Леонард Млодинов - Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Исследования Стивена в области черных дыр и происхождения Вселенной в основном были ограничены космологией, общей теорией относительности и поисками теории квантовой гравитации. По крайней мере, если судить по числу людей, которые занимались этими темами, они составляли небольшой сегмент сообщества физиков. Конечно, невозможно предположить, каких успехов достиг бы Стивен, доведись ему проживать в другую эпоху и/или если бы он был здоров. Что касается второй возможности, то сам Стивен считал, что он сделал бы даже меньше, будь он здоров; он был бы менее нацелен на результат, если бы над ним не маячила угроза неминуемой скорой кончины.

Большинство физиков полагало, что излучение Хокинга – это самое большое открытие Стивена. Сам Стивен был не из их числа. Он отдавал предпочтение другой своей идее, названной им «Вселенной без границ», считая ее наиболее важным вкладом в науку. Эта идея возникла у Хокинга в 1980-е годы, когда он раздумывал над квантовым происхождением Вселенной. Но эта гипотеза Хокинга среди физиков не прижилась. Она была такая заумная, что однажды после того как Стивен прочел доклад о ней в аудитории, состоящий из нескольких сотен физиков, один его коллега заметил: «Возможно, человек двадцать в этой аудитории поняли, о чем он говорил. Это было безумно сложно».

Вначале у меня вызывало удивление такое отношение Стивена к его вкладу в науку. Но когда я вспомнил о причинах, по которым он вообще занялся физикой, то понял смысл его суждений. Понять, что стояло у истоков Вселенной, для Стивена было равносильно поискам Священного Грааля. Он хотел знать, откуда мы все произошли. Он считал, что «Вселенная без границ» – то объяснение, которое ему удалось найти.

Идея «Вселенной без границ» естественным образом выросла на основе более ранних изысканий Стивена. Эта идея стала кульминацией его двадцатилетней работы. Первые две исследовательские программы Стивена, касающиеся происхождения Вселенной и законов черных дыр, были основаны целиком на общей теории относительности. Принципы квантовой теории при этом в расчет не принимались. После того как Стивен познакомился с результатами исследований в квантовой механике, он применил полученные знания к черным дырам, переработал свои более ранние идеи и открыл «излучение Хокинга». Теперь, вооруженный квантовой теорией, он вновь подошел к проблеме происхождения Вселенной. Так родилась его «Вселенная без границ» – теория, предложенная им совместно с Джеймсом Хартлом, другом Стивена. Он работал в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре – в двух часах езды к северу от Калтеха.

В основе замысла «Вселенной без границ» лежит на первый взгляд странная идея. Я уже рассказывал о том, что квантовая теория занимается крошечными объектами. Обычно она используется для изучения очень малых физических систем, таких как атом или молекула, элементарная частица или компактное скопление подобных объектов. Если эту теорию кто-то захочет применить к целой Вселенной, естественно, он будет думать, что границы ее приложимости будут исчерпываться ранней Вселенной, когда весь космос умещался внутри атома. Но у Стивена были более честолюбивые замыслы – он захотел рассмотреть Вселенную как замкнутую квантовую систему на протяжении всей ее истории, от микроскопических размеров в самом начале до современного вида в ее огромной протяженности. Для этого Стивен решил воспользоваться тем же методом, который впервые применил Фейнман в своих исследованиях по квантовой механике и который принес ему Нобелевскую премию в 1965 году.

По первоначальному замыслу, квантовые теории призваны описывать состояние физической системы с помощью некоего математического построения – волновой функции. Волновая функция включает всю информацию, известную о системе. Эта информация позволяет нам вычислять различные вероятности – например, вероятность того, что, проведя соответствующие измерения, мы обнаружим частицу в определенном месте в пространстве, с тем или иным импульсом или энергией. В лучшем случае, мы будем иметь дело с вероятностью; квантовая теория не гарантирует, в отличие от ньютоновских законов, что мы получим точный результат в результате измерений.

Но и это еще не все. Волновая функция – это не просто справочное руководство, описывающее систему в какой-то данный момент времени. Физические системы изменяются со временем, и волновая функция меняется соответственно: зная волновую функцию в данный момент времени, с помощью математического аппарата квантовой теории можно вычислить волновую функцию в любой другой момент. Это очень важный аспект квантовых теорий, потому что физиков обычно интересует такая проблема: пусть у нас есть система, находящаяся в «начальном состоянии»; какова вероятность того, что она окажется в том или ином «конечном состоянии» через некоторое время?