко

0:00 /
1238.594

Можно сказать, что главных достижений в научной жизни Стивена Хокинга было три, и я расскажу о них хронологически. Они относятся к трем областям физики: классической теории гравитации, квантовой теории гравитации и космологии.

Вершина первая: теоремы Хокинга — Пенроуза

С этого он начинал, и к тому моменту, когда мы с ним впервые встретились, уже успел прославиться. Кстати, мы познакомились еще до той его встречи со мной и с Яковом Зельдовичем в Москве, которую он описывает в своей книжке. В действительности первая, и более важная, встреча произошла в 1973 году. Тогда большой делегации молодых советских ученых разрешили выехать в Польшу, на конференции в Варшаве и Кракове. В Варшаве темой конференции были черные дыры, в Кракове – космология, и именно об этом были те первые из главных работ Хокинга.

Речь идет о статьях 1966–1967 годов и последующей работе в соавторстве с другим знаменитым британским математиком и физиком — Роджером Пенроузом, опубликованной в 1970-м. В итоге были доказаны несколько родственных теорем. В математическом смысле это были «теоремы существования»: утверждения о том, что при некоторых предположениях должен существовать объект с такими-то свойствами.

Хокинг сформулировал «гипотезу космической цензуры»: согласно ей, невозможность наблюдать сингулярности внутри черных дыр — фундаментальный закон природы

У уравнений общей теории относительности Эйнштейна есть одно свойство, которого нет у более ранних физических теорий — например, у теории Ньютона. В тех теориях все (или почти все) решения уравнений регулярны. Другими словами, все величины, которые могут быть измерены, всегда принимают конечные значения. Но оказалось, что в уравнениях Эйнштейна это не так. У них существуют общие решения с сингулярностями, то есть такие ситуации, когда кривизна пространства-времени обращается в бесконечность.

О том, что сингулярность в принципе иногда может возникать из теории Эйнштейна, было известно со времен замечательного российского ученого Александра Фридмана. Однако многие физики и математики считали, что она возникает только из-за чрезмерной математической идеализации природы: Фридман нашел очень симметричные решения, в которых нет пространственных неоднородностей. Итоговый результат Пенроуза и Хокинга в том и состоял, что опасаться этого не следует. Они строго доказали, что сингулярность возникает и в самых общих решениях этих уравнений, которые где-то в природе должны реализоваться. Другими словами, сингулярности не просто ничему не противоречат, а действительно возникают.

4048669c78d63675688d67c6cf8e5fe8896ce34f723d5bc740661bd20f9298df.jpg
Участники симпозиума 1982 года в Кембридже. Стивен Хокинг в центре в первом ряду, за его спиной стоит Алексей Старобинский. Фото из личного архива

 

Фундаментальной «теоремы существования» может быть достаточно для математиков, но физикам нужны наблюдаемые следствия. Такие сингулярности должны существовать внутри черных дыр, однако их мы увидеть не можем по принципиальным соображениям: это сингулярности без наблюдаемых нами эффектов. Хокинг много думал об этом и даже сформулировал «гипотезу космической цензуры»: согласно ей, невозможность наблюдать сингулярности внутри черных дыр — фундаментальный закон природы. Однако наблюдаемые эффекты может иметь другая сингулярность — та, что была в прошлом нашей Вселенной. Поэтому имеет смысл попытаться найти эти эффекты.

Разумеется, когда мы говорим, что какие-то величины обращаются в бесконечность, нам следует сделать оговорку. В бесконечность обращаются лишь решения эйнштейновских уравнений, однако мы знаем, что в таких условиях эти уравнения не могут быть точными, потому что вступают в силу законы квантовой механики. Естественно, что это подтолкнуло Стивена Хокинга к изучению квантово-гравитационных эффектов.

Существует ли квантовая гравитация?

Часто можно слышать или читать в популярных статьях, что квантовой теории гравитации не существует. Это все повторяют, но это неверно: на сегодняшний день открыто много квантово-гравитационных эффектов, и они наблюдаемы. Чего не существует, так это полной квантовой теории гравитации, перенормируемой или конечной. Но в этом смысле не существует и полной квантовой теории поля. О том, что квантовой теории гравитации нет вообще, можно было говорить лет сорок назад, до работ Стивена Хокинга и других, до моих собственных работ по этой теме. Мы не знаем, что происходит при энергиях выше порядка планковской массы — это около 10 микрограммов, — но до этих энергий наши расчеты дают надежные предсказания. Путаница возникает, когда говорят, что теория гравитации неперенормируема и принципиально не сочетается с квантовой механикой. Это верно для теории Эйнштейна, но мы ведь и не пользуемся ей в чистом виде.  Во-первых, мы знаем, что к ней нужно добавлять следующие члены, квадратичные по кривизне. Именно так устроена, скажем, моя инфляционная модель. В этой теории нет проблемы перенормируемости. Там есть другие проблемы, но мы сейчас об этом не будем говорить. Во-вторых, мы не считаем метрику пространства-времени классической и детерминистической величиной (даже в настоящее время!). Поэтому все существующие предсказания квантово-гравитационных эффектов формулируются для различных средних значений случайных величин, и именно в таком виде их подтверждают наблюдения в случае инфляционного сценария ранней Вселенной. Наконец, на самом деле никто и не ждет, что полную квантовую теорию поля можно построить отдельно для гравитации: это можно будет, видимо, сделать только в рамках объединения всех взаимодействий.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Крошка Ро Крошка Ро

Блогер Марьяна Ро выбралась в реальный мир без одежды

Maxim
Идея! Идея!

Татуировки, вино и яды

Maxim
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
15 мыслей Фанни Ардан 15 мыслей Фанни Ардан

Фанни Ардан вспоминает своих любимых мужчин: Депардье, Пруста и Франсуа Трюффо

GQ
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Опора Опора

Последовательность йоги айенгара для здоровья стоп

Yoga Journal
Барражирующие боеприпасы: что это такое Барражирующие боеприпасы: что это такое

Концепция оружия нового поколения – барражирующие боеприпасы

Популярная механика
Российские физики смоделировали марсианскую зиму Российские физики смоделировали марсианскую зиму

Лето на Марсе дождливое, а зима солнечная

Популярная механика
Психосоматика: услышать, что говорит болезнь Психосоматика: услышать, что говорит болезнь

Порой только работа с психотерапевтом поможет понять, откуда постоянные простуды

Psychologies
Почему мы стареем быстрее? 6 причин родом из XXI века Почему мы стареем быстрее? 6 причин родом из XXI века

Мы собрали 6 современных причин старения

Cosmopolitan
Пока все дома Пока все дома

Лучший бас России Ильдар Абдразаков царствует в особняке под Веной

Tatler
В плену стереотипов: почему рекрутеры не нанимают лучших сотрудников В плену стереотипов: почему рекрутеры не нанимают лучших сотрудников

Сфера HR в России полна предрассудков, которые влияют на подбор кадров

Forbes
Книга перемен Книга перемен

Нью-йоркская квартира актрисы Джулианн Мур

AD
Чисто сработал Чисто сработал

Интерьер квартиры в Нью-Йорке в стиле современной классики

AD
Forbes оценил состояние совладельца «Зимней вишни» Дениса Штенгелова в $600 млн Forbes оценил состояние совладельца «Зимней вишни» Дениса Штенгелова в $600 млн

Бизнесмен пытался продать площади в торговом центре в Кемерово

Forbes
Медведев снизил ставку по кредитам на покупку деревянных домов Медведев снизил ставку по кредитам на покупку деревянных домов

На субсидирование покупки деревянных домов будет выделено 197 млн рублей

Forbes
Держитесь за баранку. В России подорожают машины и появятся новые штрафы Держитесь за баранку. В России подорожают машины и появятся новые штрафы

Весной цены на автомобили вырастут из-за изменения ставок утилизационного сбора

Forbes
Почему так мало актрис выходят на красные дорожки в брюках? Почему так мало актрис выходят на красные дорожки в брюках?

И выберут ли они смокинги на «Оскар» сегодня вечером?

Vogue
Mitsubishi Pajero Sport Mitsubishi Pajero Sport

Mitsubishi добавил к традиционным ценностям несколько новых способностей

Quattroruote
Город Город

Берлин – лоскутное одеяло на карте Германии

Esquire
Реновация Реновация

Одежда нужна для привлечения внимания и сообщению хозяину каких-то качеств

Maxim
Вы отказались от мяса. А этично ли допустить вымирание коров? Вы отказались от мяса. А этично ли допустить вымирание коров?

Какой должна быть судьба коров как вида, если есть этих животных станет неэтично

СНОБ
Каким станет Chloé в 2018 году Каким станет Chloé в 2018 году

Интервью Сьюзи Менкес с креативным директором бренда Наташей Рамсей-Леви

Vogue
Теория инфлатонов: можно ли создать новую Вселенную Теория инфлатонов: можно ли создать новую Вселенную

Способна ли некая сверхцивилизация сформировать дочернюю вселенную?

Популярная механика
6 способов начать разговор с кем угодно 6 способов начать разговор с кем угодно

Больше ты не будешь одиноко стоять в углу на вечеринке филателистов-агностиков!

Maxim
Русский волонтер Русский волонтер

Кто и зачем в нашей стране работает бесплатно

Русский репортер
Школьная учительница бросилась с Ниагарского водопада в бочке Школьная учительница бросилась с Ниагарского водопада в бочке

Чтобы завоевать себе славу, Анна Эдсон решила пойти на отчаянный поступок

Cosmopolitan
7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды 7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды

Какие предметы мужского гардероба лучше отложить подальше

Cosmopolitan
Поэзия Блока Поэзия Блока

Дизайнеры марки Bloc живут в Карраре и не только создают вещи из камня

Seasons of life
Audi отмечает 20-летний юбилей в России Audi отмечает 20-летний юбилей в России

Бренд Audi завоевал симпатии многочисленных российских автолюбителей

Популярная механика
Открыть в приложении