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
Подведены итоги X Всероссийского технологического фестиваля PROFEST Подведены итоги X Всероссийского технологического фестиваля PROFEST

Фонд Олега Дерипаски «Вольное Дело» сообщает об итогах фестиваля

Популярная механика
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
Положительно заряженные Положительно заряженные

Fiat 500 и Smart Forfour доказывают свое право на существование

АвтоМир
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
Окаменей! Окаменей!

Как превратить деревянные подсвечники в каменные

Seasons of life
Как изменится жизнь, если бросить пить? Объяснение и советы Как изменится жизнь, если бросить пить? Объяснение и советы

Сэкономить денег и улучшить настроение: что подарит отказ от алкоголя?

ТехИнсайдер
Бедность не игрок. О новом фильме Спилберга Бедность не игрок. О новом фильме Спилберга

На экраны вышел новый фильм Стивена Спилберга «Первому игроку приготовиться»

СНОБ
Японский кавалер Японский кавалер

По иностранным наградам можно легко проследить изменения внешней политики России

Дилетант
Царь-выборы Царь-выборы

Как изменится наша политическая система к 2024 году

Русский репортер
Одеться как герои фильма «Талантливый мистер Рипли» Одеться как герои фильма «Талантливый мистер Рипли»

Советуем обратить внимание на образы Дикки Гринлифа и Тома Рипли

Vogue
Без ума от любви Без ума от любви

Наша эпоха избегает страдания и склоняется к гедонизму

Psychologies
Второе пришествие: тест Volvo XC60 D4 Второе пришествие: тест Volvo XC60 D4

Самый продаваемый «Вольво» во всём мире

Популярная механика
Счастье есть Счастье есть

Счастливая квартира в Минске от архитекторов бюро “Бахарев и партнеры”

AD
Идолы Идолы

Дожди и ветра оставили причудливые фигуры, которым поклонялись люди

Seasons of life
Секретный ингредиент Секретный ингредиент

Обыкновенная тыква поможет решить множество проблем!

Лиза
Валентин Зубков Валентин Зубков

Яхтсмен о разнице между девушками и вулканами, беженцами и шампанским

GQ
Хозяйка гостиницы Хозяйка гостиницы

Пять лет назад писатель Дина Сабитова полностью изменила жизнь

Домашний Очаг
Нервы шалят! Почему я срываюсь? Нервы шалят! Почему я срываюсь?

Как справиться с расшалившимися нервами

9 месяцев
Renault Kangoo. На конвейере с 2008 года Renault Kangoo. На конвейере с 2008 года

Стоит ли искать подобный автомобиль на отечественном вторичном рынке

АвтоМир
«Это ведь не боевые действия». Путин прилетел в Кемерово на место трагедии «Это ведь не боевые действия». Путин прилетел в Кемерово на место трагедии

Во время пожара в ТЦ «Зимняя вишня» погибли не менее 64 человек

Forbes
Как взлетают дирижабли Как взлетают дирижабли

Увидеть в небе дирижабль – невероятная в наши дни удача

Популярная механика
«КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят» «КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят»

«Каста» о том, как им удается оставаться актуальными, не изменяя самим себе

Esquire
Железный ящик: как в Новой Москве производят несколько миллионов сейфов в год Железный ящик: как в Новой Москве производят несколько миллионов сейфов в год

Фоторепортаж о том, как работает завод по производству металлических сейфов

Forbes
Робот вместо отдела кадров Робот вместо отдела кадров

Цифровая эпоха переворачивает представление о рабочих буднях

CHIP
Тайна замедленного действия Тайна замедленного действия

В каждой семье и у каждого человека есть секреты

Psychologies
Генетические аномалии: люди, не чувствующие боли и видящие без глаз Генетические аномалии: люди, не чувствующие боли и видящие без глаз

Порой природа вторгается в набор чувств, и тогда происходят странные вещи

Популярная механика
Слуги двух господ Слуги двух господ

Сравниваем классическую мебель и новинки в современном дизайне

AD
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
От скромной студентки до гламурной дивы: как менялся стиль Алёны Шишковой От скромной студентки до гламурной дивы: как менялся стиль Алёны Шишковой

Имя Алёны Шишковой не сходит со страниц светской хроники

Cosmopolitan
Открыть в приложении