Стивен Хокинг - Моя краткая история

В 1969 году Джозеф Вебер сообщил о наблюдении всплесков гравитационных волн при помощи детекторов, представляющих собой два подвешенных в вакууме алюминиевых цилиндра. Когда приходит гравитационная волна, она растягивает предметы в одном направлении (перпендикулярном направлению распространения волны) и сжимает их в другом направлении (перпендикулярном первому). Это могло заставить цилиндр колебаться на своей резонансной частоте – 1660 циклов в секунду, а эти колебания могли регистрировать кристаллы, прилепленные к цилиндру. В 1970 году я посетил Вебера и осмотрел его оборудование, установленное неподалеку от Принстона. Своим нетренированным взглядом я не заметил ничего подозрительного, но результаты, о которых заявлял Вебер, были поистине удивительными.

Единственным возможным источником всплесков гравитационных волн, достаточно мощных, чтобы возбудить веберовские цилиндры, был коллапс массивной звезды в черную дыру или столкновение и слияние двух черных дыр. Причем эти источники должны были находиться поблизости – в пределах нашей Галактики. Согласно прежним оценкам, такие события происходят раз в столетие, однако Вебер заявлял, что видит один-два всплеска в сутки. Это должно было означать, что Галактика теряет массу в таком темпе, который не может поддерживаться на протяжении всей ее жизни, иначе бы от Галактики уже ничего не осталось.

Вернувшись в Англию, я решил, что поразительные утверждения Вебера нуждаются в независимой верификации. Вместе со своим студентом Гэри Гиббонсом я написал статью по теории детектирования всплесков гравитационных волн, в которой предложил конструкцию более чувствительного детектора. Когда оказалось, что никто не пытается построить такой детектор, мы с Гэри предприняли отчаянный для теоретиков шаг и обратились в Научно-исследовательский совет [12] Научно-исследовательский совет Великобритании – учрежденное в 1965 г. государственное ведомство, координирующее и финансирующее фундаментальные исследования в области естественных наук. за грантом на постройку двух детекторов. (Необходимо следить за совпадениями как минимум между двумя детекторами, чтобы избавиться от шума и вибраций Земли.) Гэри рыскал по распродажам военного имущества в поисках декомпрессионных камер, чтобы создавать в них вакуум, а я присматривал подходящее место для сооружения.

Со временем мы встретились с другими группами, заинтересованными в проверке заявлений Вебера, в Научно-исследовательском совете на тринадцатом этаже высотного здания в Лондоне. (Научно-исследовательский совет не мог позволить себе быть суеверным. Это место дешево стоило.) Поскольку проектом занялись другие группы, мы с Гэри отозвали свою заявку. Это было чудесное спасение! При моей все возрастающей физической немощи я был безнадежен как экспериментатор. Тем более что в экспериментальной сфере очень трудно сделать что-то единолично. Каждый обычно является частью большой команды, а на постановку эксперимента уходят годы. Теоретик же может поймать идею в одиночку, например после обеда или, как в моем случае, укладываясь в постель, а затем написать статью самостоятельно или с одним-двумя коллегами, чтобы сделать себе имя.

С 1970-х годов детекторы гравитационных волн стали значительно более чувствительными. В современных детекторах применяются лазерные дальномеры, чтобы сравнивать длины двух плеч, расположенных под прямым углом друг к другу. В США имеется два детектора LIGO. Хотя они в десять миллионов раз чувствительнее веберовского, они до сих пор не смогли уверенно зарегистрировать гравитационные волны. Я очень рад, что остался теоретиком.

Главный вопрос космологии в начале 1960-х годов – было ли у Вселенной начало? Многие ученые инстинктивно отвергали эту идею, а с ней и теорию Большого взрыва, поскольку чувствовали, что точка сотворения должна быть местом, где наука перестает работать. Кое-кто при этом апеллировал к религии и руке Бога, определившего, так сказать, способ запуска Вселенной.

В связи с этим в ходу было два основных сценария. Один из них – стационарная теория, согласно которой по мере расширения Вселенной постоянно создавалась новая материя, так что плотность в среднем оставалась постоянной. У модели стационарной вселенной никогда не было сильной теоретической базы, поскольку она требовала существования поля отрицательной энергии, чтобы порождать материю. Оно сделало бы модель неустойчивой, склонной к тому, чтобы пойти вразнос, порождая материю и отрицательную энергию. Но она заслуживала уважения, ибо сделала определенные предсказания, которые можно было проверить путем наблюдений.

В 1963 году теория стационарной вселенной уже испытывала трудности. Группа радиоастрономов Мартина Райла из Кавендишской лаборатории выполнила обзор слабых радиоисточников и обнаружила, что они распределены по всему небу совершенно равномерно. Это указывало на то, что они, вероятно, находятся за пределами нашей Галактики, поскольку в противном случае они концентрировались бы вдоль Млечного Пути. Но график зависимости числа источников от их яркости не согласовывался с предсказаниями теории стационарной вселенной. Было слишком много слабых источников, а значит, плотность этих источников в далеком прошлом была выше.

Хойл и его сторонники придумывали все более изощренные объяснения этих наблюдений, но последний гвоздь в крышку гроба теории стационарной вселенной был забит в 1965 году, после открытия слабого фонового микроволнового излучения. (Оно подобно излучению в микроволновой печи, но имеет намного более низкую температуру – всего 2,7 кельвина, чуть выше абсолютного нуля.) Это излучение нельзя было объяснить в теории стационарной вселенной, хотя Хойл с Нарликаром отчаянно пытались это сделать. Как же хорошо, что я не был студентом Хойла, поскольку в таком случае мне пришлось бы защищать теорию стационарной вселенной.

Моя диссертация «Свойства расширяющихся вселенных» наконец-то завершена.

Первые строки Введения: Представление о том, что Вселенная расширяется, появилось недавно. Все прежние космологии были по сути своей стационарными, и даже Эйнштейн, чья теория относительности лежит в основе всех современных исследований в космологии, считал естественным предложить статическую модель Вселенной. Однако со статическими моделями, подобными эйнштейновской, которые, как предполагается, существуют бесконечное время, связаны очень серьезные трудности...