Китти Фергюсон - Стивен Хокинг. Непобедимый разум

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] Стивен Хокинг, личное интервью автору, Кембридж, декабрь 1989. . 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.

Однако уже в 1971 году Хокинг предположил существование черных дыр иного типа – маленьких. Самые удивительные – размером с ядро атома. Вот у них излучение так излучение. Чем меньше черная дыра, тем выше температура на ее поверхности. Описывая эту разновидность черных дыр, Хокинг восклицает: “Едва ли их правильно именовать черными: на самом деле они раскалены добела! ” [110] Hawking S. A Brief History of Time , p. 108.

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.

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] 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] 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] Boslough , p. 70.

В следующем месяце Стивен опубликовал свою “чушь” в авторитетном научном журнале Nature [114] Hawking S. Black Hole Explosions? Nature, 248 (1974), 30–31. . Тэйлор и Пол Дэвис выступили в том же номере с опровержением [115] Taylor J. and Davies P. Статья в Nature, 248 (1974). . Несколько дней спустя физики всего мира вступили в ожесточенный спор по поводу шокирующего открытия Хокинга. Зельдович сперва пытался его оспорить, но в следующий приезд Кипа Торна в Москву советский физик срочно попросил его к себе. Торн вошел, оба – Зельдович и Старобинский – вскинули руки вверх, словно они перенеслись на Дикий Запад и Торн наставил на них свой смит-и-вессон: “Сдаемся. Хокинг прав. Мы ошибались” [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] Boslough , p. 70. . Джон Уилер, который никогда за словом в карман не лез, сказал, что обсуждать дивное открытие Хокинга – все равно что “катать леденец на языке” [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. . 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] Hawking S. A Reader’s Companion , p. 110. . Дела явно шли на лад.

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] Hawking S. Hawking on Big Bang and Black Hole Radiance. Singapore: World Scientific, 1993, p. 3. , 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] Hartle J. and Hawking S. Path-Integral Derivation of Black Hole Radiance. Physical Review D 13 (1976), pp. 2188–2203 , – 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.