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

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
10 малоизвестных производителей самолётов Италии 10 малоизвестных производителей самолётов Италии

Обзор современных итальянских авиастроителей

Популярная механика
Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога Как повысить самооценку и обрести уверенность? 11 советов психолога

Заниженная самооценка мешает нам строить здоровые отношения и карьеру

Psychologies
Опущен занавес Опущен занавес

Как не ошибиться и выбрать правильные шторы?

Лиза
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
Вершина озера Вершина озера

Где остановиться в Бурятии и Иркутске, планируя путешествие на Байкал

GQ
9 лучших кукольных советских мультфильмов 9 лучших кукольных советских мультфильмов

Кукольные мультфильмы из СССР, которые вы посмотрите с удовольствием

Maxim
Икигай: 5 принципов счастья по-японски Икигай: 5 принципов счастья по-японски

Изучение концепций счастья в разных странах сегодня невероятно популярно

Psychologies
Соль фа. Что такое фашизм и почему он не нужен ни в каком виде Соль фа. Что такое фашизм и почему он не нужен ни в каком виде

Что представляет собой фашизм с философской и идеологической точки зрения

Maxim
Как Вирджил Абло, архитектор, диджей и выскочка, стал крутым дизайнером Как Вирджил Абло, архитектор, диджей и выскочка, стал крутым дизайнером

Назначение Вирджила Абло в Louis Vuitton – очень верное решение

GQ
«Корю себя за глупость» «Корю себя за глупость»

4 истории об отрицании ВИЧ и отказе от прививок

СНОБ
7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды 7 предметов мужского гардероба, которые окончательно вышли из моды

Какие предметы мужского гардероба лучше отложить подальше

Cosmopolitan
Все Будде хорошо Все Будде хорошо

Золото Мьянмы: путешествие из Янгона в Мандалай и Баган

The Rake
Что подростки на самом деле думают о политике Что подростки на самом деле думают о политике

Психолог поговорила с детьми о политике и делится результатами этого опроса

СНОБ
Поэзия Блока Поэзия Блока

Дизайнеры марки Bloc живут в Карраре и не только создают вещи из камня

Seasons of life
Михаил Зыгарь: Карта истории Михаил Зыгарь: Карта истории

О том, как этот проект позволяет посмотреть на события прошлого

СНОБ
Честь суши Честь суши

Семь мест для отдыха на Средиземном море

GQ
Играющий тренер Играющий тренер

Режиссерский дебют Данилы Козловского

GQ
Женя Медведева: «Если тяжело — делай еще больше» Женя Медведева: «Если тяжело — делай еще больше»

Женя Медведева о том, как пережить стресс, о своем графике и бьюти-лайфхаках

Vogue
Культурная нейронаука Культурная нейронаука

Как прогресс меняет нашу психику и мозг

Русский репортер
10 внедорожников компании Lamborghini 10 внедорожников компании Lamborghini

Немногие помнят внедорожник Lamborghini LM002

Популярная механика
Рецепты с туманного Альбиона Рецепты с туманного Альбиона

Английская национальная кухня считается достаточно консервативной

9 месяцев
Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов Как обогащают уран: метод центрифужного разделения изотопов

Завод, на котором обогащать уран стали методом центрифужного разделения изотопов

Популярная механика
Давай протанцуем кризис Давай протанцуем кризис

Понять друг друга можно не только с помощью слов

Psychologies
Культурные ценности, которые мы потеряли из-за собственного кретинизма Культурные ценности, которые мы потеряли из-за собственного кретинизма

В природе все уравновешено и гармонично

Maxim
Нашествие чужаков Нашествие чужаков

Канадский бобр, борщевик, ротан и другие угрозы

Огонёк
Валентин Зубков Валентин Зубков

Яхтсмен о разнице между девушками и вулканами, беженцами и шампанским

GQ
Оливия Кук — юная звезда Стивена Спилберга Оливия Кук — юная звезда Стивена Спилберга

«Первому игроку приготовиться» выходит в прокат

Vogue
«Чувствую себя на 45 – пока не прохожу мимо зеркала» «Чувствую себя на 45 – пока не прохожу мимо зеркала»

Сегодня в свои 65 лет Нисон демонстрирует наилучшую форму

Playboy
Главу района побили, губернатора закидали снежками. Ситуация в Волоколамске обостряется Главу района побили, губернатора закидали снежками. Ситуация в Волоколамске обостряется

В Волоколамском районе произошел очередной выброс сероводорода

СНОБ
Открыть в приложении