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
Как защитить малыша от простуд? Как защитить малыша от простуд?

Что такое иммунитет и как его можно укрепить?

9 месяцев
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
Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками? Виктория Романец, Оксана Самойлова и другие: кто любит хвастаться подарками?

Осторожно! Уровень роскоши в материале зашкаливает!

Cosmopolitan
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
Избыточный вес: принципы питания Избыточный вес: принципы питания

Лишний вес у будущей мамы может негативно сказаться на течении беременности

9 месяцев
Семь причин выпадения волос Семь причин выпадения волос

Почему волос становится в разы меньше, они тускнеют и редеют?

Здоровье
СК признал сгоревший торговый центр «Зимняя вишня» самовольной постройкой СК признал сгоревший торговый центр «Зимняя вишня» самовольной постройкой

Родственники погибших направили в прокуратуру жалобу на пожарных

Forbes
Пятый элемент. Физики обнаружили неведомую силу природы Пятый элемент. Физики обнаружили неведомую силу природы

Возможно, в физике скоро появится пятое фундаментальное взаимодействие

СНОБ
Святая простота Святая простота

В гостях у бельгийского коллекционера Акселя Вервордта

The Rake
Самые красивые, экологичные и быстрые автомобили Женевы-2018 Самые красивые, экологичные и быстрые автомобили Женевы-2018

Главные премьеры Женевского автосалона

Forbes
Одеться как героиня фильма Уэса Андерсона Одеться как героиня фильма Уэса Андерсона

Одежда романтичных и рисковых девушек, которым море по колено и горы по плечо

Vogue
5 способов сэкономить за границей 5 способов сэкономить за границей

Как сэкономить на простых вещах, не потеряв при этом в комфорте

Cosmopolitan
Идея! Идея!

Татуировки, вино и яды

Maxim
«Поощряйте их бунт. Они — наши лучшие союзники» «Поощряйте их бунт. Они — наши лучшие союзники»

Школьный учитель ради эксперимента установила в классе тоталитарный режим

Esquire
Высокого полета Высокого полета

Нынешний год для Audi начинается с ярких премьер

АвтоМир
Российские ученые создали синтетическую Российские ученые создали синтетическую

Российские ученые научились создавать материалы с заданными свойствами

Популярная механика
Богатство выбора. Самые состоятельные конкуренты Владимира Путина Богатство выбора. Самые состоятельные конкуренты Владимира Путина

18 марта в России проходят выборы президента

Forbes
Viva, Valencia! Viva, Valencia!

Всю Валенсию можно обойти пешком за пару часов

Seasons of life
Самая модная девушка в красном — Бланка Миро Самая модная девушка в красном — Бланка Миро

Стилист — о моде, родной Барселоне и главных цветах весны

Vogue
Любовь на острие бритвы Любовь на острие бритвы

Катрин Денев и Марчелло Мастроянни

Лиза
7 величайших двойных агентов в истории! 7 величайших двойных агентов в истории!

Люди, получавшие зарплату в кассах двух враждующих спецслужб, — кто они?

Maxim
Фрэнсис Макдорманд: да, нет, знаю Фрэнсис Макдорманд: да, нет, знаю

Фрэнсис Макдорманд поделилась своими мыслями

Glamour
Москва заплатит: Украина разорвала программу экономического сотрудничества с Россией Москва заплатит: Украина разорвала программу экономического сотрудничества с Россией

Товарооборот между двумя странами сократился с 2013 по 2016 год в четыре раза

Forbes
10 внедорожников компании Lamborghini 10 внедорожников компании Lamborghini

Немногие помнят внедорожник Lamborghini LM002

Популярная механика
Mitsubishi Pajero Sport Mitsubishi Pajero Sport

Mitsubishi добавил к традиционным ценностям несколько новых способностей

Quattroruote
Правила жизни Эммы Стоун Правила жизни Эммы Стоун

Актриса Эмма Стоун делится своими мыслями

Esquire
Миллиардер Илон Маск предсказал планете «новые темные времена» Миллиардер Илон Маск предсказал планете «новые темные времена»

Илон Маск рассказал, как будет проходить колонизация Марса

Forbes
Прототипы Прототипы

«Умная» камера от московского стартапа учит трюкам сноубордистов из США

РБК
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
Открыть в приложении