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

Miss MAXIM 2019 Miss MAXIM 2019

Марафон красоты длиной в пять месяцев финишировал!

Maxim
Из Ханоя в Халонг Из Ханоя в Халонг

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

АвтоМир
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
Этнографический музей Этнографический музей

Уровень этники в интерьере зависит только от вас

AD
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Артур Хачуян Артур Хачуян

Артур Хачуян – создатель главного российского BigData-алгоритма

Esquire
Сахар, ты где? Сахар, ты где?

Как производители маскируют сахар в своих продуктах

Лиза
Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен» Кнопка о двух концах. Чем мы рискуем, нажимая «я согласен»

Как крупные корпорации анализируют личные данные пользователей

СНОБ
Свой монастырь Свой монастырь

История возникновения отшельничества

Вокруг света
Без границ Без границ

Прекрасная актриса Аглая Тарасова, которая стала известной благодаря сериалам

OK!
Работа для патриота Работа для патриота

Как заставить государство объясниться с собственными гражданами?

СНОБ
Буря в пустыне Буря в пустыне

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

Vogue
Ваза и надстройка Ваза и надстройка

Москвичка Кристина Краснянская отмечает юбилей своей галереи

Vogue
Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа Июнь Ли: Добрее одиночества. Фрагмент романа

Отрывок из истории трех людей, жизнь которых резко переменилась

СНОБ
Инопланетяне под лупой Инопланетяне под лупой

О том, как рассматривать далекие планеты, чтобы не попасть впросак

СНОБ
Окно в Азию Окно в Азию

67‑метровая московская квартира с азиатскими мотивами

AD
Audi RS5 Audi RS5

Легкость купе в повседневной жизни не затмевает его истинного предназначения

Quattroruote
С пряным акцентом С пряным акцентом

Азиатские соусы на твоем столе

Лиза
Алексей Герман Мл. Алексей Герман Мл.

Как и для чего Алексей Герман-младший снял кино про Сергея Довлатова

Maxim
50 самых стильных иностранцев в 2018 году 50 самых стильных иностранцев в 2018 году

Те, кто заработал себе место в списке самых стильных иностранцев

GQ
Битва городов Битва городов

Где же все-таки лучше и дешевле отдыхать?

Лиза
Алексей Миранчук Алексей Миранчук

Новая надежда российского футбола

Esquire
50 самых стильных мужчин России в 2018 году 50 самых стильных мужчин России в 2018 году

За этой половиной списка 100 стильных мы наблюдаем с особенной гордостью

GQ
Квантовая революция Квантовая революция

В ближайшие десять лет принципиально изменится принцип работы компьютеров

CHIP
Некоторые женятся Некоторые женятся

Что заставляет людей быть вместе и чего ждать от брака в будущем?

Psychologies
Владимир Качан. Про друга Владимир Качан. Про друга

Морально я был готов к Мишиной смерти, но известие о ней все равно прибило

Караван историй
Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс” Диана Крюгер: “Производство кино в Америке — очень большой и обезличенный процесс”

Диана Крюгер рассказала о том, каково это — впервые  сыграть на родном языке

Esquire
Через тернии в отпуск Через тернии в отпуск

Александр Петров — о растущей популярности и своих новых ролях

Glamour
«Небоевые потери». От чего умирают солдаты элитной российской дивизии «Небоевые потери». От чего умирают солдаты элитной российской дивизии

В прошлом году в Кантемировской дивизии погибли четыре военнослужащих

СНОБ
43 способа сэкономить время и деньги 43 способа сэкономить время и деньги

Советы для тех, кто готовит каждый день

Домашний Очаг
Открыть в приложении