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

6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Алексей Чадов: Бывших жен не бывает Алексей Чадов: Бывших жен не бывает

Алексей стал телеведущим вместе с бывшей женой Агнией Дитковските

Лиза
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
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
Путешествия как искусство Путешествия как искусство

Планирование путешествия — не менее захватывающее занятие, чем сама поездка

CHIP
Ты тоже можешь: история восьми гениальных изобретений Ты тоже можешь: история восьми гениальных изобретений

У всех нас есть набор кухонной техники, существенно упрощающий жизнь

Популярная механика
Вершина озера Вершина озера

Где остановиться в Бурятии и Иркутске, планируя путешествие на Байкал

GQ
Я всегда с собой беру видеокамеру Я всегда с собой беру видеокамеру

Что привлекает пользователей сервиса коротких видео «ТикТок»

Psychologies
Леся Кафельникова рассказала о наркозависимости и суициде на шоу «Пусть говорят» Леся Кафельникова рассказала о наркозависимости и суициде на шоу «Пусть говорят»

История дочери теннисиста Евгения Кафельникова

Cosmopolitan
«Как ребенок-ЭКО я доказала свое право на жизнь» «Как ребенок-ЭКО я доказала свое право на жизнь»

Евгения Дьяченко — старшая из детей-ЭКО на постсоветском пространстве

Psychologies
Что съесть, чтобы летом стать звездой пляжа Что съесть, чтобы летом стать звездой пляжа

Можно приложить минимум усилий и летом быть королевой

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

Древнее японское искусство хайку и сегодня пользуется успехом

Psychologies
Фильмы, которые мы смотрим в марте (и альтернативы к ним) Фильмы, которые мы смотрим в марте (и альтернативы к ним)

О новых фильмах марта и похожие, которые можно посмотреть не выходя из дома

Esquire
Нарядный выход Нарядный выход

Оригинальная идея подачи яиц к праздничному пасхальному столу

Лиза
Цифры из будущего. Россию ждет рост зарплат и сильный рубль Цифры из будущего. Россию ждет рост зарплат и сильный рубль

На какие параметры могут опираться инвесторы в этом году

Forbes
Некомплект: откровенная история женщины, родившейся без вагины и матки Некомплект: откровенная история женщины, родившейся без вагины и матки

20-летняя британка Таша Бишоп рассказывает свою необычную историю

Cosmopolitan
10 внедорожников компании Lamborghini 10 внедорожников компании Lamborghini

Немногие помнят внедорожник Lamborghini LM002

Популярная механика
Куда летим? Куда летим?

Таллин и Рига: рассказываем о прибалтийских столицах

Лиза
Почему «Оскар» за лучший фильм должны взять «Три билборда» Почему «Оскар» за лучший фильм должны взять «Три билборда»

Главная интрига грядущего «Оскара»

Esquire
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
Приложения для зимнего отдыха Приложения для зимнего отдыха

Полезные мобильные приложения для зимнего отдыха

CHIP
Икигай: 5 принципов счастья по-японски Икигай: 5 принципов счастья по-японски

Изучение концепций счастья в разных странах сегодня невероятно популярно

Psychologies
Идея! Идея!

Татуировки, вино и яды

Maxim
Жизнь без границ Жизнь без границ

Влад и Рита Соколовские: «Мы рушим все стереотипы»

OK!
Сергей Корзун: Песков понимал, что запись попадет в соцсети Сергей Корзун: Песков понимал, что запись попадет в соцсети

Интервью с руководителем программы «Журналистика» НИУ ВШЭ Сергеем Корзуном

СНОБ
«Солнце и знойный мужчина — что еще нужно женщине!» «Солнце и знойный мужчина — что еще нужно женщине!»

Певицы арт-группы «SOPRANO Турецкого» легко могли бы покорять модные подиумы

Playboy
Тайна замедленного действия Тайна замедленного действия

В каждой семье и у каждого человека есть секреты

Psychologies
Спорт для будущих мам: что можно и нельзя Спорт для будущих мам: что можно и нельзя

Можно совмещать занятия спортом с новым положением?

9 месяцев
Римский профиль Римский профиль

Выразительность архитектуры состоит из множества слагаемых

Seasons of life
Открыть в приложении