Стивен Хокинг. Непобедимый разум
Шрифт:
Если замерить излучение Хокинга из большой черной дыры, возникшей в результате коллапса звезды, то мы будем разочарованы: такая огромная черная дыра, а температура на поверхности лишь на миллионную долю градуса превышает абсолютный ноль. И чем больше черная дыра, тем ниже ее температура. Хокинг утверждает: “Черная дыра с десятикратной солярной массой может испускать несколько тысяч фотонов в секунду, но их длина волны совпадает с размерами черной дыры, а энергии так мало, что мы не сумеем их обнаружить” [109] . Ведь чем больше масса черной дыры, тем больше и площадь горизонта событий. Чем больше площадь горизонта событий, тем выше энтропия. Чем выше энтропия, тем ниже температура поверхности и уровень излучения.
109
Стивен Хокинг, личное интервью автору, Кембридж, декабрь 1989.
Взрывы черных дыр?
Однако уже в 1971 году Хокинг предположил
Эти “первичные черные дыры”, как называл их Хокинг, появились – если они в самом деле существуют – не в результате коллапса звезд. Это пережиток самых ранних этапов существования вселенной, когда действовало мощнейшее давление, сжимавшее вещество чуть ли не в точку. С тех пор первичные черные дыры должны были еще и уменьшиться в размере, ведь они постоянно теряют массу.
110
Hawking S. A Brief History of Time, p. 108.
Для первичной черной дыры излучение Хокинга губительно: масса уменьшается, уменьшается и сама черная дыра, температура и скорость испускания частиц с горизонта событий возрастают. Черная дыра все быстрее теряет массу, а чем меньше масса, тем больше температура – порочный круг.
Чем же дело кончится? Хокинг предположил, что в итоге маленькая черная дыра исчезнет, выпустив напоследок огромное количество частиц – словно взорвется разом миллион водородных бомб. Взорвется ли когда-нибудь и большая черная дыра? Нет, вселенная достигнет финальной стадии своего существования задолго до того, как большая черная дыра будет готова к взрыву.
Мысль, будто черная дыра может уменьшаться и в итоге взорваться, противоречила всему, что было известно о черных дырах на 1973 год. Сам Хокинг усомнился в собственном открытии. Неделями он скрывал его от всех, не записывал, проверял и перепроверял вычисления в уме. Если уж он сам не мог в это поверить, страшно было подумать, как отнесется к подобной ереси ученый мир. Физики тоже не любят, когда над ними смеются. С другой стороны, Хокинг понимал: если он окажется прав, его открытие произведет переворот в астрофизике. В какой-то момент он заперся в ванной, чтобы обдумать все в уединении. “Все рождественские каникулы напролет я промаялся, но избавиться от них [от своих открытий] не сумел” [111] .
111
Overbye D. The Wizard of Space and Time. Omni, February 1979, p. 106.
Хокинг опробовал эту идею на ближайших своих сотрудниках. Отнеслись по-разному: Мартин Рис, например, друживший с Хокингом со времен учебы в Кембридже, прибежал к их общему наставнику Деннису Сиаме, восклицая: “Слыхали? Стивен перевернул все с ног на голову!” Сиама горячо поддержал Стивена и велел немедленно опубликовать это открытие. Хокинг потом жаловался, что Пенроуз, тоже преисполнившийся энтузиазма, позвонил ему как раз в тот момент, когда он собирался приступить к обеду в честь собственного дня рождения (начался 1974 год) и на стол подали гуся. Конечно, восторг Пенроуза был ему приятен, вспоминает Хокинг, но они так увлеклись беседой, что не сумели вовремя остановиться, и праздничный обед остыл [112] .
112
Hawking S. A Reader’s Companion, pp. 93–94.
Хокинг согласился представить свою странную гипотезу в феврале, в докладе на конференции, собиравшейся в Лаборатории Резерфорда – Эпплтона к югу от Оксфорда. Эту встречу, Вторую конференцию по квантовой механике, организовал Сиама. Хокинг слегка подстраховался, дополнив заголовок своей статьи знаком вопроса: “Взрывы черных дыр?”, но по пути в Оксфорд все еще терзался сомнениями, стоит ли обнародовать подобную гипотезу.
После краткой презентации, проиллюстрированной слайдами с уравнениями, воцарилось неловкое молчание. Вопросов почти не задавали. Большинство слушателей специализировались в других областях науки и едва ли поняли аргументацию Хокинга, но одно было ясно всем: его гипотеза решительно противоречила общепринятой теории. Те же, кто все понял, были ошеломлены и не готовы вступить в спор. Единственный голос раздался, когда презентация закончилась и включили свет. Председатель, почтенный профессор Лондонского университета Джон Тэйлор, поднялся и заявил: “Стивен, вы меня извините, но это полная чушь!” [113]
113
Boslough, p. 70.
В следующем месяце Стивен опубликовал свою “чушь” в авторитетном научном журнале Nature [114] .
114
Hawking S. Black Hole Explosions? Nature, 248 (1974), 30–31.
115
Taylor J. and Davies P. Статья в Nature, 248 (1974).
116
Hawking S. A Reader’s Companion, p. 108.
Кое-кто сразу признал открытие Хокинга важнейшим достижением теоретической физики последних лет. Сиама отозвался о его статье как о “самой красивой за всю историю физики” [117] . Джон Уилер, который никогда за словом в карман не лез, сказал, что обсуждать дивное открытие Хокинга – все равно что “катать леденец на языке” [118] . По мнению Кипа Торна, теряя способность работать руками, Стивен научился “пользоваться геометрическими доказательствами, которые складывались прямо у него в голове… великолепный набор инструментов, какого больше ни у кого нет. Поскольку вы – единственный, кто владеет этим новым инструментарием, некоторые проблемы только вам и дано разрешить, и больше никому” [119] . Дела явно шли на лад.
117
Boslough, p. 70.
118
Carr B. Primordial Black Holes. G. W. Gibbons, E. P. S. Shellard and S. J. Rankin, eds. The Future of Theoretical Physics and Cosmology: Celebrating Stephen Hawking’s Contributions to Physics, p. 236.
119
Hawking S. A Reader’s Companion, p. 110.
Вторую статью, посвященную той же гипотезе, Стивен готовил более долго и тщательно. В марте 1974 года он отослал эту статью в Communications in Mathematical Physics, но в журнале ее потеряли, и в итоге текст был опубликован лишь в апреле 1975 года [120] , когда Стивен представил его вторично. Тем временем он и его коллеги продолжали исследовать различные аспекты “излучения Хокинга”. Понадобилось примерно четыре года – и существенную роль тут сыграла совместная работа Хокинга и Джима Хартла, опубликованная в 1976 году [121] , – чтобы ученый мир признал излучение Хокинга. Большинство физиков-теоретиков оценили революционный шаг Хокинга: он использовал представление о “виртуальных” частицах для объяснения черных дыр – проблемы, находившейся “в ведении” теории относительности. Таким образом появилась надежда объединить теорию относительности с квантовой физикой.
120
Hawking S. Hawking on Big Bang and Black Hole Radiance. Singapore: World Scientific, 1993, p. 3.
121
Hartle J. and Hawking S. Path-Integral Derivation of Black Hole Radiance. Physical Review D 13 (1976), pp. 2188–2203
Часть II
1970–1990
Глава 7
Эти люди, видимо, думают, что мы привыкли к астрономическому уровню жизни
К рождению Люси (2 ноября 1970 года) Хокинги успели приобрести в собственность тот самый дом на Литтл-Сент-Мэри-лейн, который раньше арендовали. Родители Стивена дали им деньги на первый взнос и на ремонт. Работы завершились, когда Джейн была на восьмом месяце беременности.
Стивен все еще настаивал на своем праве самостоятельно подниматься по лестнице и спускаться со второго этажа, а также одеваться по утрам и раздеваться на ночь. Проделывал он все это медленно и с трудом, но зато, как сам он говорил, это давало ему время перед укладыванием в постель вдоволь поразмыслить о фотонах на горизонте событий черной дыры. Ходить ему, однако, стало уже так трудно, что пришлось усаживаться в инвалидное кресло. Очередная битва была проиграна: он более не стоял на ногах. Друзья с грустью отмечали эти вехи, но Хокингу не изменяли ни чувство юмора, ни сила воли.