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

Диван желаний Диван желаний

Татьяна Бабенкова из сериала и фильма «Полицейский с Рублевки»

Maxim
Кук и гик Кук и гик

Знакомимся с Оливией Кук, которая играет главную роль в новом фильме Спилберга

Vogue
Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие Используй ложку и телефон: 20 способов доставить себе удовольствие

Двадцать разных способов мастурбации на любой вкус и цвет

Cosmopolitan
Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
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
Секретный ингредиент Секретный ингредиент

Обыкновенная тыква поможет решить множество проблем!

Лиза
Как определить твою совместимость с мужчиной по рукам: рассказывает эксперт по чтению рук Как определить твою совместимость с мужчиной по рукам: рассказывает эксперт по чтению рук

Как определить вашу совместимость, посмотрев на руки

VOICE
Картина весны Картина весны

В его блюдах честность и глубина Nordic Cuisine и узнаваемые русские архетипы

Seasons of life
Станция «Динамо» Станция «Динамо»

Анекдоты про жен, отлынивающих от секса, пора переписывать

Добрые советы
Фрэнсис Макдорманд: да, нет, знаю Фрэнсис Макдорманд: да, нет, знаю

Фрэнсис Макдорманд поделилась своими мыслями

Glamour
Потерянное покорение Потерянное покорение

Леденящая до самых потрохов легенда о сгинувшей полярной экспедиции

Maxim
Техника Гуцериева: зачем миллиардер объединяет «М.Видео» и «Эльдорадо» Техника Гуцериева: зачем миллиардер объединяет «М.Видео» и «Эльдорадо»

Объединенная компания займет 25% рынка продаж бытовой техники

Forbes
Котлета из пробирки. Может ли вегетарианец есть мясо? Котлета из пробирки. Может ли вегетарианец есть мясо?

Как ученые научились выращивать мясо в лаборатории

СНОБ
Книга перемен Книга перемен

Нью-йоркская квартира актрисы Джулианн Мур

AD
Русский волонтер Русский волонтер

Кто и зачем в нашей стране работает бесплатно

Русский репортер
Приготовить себя. Что такое «Зеркало Карлоса Сантоса» и как оно создавалось Приготовить себя. Что такое «Зеркало Карлоса Сантоса» и как оно создавалось

В Москве начал работать «ресторан в трех действиях» «Зеркало Карлоса Сантоса»

СНОБ
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
Русский стиль в изгнании: как одеваются наши девушки в разных странах Русский стиль в изгнании: как одеваются наши девушки в разных странах

Что же такое русский стиль и как сохранить идентификацию вдали от родины

Cosmopolitan
Холодный расчет: сможет ли Великобритания отказаться от российского газа Холодный расчет: сможет ли Великобритания отказаться от российского газа

Нанесет ли подобное решение вред потребителям

Forbes
Выхода нет. Почему люди не могли выбраться из горящей «Зимней Вишни» Выхода нет. Почему люди не могли выбраться из горящей «Зимней Вишни»

Что известно о пожаре в Кемерово

Forbes
Зачем платить психологу? Зачем платить психологу?

Большинство россиян не доверяют психологам

СНОБ
Медитация на Луне Медитация на Луне

Фантастические пейзажи Исландии пленяют с первого взгляда

Psychologies
Граждане мира: состоятельные люди придумали новый способ не платить налоги Граждане мира: состоятельные люди придумали новый способ не платить налоги

Получение второго гражданства объясняется попытками минимизировать налоги

Forbes
На плоскости На плоскости

Всё про три анатомические плоскости движения

Yoga Journal
Алексей Франдетти: «Самое дорогое, что у меня есть на сегодняшний день, — это моя репутация» Алексей Франдетти: «Самое дорогое, что у меня есть на сегодняшний день, — это моя репутация»

За плечами режиссера — аншлаговые постановки во всех крупных театрах страны

Esquire
Одним талантом сыт (не) будешь Одним талантом сыт (не) будешь

Истории героев, открывших в себе неожиданный дар

Psychologies
10 абсолютно тошнотворных коктейлей 10 абсолютно тошнотворных коктейлей

Гостям достаточно будет увидеть один из этих коктейлей и узнать его название

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

Телеграм-канал, который отслеживает всю систему координат

Esquire
10 миллиардеров с наибольшими доходами — 2018. Рейтинг Forbes 10 миллиардеров с наибольшими доходами — 2018. Рейтинг Forbes

Миллиардеры,которые заработали на продаже активов и дивидендах более  $10,7 млрд

Forbes
Играющий тренер Играющий тренер

Режиссерский дебют Данилы Козловского

GQ
Открыть в приложении