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

Бурлеск Самбурской Бурлеск Самбурской

Актриса, певица, дива, Самбурская, Настасья – все это о ней

Maxim
Как найти идеального тренера Как найти идеального тренера

Список критериев, которые помогут не ошибиться в выборе специалиста по фитнесу

Esquire
Круче Беллуччи Круче Беллуччи

Ирина Дубцова. Столь знойную женщину мы просто обязаны были снять

Maxim
Земля мифов и легенд Земля мифов и легенд

Как отдохнуть не хуже богов Олимпа

Русский репортер
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
Вашим деньгам здесь не место: Британия ответила на «шпионский скандал» Вашим деньгам здесь не место: Британия ответила на «шпионский скандал»

Власти Великобритании высылают российских дипломатов

Forbes
Антисанкционный ответ. Первый тест-драйв новой Lada Vestа Антисанкционный ответ. Первый тест-драйв новой Lada Vestа

Тест-драйв новой Lada Vesta NG за 1,24 млн рублей

РБК
Набор качеств Набор качеств

Борис Минаев — о вымирающем виде мужчин

GQ
Рождение и гибель мегаполисов Рождение и гибель мегаполисов

Почему Вавилон пришел в упадок?

Вокруг света
Везение в особо крупных размерах – 2 Везение в особо крупных размерах – 2

Рецепт славы прост: надо в нужное время оказаться в нужном месте

Maxim
Пещера Пещера

Дом в скале, в котором всегда t+20

Seasons of life
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
Viva, Valencia! Viva, Valencia!

Всю Валенсию можно обойти пешком за пару часов

Seasons of life
Духи — орудие соблазна Духи — орудие соблазна

Весна — самое время не только обновить гардероб, но и выбрать новый парфюм

Psychologies
Железный ящик: как в Новой Москве производят несколько миллионов сейфов в год Железный ящик: как в Новой Москве производят несколько миллионов сейфов в год

Фоторепортаж о том, как работает завод по производству металлических сейфов

Forbes
Городские легенды Городские легенды

Нью-йоркская квартира певца и композитора Джона Ледженда

AD
Место под кольцами Место под кольцами

Почему для России 13-е место в медальном зачете — не поражение

Огонёк
Модная революция 90-х определяет и нынешний сезон Модная революция 90-х определяет и нынешний сезон

Главные черты десятилетия, покончившего с диктатом моды

Vogue
Город Город

Берлин – лоскутное одеяло на карте Германии

Esquire
Стихийная застройка Стихийная застройка

Что посмотреть в Венеции, Брюгге, Амстердаме, Удайпуре и Гетеборге

GQ
Трагедии вундеркиндов СССР: одаренные дети, погибшие и покончившие с собой Трагедии вундеркиндов СССР: одаренные дети, погибшие и покончившие с собой

Они светили очень ярко - и быстро сгорели

Cosmopolitan
Жажда путешествий: тест BMW 630d xDrive GT Жажда путешествий: тест BMW 630d xDrive GT

Лифтбек, ранее известный как «пятёрка» Gran Turismo

Популярная механика
Илоново дело Илоново дело

Под давлением космических амбиций хайтек мифология пошла первыми трещинами

Quattroruote
Без ума от любви Без ума от любви

Наша эпоха избегает страдания и склоняется к гедонизму

Psychologies
Путин побеждает с рекордным результатом, Грудинин занимает второе место Путин побеждает с рекордным результатом, Грудинин занимает второе место

Выборы президента России завершаются победой Владимира Путина

Forbes
B поисках инопланетян: чем занимается проект SETI B поисках инопланетян: чем занимается проект SETI

В этом году проекту поиска внеземного разума SETI исполнится уже 58 лет

Популярная механика
Как по-модному провести «весенние» праздничные выходные в Москве Как по-модному провести «весенние» праздничные выходные в Москве

На выставке Верещагина, во флоатинг-кушетке и с дюжиной устриц

Vogue
Собрать совком Собрать совком

Сергей и Дмитрий Хотимские создали четвертый по размеру активов частный банк

Forbes
«Я не хочу быть звездой. Я хочу, чтобы свалку закрыли» «Я не хочу быть звездой. Я хочу, чтобы свалку закрыли»

История Тани Лозовой, той самой «девочки из Волоколамска»

Esquire
Тайна замедленного действия Тайна замедленного действия

В каждой семье и у каждого человека есть секреты

Psychologies
Открыть в приложении