Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Не раз и не два на протяжении истории математикам приходилось покидать свои горние чертоги и вспоминать, что главная их задача – вычислять. Так, в 1641 году Паскаль изобрел арифметическую машину – предшественницу современного компьютера, который заменил бирку с насечками, счеты и логарифмическую линейку как инструмент вычислений. Пока не настанет счастливая пора, когда у каждого четвероклассника будет свой карманный «Эрни» [5] , нам придется довольствоваться таблицами логарифмов. Но начало положено, пусть пока наши достижения и скромны: теперь у нас есть LUCE, компьютер школы Св. Альбана. Эта машина решает никому не нужные, но довольно сложные логические задачи. Работе с ней было посвящено прошлое заседание Общества, оказавшееся оживленным и многолюдным. Создатели LUCE, опираясь на полученный опыт, намерены построить цифровой компьютер; названия у него пока нет, но он будет именно «считать» (мужайтесь, четвероклассники, недолго терпеть осталось!) . [6]

Впервые Хокинг с друзьями удостоились внимания прессы, когда местная газета «Herts Advertiser» опубликовала статью об «ученых школьниках», собравших своими руками новомодную машинку. Как и обещала заметка в школьном журнале, мальчики и правда успели создать более сложную версию компьютера еще до окончания школы.

Когда Найджел Вуд-Смит, нынешний глава отделения информатики в школе Св. Альбана, много лет спустя заступил на пост, то нашел под партой в кабинете математики загадочную коробку. С его точки зрения, там была просто груда старого хлама – какие-то транзисторы, реле, проводки, железки и табличка с буквами «LUCE» поверх. Он выбросил все в мусор. Лишь много лет спустя он понял, что нечаянно выбросил историческую реликвию – компьютер, который сделал Стивен Хокинг.

Наука космология изучает Вселенную в целом, ее зарождение, эволюцию и дальнейшую судьбу. С точки зрения идей, это величайшая из всех наук. Однако с точки зрения оборудования, все не так внушительно. Да, космологи получают сведения о Вселенной при помощи гигантских телескопов и космических зондов, а иногда вычисляют что-нибудь на суперкомпьютерах. Но суть космологии – это по-прежнему математика, а значит, космологические идеи можно выразить в формулах, записанных карандашом на бумаге. Космологию, в отличие от всех прочих отраслей наук, можно изучать при помощи одного лишь мозга. Так обстоят дела сейчас – и так было и 75 лет назад, когда Альберт Эйнштейн разработал общую теорию относительности (ОТО) и тем самым изобрел теоретическую космологию как науку.

Когда ученые говорят о «классических» физических представлениях, то имеют в виду не соображения древнегреческих мыслителей. Классическая физика, строго говоря, – это физика Исаака Ньютона, который заложил основы научного метода исследования мира еще в XVII веке. Ньютонова физика царила безраздельно вплоть до начала XX века, когда была свергнута в результате двух революций: первую разожгла эйнштейновская общая теория относительности, а вторую – квантовая теория. Первая из этих теорий – лучшая на сегодня гипотеза гравитации, вторая объясняет, как устроено все остальное в материальном мире. Совокупно эти теории – теория относительности и квантовая механика – стали столпами современной физики XX века. Но подлинный Святой Грааль современной физики, который жаждут найти очень многие, – теория, которая связала бы их единым математическим аппаратом. И для нынешнего поколения искателей Грааля 1990-х годов даже эти столпы в первоначальной форме безнадежно устарели. Иногда «классической физикой» ученые между собой называют все, что разработали предыдущие поколения исследователей, то есть все, чему больше двадцати пяти лет. Более того, четверть века назад в истории физики произошло переломное открытие: в 1967 году были открыты пульсары, и в том же году Стивен Хокинг отпраздновал собственное двадцатипятилетие. Сегодня эти объекты называют нейтронными звездами; это схлопнувшиеся ядра массивных звезд, жизнь которых завершилась мощным взрывом – взрывом сверхновой. Именно открытие пульсаров, сверхплотных объектов на грани превращения в черные дыры, и натолкнуло Хокинга на первую попытку успешного сочетания квантовой теории и теории относительности.

Правда, работать над теорией черных дыр Хокинг начал по меньшей мере за два года до открытия пульсаров, когда лишь немногие математики интересовались такими экзотическими следствиями из уравнений Эйнштейна, а сам термин «черная дыра» в этой связи еще не употреблялся (как мы вскоре убедимся, такая прозорливость для Стивена типична). Хокинг как ученый, как и все его современники, воспитывался на классических представлениях Ньютона и на теории относительности и квантовой физике в первоначальном виде. Чтобы оценить, как далеко продвинулась с тех пор физика – отчасти при содействии Хокинга, – нужно рассмотреть сами классические идеи, и это станет легкой разминкой у подножия гор перед покорением головокружительных вершин. В общепринятом смысле «классической космологией» принято называть все, что было известно до революции, вызванной открытием пульсаров, то есть именно то, чему учили в институте ровесников Хокинга.