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

Старость – не данность Старость – не данность

Можно ли на самом деле хотя бы замедлить старение?

Вокруг света
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
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Центр перемен Центр перемен

Переживите времена перемен, научившись использовать силу чакр

Yoga Journal
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
Дом для миллиардера Дом для миллиардера

Кирилл Писарев зарабатывает на элитной недвижимости по всему миру

Forbes
Стать лучше! Стать лучше!

15 практик для построения продуктивных отношений на работе

kiozk originals
С вещами на выход: восемь российских бизнесменов покинули глобальный рейтинг Forbes С вещами на выход: восемь российских бизнесменов покинули глобальный рейтинг Forbes

Кто покинул список долларовых миллиардеров

Forbes
Больше пены Больше пены

Что такое пена с точки зрения химии?

Наука и жизнь
Генриетта Лакс - первый и единственный бессмертный человек Генриетта Лакс - первый и единственный бессмертный человек

В большую науку эти клетки попали совершенно неожиданно

Популярная механика
Евангелие от сельдерея Евангелие от сельдерея

Орторексия – болезненная зависимость от здоровой еды

Maxim
«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
О самом важном: Ольга Михайловская подводит итоги Mercedes-Benz Fashion Week Russia О самом важном: Ольга Михайловская подводит итоги Mercedes-Benz Fashion Week Russia

Африканские мотивы, технологичные материалы и талантливые дизайнеры-новички

Vogue
Давление в погонах: бизнесмен Вадим Варшавский арестован по делу о мошенничестве Давление в погонах: бизнесмен Вадим Варшавский арестован по делу о мошенничестве

Бизнесмен подозревается в хищении кредита банка «Петрокоммерц»

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
Медитация на Луне Медитация на Луне

Фантастические пейзажи Исландии пленяют с первого взгляда

Psychologies
Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших! Новый сайт для онлайн-мониторинга российских ралли: болеем за наших!

Цифровые технологии дошли и до российского автомотоспорта

Популярная механика
Хоакин Феникс Хоакин Феникс

Правила жизни Хоакина Феникса

Esquire
Марго Робби — самая темпераментная актриса поколения Марго Робби — самая темпераментная актриса поколения

Она сбежала из Голливуда в пустынную глушь, чтобы не отвлекаться от кино

Vogue
День открытых дверей День открытых дверей

Дизайнер Шарлотта де Файе — о своей жизни в потайном сердце французской столицы

Vogue
Город Город

Берлин – лоскутное одеяло на карте Германии

Esquire
Из Ханоя в Халонг Из Ханоя в Халонг

Бухта Халонг из тех мест на нашей планете, которое определенно стоит посетить

АвтоМир
Это просто детский сад какой-то! Это просто детский сад какой-то!

Что влияет на решение родителей, отдавать ли ребенка в детсад

Psychologies
Американская мечта Американская мечта

Жилая резиденция в Москве — воплощенная мечта любителей американского стиля

AD
Стадион Стадион

Победы, поражения, ожидаемые события

Огонёк
Демографическая яма. В России сократят срок выдачи материнского капитала Демографическая яма. В России сократят срок выдачи материнского капитала

Уровень рождаемости в России за год снизился на 10,9%

Forbes
На пути к миллиардам: как люди делали состояния в разные эпохи На пути к миллиардам: как люди делали состояния в разные эпохи

Тем не менее, списки богатейших людей истории составлялись неоднократно

Forbes
Технократ Технократ

Первый тест нового немецкого Audi A7 Gran Turismo

АвтоМир
Большая маленькая Риз Большая маленькая Риз

Риз Уизерспун. Откуда столько энергии в человеке ростом 156 см?

Добрые советы
Дети Арбата Дети Арбата

Трехэтажная квартира в арбатских переулках превратилась в арт‑пространство

AD
Открыть в приложении