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

Она не боится Она не боится

«Идеальная женщина – это я. Ольга Бузова»

Playboy
Модное родео: 15 способов Модное родео: 15 способов

Как одеться в стиле Дикого Запада

Cosmopolitan
Фортуна любит везучих Фортуна любит везучих

Как гарантированно привлечь удачу без глупых суеверий и магии

Maxim
Почему в «Фотоувеличении» Антониони так много моды Почему в «Фотоувеличении» Антониони так много моды

Какую роль играет мода в фильме Микеланджело Антониони

Esquire
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
Счастье есть Счастье есть

Интуитивное питание. Чего действительно требует организм, понять не так уж легко

Добрые советы
7 фактов о святом Патрике, в которые невозможно поверить 7 фактов о святом Патрике, в которые невозможно поверить

Прекрасные легенды, связанные с днем святого Патрика

Maxim
Все достало! Все достало!

За последний век количество неврозов в мире официально выросло в 50 раз

Добрые советы
Почему ураганы называют женскими именами Почему ураганы называют женскими именами

Откуда пришла мода именовать тропические циклоны

Maxim
Херон Престон: «Я хотел пригласить Путина на свою вечеринку и выпить с ним водки» Херон Престон: «Я хотел пригласить Путина на свою вечеринку и выпить с ним водки»

Дизайнер рассказал Vogue о запуске новой капсульной коллекции

Vogue

Парламентский корреспондент Ольга Чуракова о заседании комиссии по этике

Esquire
Из Ханоя в Халонг Из Ханоя в Халонг

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

АвтоМир
Выстрел в ногу: почему запрет Telegram бесполезен для ФСБ Выстрел в ногу: почему запрет Telegram бесполезен для ФСБ

Спецслужбы всего мира напрасно тратят деньги на слежку

Forbes
В плену стереотипов: почему рекрутеры не нанимают лучших сотрудников В плену стереотипов: почему рекрутеры не нанимают лучших сотрудников

Сфера HR в России полна предрассудков, которые влияют на подбор кадров

Forbes
Игры разума. Как разбогатеть на интеллектуальных викторинах Игры разума. Как разбогатеть на интеллектуальных викторинах

Как удалось превратить домашнее развлечение для друзей в квиз в 25 странах мира

Forbes
Серб и молод Серб и молод

Милош Бикович примерил одежду из последних коллекций

Esquire
«КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят» «КАСТА»: группа, которую «просто тихо любят»

«Каста» о том, как им удается оставаться актуальными, не изменяя самим себе

Esquire
Без ума от любви Без ума от любви

Наша эпоха избегает страдания и склоняется к гедонизму

Psychologies
Богатство выбора. Самые состоятельные конкуренты Владимира Путина Богатство выбора. Самые состоятельные конкуренты Владимира Путина

18 марта в России проходят выборы президента

Forbes
Renault Kangoo. На конвейере с 2008 года Renault Kangoo. На конвейере с 2008 года

Стоит ли искать подобный автомобиль на отечественном вторичном рынке

АвтоМир
Елена Летучая: «Тщеславие — не мой грех» Елена Летучая: «Тщеславие — не мой грех»

Телеведущая Елена Летучая примеряет образ дивы начала 1950-х годов

Esquire
Алексей Миранчук: «Кроме футбола у меня больше ничего нет» Алексей Миранчук: «Кроме футбола у меня больше ничего нет»

Россия – не футбольная или не спортивная страна?

Esquire
Слуги двух господ Слуги двух господ

Сравниваем классическую мебель и новинки в современном дизайне

AD
10 фактов о марке Off-White 10 фактов о марке Off-White

Разбираемся, почему детище Вирджила Абло постоянно на слуху

GQ
Стадион Стадион

Победы, поражения, ожидаемые события

Огонёк
Между ними тает лед Между ними тает лед

Самые дорогие команды НХЛ, по оценке Forbes

Forbes
Салат “Весенний” Салат “Весенний”

Бельгийский замок в ярких весенних оттенках от дизайнера Жеральда Ватле

AD
Базовый гардероб: за и против Базовый гардероб: за и против

Что делать, чтобы не оказаться в универсальном модном тупике

Cosmopolitan
Планы на первые весенние выходные в Москве Планы на первые весенние выходные в Москве

Уральская мода и голливудские хроники, базар с самыми красивыми цветами и другое

Vogue
Топ-12: главные цвета весны и лета 2018 года Топ-12: главные цвета весны и лета 2018 года

Какие цвета нужно выбирать в новом сезоне

Cosmopolitan
Открыть в приложении