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
Естественные дети Естественные дети

В чем особенности «естественного» подхода к воспитанию

Домашний Очаг
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
Собирать камни Собирать камни

Искусственные камни, камни-арт-объекты и конструкции, напоминающие метеориты

Seasons of life
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
Михаил Полицеймако: Не надо мечтать о работе, она придет сама! Михаил Полицеймако: Не надо мечтать о работе, она придет сама!

Интервью с актером, телеведущим и шоуменом Михаилом Полицеймако

Лиза
Машины из параллельного импорта подорожали: когда и как можно сэкономить Машины из параллельного импорта подорожали: когда и как можно сэкономить

Что привело к падению объемов параллельного импорта автомобилей

РБК
Это просто детский сад какой-то! Это просто детский сад какой-то!

Что влияет на решение родителей, отдавать ли ребенка в детсад

Psychologies
Тутанхамон придет за тобой: как появилась легенда о Тутанхамон придет за тобой: как появилась легенда о

Существует ли проклятие фараонов на самом деле?

Esquire
Почему недоедание продлевает жизнь? (и так ли это) Почему недоедание продлевает жизнь? (и так ли это)

Интерес к старой идее о продлении жизни за счет уменьшения порций не угасает

Популярная механика
Хозяйка гостиницы Хозяйка гостиницы

Пять лет назад писатель Дина Сабитова полностью изменила жизнь

Домашний Очаг
Умирать, так с музыкой: странная традиция стриптиза на похоронах Умирать, так с музыкой: странная традиция стриптиза на похоронах

Китайские власти пытаются запретить вызывать стриптизерш… на похороны

Cosmopolitan
Найдена галактика без темной материи Найдена галактика без темной материи

Специалисты обнаружили необычную галактику, в которой темная материя отсутствует

Популярная механика
Большая маленькая Риз Большая маленькая Риз

Риз Уизерспун. Откуда столько энергии в человеке ростом 156 см?

Добрые советы
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
Весёлые роботы Немо Голда Весёлые роботы Немо Голда

Немо Голд за год делает не меньше двадцати электрических и механических роботов

Популярная механика
Равенство или патриархат? Равенство или патриархат?

Есть три типа счастливого брака – традиционный, партнерский и восточный

Лиза
Война по расписанию: что значит для Кремля окрик из Лондона Война по расписанию: что значит для Кремля окрик из Лондона

Обострение отношений с Великобританией выгодно Кремлю

Forbes
Хижина дяди Тома Хижина дяди Тома

Том Форд переехал в Лос-Анджелес и прислал нам оттуда селфи

Tatler
Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших! Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших!

Цифровые технологии дошли и до российского автомотоспорта

Популярная механика
MBFW, день четвертый MBFW, день четвертый

3 самых женственных показа Недели моды

Cosmopolitan
Спецслужбы-дилетанты: как на самом деле убивает «Новичок» Спецслужбы-дилетанты: как на самом деле убивает «Новичок»

Насколько реальна версия Терезы Мэй об отравлении Скрипалей

Forbes
«Жена и дочь в детской, а я в капсуле» «Жена и дочь в детской, а я в капсуле»

Солист PIZZ’ы Сергей Приказчиков не любит отрываться и даже это слово не любит

Playboy
Набор качеств Набор качеств

Борис Минаев — о вымирающем виде мужчин

GQ
Гостиная Гостиная

Наше досье — о том, как сделать гостиную универсальной

AD
Путин побеждает с рекордным результатом, Грудинин занимает второе место Путин побеждает с рекордным результатом, Грудинин занимает второе место

Выборы президента России завершаются победой Владимира Путина

Forbes
«Писать хайку — все равно что медитировать» «Писать хайку — все равно что медитировать»

Древнее японское искусство хайку и сегодня пользуется успехом

Psychologies
Херон Престон: “Я не хотел делать политическое заявление, но я его сделал, использовав фотографию Путина” Херон Престон: “Я не хотел делать политическое заявление, но я его сделал, использовав фотографию Путина”

Американский дизайнер рассказал Esquire о своей новой коллекции для "KM20"

Esquire
Все достало! Все достало!

За последний век количество неврозов в мире официально выросло в 50 раз

Добрые советы
Топ-10 выходов MBFW: лучшие образы московских модников и как их повторить Топ-10 выходов MBFW: лучшие образы московских модников и как их повторить

Мы выбрали 10 наиболее примечательных образов

Cosmopolitan
Открыть в приложении