Видео Дня
Только сегодня!
800 560р.
На какую тему провести следующий онлайн-семинар
 

Реальность мудрее нас
(конкурс "Письмо, где сердце говорит")

Здравствуйте!
Для меня информация от Сергея Николаевича уже давно стала учебником жизни. Более десяти лет читаю книги, слушаю лекции, посещаю семинары, общаюсь с единомышленниками. Естественно, за это время я очень изменилась, а иначе и быть не может. Ведь это не просто информация к размышлению, она имеет сильнейшее воздействие на душу. И либо ты реально глубинно меняешься, либо уходишь с этого пути. Моё мироощущение в целом стало намного позитивнее и радостнее, чем раньше. Ушли тревоги и страх перед будущим. Во мне почти всегда светит солнце, даже когда все не так, как мне хочется. Я все чаще чувствую, что реальность мудрее нас. подробнее...

Подписка на новости



Рейтинг@Mail.ru

 

Всезнающий герой нашего времени

 

xoking01

 

– Я бы попросила Вас рассказать мне как не физику, обычному человеку: что сделал Стивен Хокинг для науки?

– Он последовательно работал в трёх областях: классическая теория гравитации, квантовая теория гравитации и, наконец, космология.

Первые публикации относятся к 1966-1967 годам, а в 1970 году появилась работа, выполненная в соавторстве со знаменитым английским математиком и физиком Р. Пенроузом. Итогом всех этих исследований стало то, что мы сейчас называем теоремами Пенроуза-Хокинга (или Хокинга-Пенроуза) – их несколько. Они о том, что в общих решениях уравнений гравитационного поля возникает сингулярность. Сейчас каждое из этих слов я объясню.

Уравнения гравитационного поля – уравнения Эйнштейна – математическая основа общей теории относительности, как мы ее называем. Теоремы Пенроуза-Хокинга – это математическая физика, это теоремы существования (или несуществования), подобные теореме Ферма или гипотезе Пуанкаре, доказанной Перельманом в чистой математике. В них идет речь о возникновении сингулярности при выполнении определенных условий. Что такое сингулярность? Напомню, что гравитационная сила универсально действует на все тела – ускорение, вызываемое ей, не зависит от их массы. Поэтому, согласно общей теории относительности, гравитационное взаимодействие можно описывать не как силу, а как искривление четырехмерного пространства-времени.

Сейчас вокруг нас мы этого искривления почти не видим – в частности, как нас учат в школе, сумма углов треугольника равна 180 градусам. Но есть места в пространстве и во времени, где пространство-время очень сильно, формально даже бесконечно, искривлено. Там сумма углов треугольника может сколь угодно отличаться от 180 градусов, да еще при этом быстро меняться со временем. По Эйнштейну, кривизна пространства-времени связана с энергией и импульсом материи. Поэтому там, где пространство-время очень искривлено, может быть много материи (хотя и не всегда).

Перейдем к слову «общие» (решения) из содержания теорем Пенроуза-Хокинга. Тот факт, что такая сингулярность могла быть в нашем далеком прошлом, был известен достаточно давно – именно таким свойством обладает модель Фридмана однородной изотропной Вселенной, являющаяся основой космологии уже более 90 лет. Но поскольку это решение частное и симметричное, то существование сингулярности в нашем прошлом вызывало постоянные сомнения: а не есть ли сингулярность в этой модели только математическая идеализация, которая в природе не реализуется?

Так вот, то, что Пенроуз и Хокинг доказали, что сингулярность встречается в общих, то есть типичных, решениях уравнений Эйнштейна, эти сомнения отмело. Практически это означает, что в природе сингулярности пространства-времени заведомо встречаются. Не повсеместно (как я сказал выше, при выполнении определенных условий), но если мы будем их искать, то найдём. Вот пример другого общего решения уравнений Эйнштейна – черные дыры. Опять же, черные дыры – это не то, что существует повсеместно: вокруг нас, в непосредственной близости, их нет (к счастью для нас). Но если мы будем искать их, то найдем. И нашли.

Таким образом, итогом этих теорем существования, доказанных Пенроузом и Хокингом, было то, что после этого физики стали уверены: раз математики доказали, что сингулярность встречается, значит, она в природе где-нибудь есть. И в частности, что уже следует из этих теорем, она была в прошлом нашей Вселенной, примерно 14 миллиардов лет тому назад. Однако эти теоремы существования ничего, или почти ничего, не говорят о том, какова была Вселенная вблизи сингулярности, какие физические процессы в ней происходили и остались ли от той эпохи какие-либо следы, артефакты, которые можно найти и измерить сейчас. Поэтому Стивен Хокинг, как и другие ученые, стал задаваться подобными вопросами и переместился в квантовую теорию гравитации.

Главная и самая знаменитая его работа в этой области вышла в 1974 году. В частности, он ввел там понятие «температура черной дыры», которую мы теперь называем «температурой Хокинга». Он сам этим очень гордился и хотел, чтобы на его могильном памятнике была написана математическая формула этой температуры. Чем черная дыра массивнее, тем ее температура ниже, поэтому для наблюдаемых черных дыр с массой порядка массы Солнца и более этот эффект ничтожен.

Он мог бы наблюдаться для очень маленьких по космическим масштабам чёрных дыр, скажем, с массой в десять в девятой степени тонн – как у маленького астероида. Но таких чёрных дыр не нашли, и есть серьёзные основания полагать, что таких черных дыр и не должно быть. Тем не менее как для многих ученых, так и особенно для широкой публики, большим потрясением было узнать, что, оказывается, черные дыры не абсолютно черные, а все-таки светятся, излучают различные частицы и за счет этого могут в конце концов исчезнуть совсем.

Можно сказать, что я в определенном смысле был предтечей этой работы и стимулировал Стивена Хокинга на размышления в этой области. Во время нашей первой встречи летом 1973 года (это было в Польше, вначале в Варшаве, а затем в Кракове) я доложил на большой международной конференции, а затем рассказал ему лично свою работу, опубликованную в январе 1973 года, в которой доказал ранее высказанную гипотезу Я. Б. Зельдовича о том, что вращающиеся чёрные дыры рождают пары частиц-античастиц и теряют из-за этого свою энергию вращения (но исчезнуть совсем они не могут). Это похожий, и тоже квантово-гравитационный эффект, но другой, он отсутствует для невращающихся черных дыр.

Тут даже аналогия с обычной физикой и термодинамикой используется иная – мы говорим о «химическом потенциале» вращающихся черных дыр. Осенью того же года Стивен Хокинг приехал в Москву и встречался с Я. Б.Зельдовичем и мной снова, о чем он упоминает в своей книге «Краткая история времени». В итоге он послушал нас и пошел дальше, открыв свой «температурный», и более «эффектный» эффект. Но опять-таки, как я сказал, непосредственного наблюдения этого феномена мы пока не ждем.

Поэтому естественно, что Хокинг переместился туда, где можно ожидать, увидеть и измерить следы квантово-гравитационных процессов, – в космологию. Такую возможность дает как раз существование сингулярности в прошлом нашей Вселенной, о чем было сказано выше. И в этой области науки его лучшей и самой близкой к реальным астрономическим наблюдениям я считаю работу лета 1982 года, сделанную в ходе знаменитого Наффилдовского симпозиума в Кембридже.

К тому моменту уже существовали модели инфляционного сценария ранней Вселенной (начиная с моей модели 1980 года, которая пока что наилучшим образом описывает современные наблюдательные данные), но астрономы не верили, что теоретики могут непротиворечиво рассчитать квантово-гравитационные эффекты и предложить им такие следствия этого сценария, которые можно измерить и тем самым либо подтвердить, либо опровергнуть теорию. Так вот, прямо в ходе этого симпозиума трое человек – Стивен Хокинг, я и Алан Гут (тоже один из авторов инфляционного сценария) – независимо сделали три работы, в которых мы взяли так называемую «новую» инфляционную модель, предложенную за три месяца до этого Андреем Линде, а также независимо Альбрехтом и Стейнхардтом (она казалось самой простой в тот момент), и рассчитали в ней квантово-гравитационный эффект, который приводит к возникновению всех наблюдаемых ныне неоднородностей в современной Вселенной.

Примеры таких неоднородностей: все галактики, звезды, планеты и, в конечном счете, мы сами. Наши результаты совпали в главном. И это был тот редкий случай, когда наука делается в ходе конференции (не то, что ученые съезжаются и привозят домашние заготовки, или докладывают уже опубликованные статьи). Если говорить более конкретно, мы вычислили, как амплитуда неоднородностей во Вселенной зависит от их масштаба. Почти незаметно, но все-таки очень слабо зависит. Главное – мы дали астрономам то, что они могли практически измерить, после чего они сразу очень заинтересовались инфляционным сценарием. В конце концов они сделали необходимые измерения, но до первого, еще не самого точного результата, подтвердившего теорию, прошло 10 лет.

 

— Как Вы уже сказали, одновременно со Стивеном Хокингом Вы рассчитали спектр начальных возмущений в новой инфляционной модели Вселенной. Чувствуют ли физики в таком случае конкуренцию? Или важнее само научное открытие?

– Конкуренция, скорее, возникла позже, когда инфляционный сценарий был принят международным научным сообществом как нечто реальное. В тот же момент главной целью было доказать астрономам, что эта теория есть не чисто математическое измышление, а нечто измеримое и проверяемое. Кстати, уже в последние годы, когда появились значительно более точные астрономические наблюдения, в особенности от космического эксперимента «Планк», стало ясно, что эта «новая» модель все же не очень проходит. Та упомянутая выше слабая зависимость амплитуды неоднородностей от их масштаба, к которой она приводит, хуже соответствует наблюдательным данным по сравнению, например, с моей моделью 1980 года.

А еще в тот момент было важно преодолеть расхожее мнение, будто «квантовой гравитации не существует», то есть, что в ней нельзя получить какие-либо внутренне непротиворечивые результаты. И в ходе конференции в связи с этим обстоятельством возник свой внутренний драматизм: одновременно трое участников придерживались вначале именно такого мнения и получили результат другой (и неверный). Однако в ходе дискуссий на симпозиуме – кто же из нас прав, чьи результаты верны – они все перешли на нашу сторону.

 

– Как Вам кажется, можно ли сказать, что одна из деятельностей Хокинга – его «чисто» научная работа или вклад в популяризацию физики – была важнее другой? Можно ли так поставить вопрос?

– Думаю, вопрос так ставить нельзя. Для разных людей – разное. Мы, ученые, работающие в той же области науки, не очень-то много и читали его популярные работы. Нам куда интереснее было, что он пишет как ученый, как эксперт. А вот для людей вне науки, естественно, куда важнее популярные книги и статьи. Кроме того, и в популяризации науки есть два разных элемента. Раньше делали ударение на том, что она нужна для того, чтобы люди поняли результаты, полученные наукой, заинтересовались ими, и в конечном счете пошли бы работать в науку.

Сейчас у популяризации есть и другая цель: не привлечь людей к тому, чтобы они наукой занимались сами, но показать, что наука очень важна для человечества в целом, чтобы они (как налогоплательщики, в частности) согласились бы часть своего общего труда в денежной или другой форме отдавать на то, чтобы эту науку финансировать. И в этом смысле как раз деятельность Стивена Хокинга была очень успешной. Она помогла доказать, что есть небольшая группа очень умных людей, которая занимается фундаментальными проблемами мироздания, и эти проблемы настолько важны и интересны, что стоит финансировать их исследования и дальше.

 

– Стивен Хокинг был одним из немногих ученых современности, которого знали обычные люди, не связанные с наукой. Он появлялся в фильмах и сериалах, и в каком-то смысле стал медийной личностью. Могло ли это повлиять на развитие науки и ее популяризацию, значимо ли было это?

– Мне кажется, что люди вне науки нуждаются в представлении о том, что где-то есть гении, которые знают все тайны Вселенной. Скажем откровенно – это неправильное представление, в действительности таких гениев нет. Ни сам Стивен, ни другие выдающиеся ученые, естественно, не утверждали в разговоре со своими коллегами, что знают все тайны Вселенной. Но в его популярных книгах такая мысль проскальзывает, хотя и не буквально. В каком-то смысле и Эйнштейнов было и есть два: Эйнштейн для ученых и Эйнштейн для людей. Людям приятно думать, что есть люди всезнающие.

В некотором смысле физическая немощь Хокинга тут даже помогала: она подчеркивала, что человек, лишенный возможности двигаться (в действительности, конечно, это было не так, и на своей коляске он разъезжал всюду, ездил во многие места, куда обычные люди не путешествуют), единственно силой своего разума может постичь и узнать все. В каком-то смысле успех его книг показывает, что люди хотят верить в существование таких всезнающих людей.

 

– Из-за потребности в герое, в которого мы верим?

– Я подчеркиваю: не просто в герое, но именно во всезнающем герое. Просто героев такого типа у нас много. Сейчас, например, идет Параолимпиада. Многие люди, несмотря на ограниченные физические возможности, достигают фантастических успехов в спорте и т.д. Здесь же важнее то, что это не просто сила духа, но еще, и главное, сила ума.

 

– Каково, по Вашему мнению, значение работ Стивена Хокинга для будущего и развития науки?

– Самое важное, как я уже сказал, – это то, что мы теперь точно знаем о существовании таких удивительных вещей, как классическая сингулярность и квантовое испарение черных дыр. Своими работами Стивен Хокинг внес также большой вклад в инфляционный сценарий ранней Вселенной – теперь общепризнано, что это не академическое упражнение, что каждую его конкретную модель можно подтвердить, либо опровергнуть наблюдениями (уже многие отвергнуты, но остается относительно небольшое количество вполне и даже очень жизнеспособных). Более того, квантово-гравитационные эффекты (точнее говоря, их макроскопические проявления) реально наблюдаемы.

Созданные ими начальные неоднородности распределения материи во Вселенной измерены. Но это все-таки смешанный эффект, в котором участвует и квантовая гравитация, и квантовые поля обычной материи (в том числе протоны, нейтроны, электроны). Существует чисто квантово-гравитационный эффект – первичный фон квантово-гравитационных волн, впервые для инфляционного сценария рассчитанный в моей работе 1979 года, и для него есть четкие предсказания. Измерить его трудно, но можно.

В течение ближайших десяти лет планируется запустить большие проекты, которые позволили бы найти эти первичные гравитационные волны. Так что усилиями Стивена Хокинга и других ученых удалось сломить скептиков и доказать, что можно, интересно и важно искать измеримые квантово-гравитационные эффекты.

 

40486

Участники симпозиума 1982 года в Кембридже. Стивен Хокинг в центре в первом ряду, за его спиной стоит Алексей Старобинский
Фото из личного архива

vogazeta.ru

 

Поделиться в соц. cетях!11.01.2019 13:00