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

Как эффективно разогнать мозг: советы невролога Как эффективно разогнать мозг: советы невролога

У нас такой же мозг, как у людей, которые придумали теорию струн и баночное пиво

Maxim
Все Будде хорошо Все Будде хорошо

Золото Мьянмы: путешествие из Янгона в Мандалай и Баган

The Rake
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Ножи и вилки, все по местам Ножи и вилки, все по местам

Делимся полезными советами по хранению столовых приборов. Бери на заметку

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
Любовь Толкалина, Маша Цигаль и другие отметили 15 лет салона красоты «Саванна» Любовь Толкалина, Маша Цигаль и другие отметили 15 лет салона красоты «Саванна»

«Саванна» уже давно стала излюбленным местом светских героинь

Cosmopolitan
«Пора остепениться»: правда ли мы становимся интровертами с возрастом — новые доказательства «Пора остепениться»: правда ли мы становимся интровертами с возрастом — новые доказательства

Многие замечают, что со временем все больше погружаются в себя. Почему так?

Psychologies
Слуги двух господ Слуги двух господ

Сравниваем классическую мебель и новинки в современном дизайне

AD
Пожалуйста, потрогайте экспонаты. Что делают музеи, чтобы мы в них ходили Пожалуйста, потрогайте экспонаты. Что делают музеи, чтобы мы в них ходили

Сегодня музеи конкурируют не с другими музеями и даже не с телевизором

СНОБ
Младший сын Младший сын

Величайший монарх русской истории не имел почти никаких шансов взойти на престол

Дилетант
Рейтинг всех частей Рейтинг всех частей

У каждого поклонника саги есть такой список

Esquire
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
Российские физики смоделировали марсианскую зиму Российские физики смоделировали марсианскую зиму

Лето на Марсе дождливое, а зима солнечная

Популярная механика
Илон Маск. Марсианин Илон Маск. Марсианин

Следующий шаг Илона Маска - наладить на Красную планету доставку астронавтов

Караван историй
Базовый гардероб: за и против Базовый гардероб: за и против

Что делать, чтобы не оказаться в универсальном модном тупике

Cosmopolitan
12 апостолов: «Футляр от виолончели» 12 апостолов: «Футляр от виолончели»

Телеграм-канал, который отслеживает всю систему координат

Esquire
Действуем по ситуации Действуем по ситуации

Когда статус «Все сложно» соответствует вашим отношениям

Cosmopolitan
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
Фотографии Марселя Крайста: как сфотографировать взрыв Фотографии Марселя Крайста: как сфотографировать взрыв

Марсель Крайст все снимает «вживую». Главное – правильно поймать момент

Популярная механика
Стихийная застройка Стихийная застройка

Что посмотреть в Венеции, Брюгге, Амстердаме, Удайпуре и Гетеборге

GQ
Найдена галактика без темной материи Найдена галактика без темной материи

Специалисты обнаружили необычную галактику, в которой темная материя отсутствует

Популярная механика
Фарерские острова: холодная жемчужина Атлантики Фарерские острова: холодная жемчужина Атлантики

Если вы хотите совершить путешествие на край Земли

Esquire
Девушка с татуировкой Девушка с татуировкой

Анжелина Джоли рассказала о жизни во Франции и воспитании детей

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

Главная интрига грядущего «Оскара»

Esquire
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
Почему в «Фотоувеличении» Антониони так много моды Почему в «Фотоувеличении» Антониони так много моды

Какую роль играет мода в фильме Микеланджело Антониони

Esquire
MBFW, день четвертый MBFW, день четвертый

3 самых женственных показа Недели моды

Cosmopolitan
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
Сохраняя баланс Сохраняя баланс

Как впустить в жизнь больше радости, равновесия и счастья

Yoga Journal
Комсомольский комсомолец Комсомольский комсомолец

Нами набивают обувь перед хранением с 1934 года!

Maxim
Открыть в приложении