Леонард Млодинов - Стивен Хокинг. О дружбе и физике

В то время как Стивен занимался своими теоретическими изысканиями, астрофизики-наблюдатели начали искать экспериментальные подтверждения Большого взрыва. Из ядерной физики следует, что в первые минуты после этого события существовали такие экстремальные значения температуры и давления, которые заставляли ядра водорода (протоны) сливаться в ядра гелия. Детальные расчеты показали, что во Вселенной на каждые десять атомов водорода должен приходиться один атом гелия. Астрономические наблюдения подтвердили, что это так и есть. Теория Большого взрыва предсказывала и то, что от этого события до наших дней должно было остаться некоторое излучение – в виде космического микроволнового фона. И это излучение также было найдено – за два года до защиты Стивеном его диссертации. Но математическое доказательство того, что Большой взрыв с необходимостью следует из уравнений Эйнштейна, привел именно Стивен в своем первом большом «набеге» на мир физики.

Со времени моего «плоскодонного» визита прошло несколько месяцев. И вот я снова в Кембридже. Мы работаем уже несколько дней, но дело продвигается медленно. В тот день, о котором я хочу рассказать, Стивен прислал мне утром необычное письмо по электронной почте. Признаюсь, оно слегка сбило меня с толку, и я спешил обсудить со Стивеном рекомендации, которые он мне прислал. До сих пор нам удавалось достичь согласия по поводу содержания нашей книги, но письмо Стивена предполагало резкую смену курса в довольно важной теме.

Я поднялся по лестнице на этаж, где располагался кабинет Стивена. Дверь была закрыта. Теперь смысл запертой двери был для меня ясен, и я решил подождать в холле. От нечего делать стал разглядывать зеленую грифельную доску на стене слева от двери в кабинет Стивена. Доска, на которой писали мелом, выглядела анахронизмом, ей противоречил весь остальной современный антураж здания: черная дверь в кабинет Стивена; металлическая дверная ручка в виде рычага; фиолетовая стена и ярко-желтая доска объявлений с уведомлениями о предстоящих конференциях. Но эта грифельная доска, с которой сыпался мел, в век чистых электронных демонстрационных досок была явным пережитком прошлого. На доске – графики, нацарапанные студентами, – пространственно-временные диаграммы, которые для наглядности рисуют физики, занимающиеся общей теорией относительности. Выглядели они весьма архаично и напоминали диаграмму, которую придумал в 1907 году Герман Минковский – профессор, у которого в свое время учился Эйнштейн.

Я задумался о Минковском. Примерно сто лет назад в Цюрихе к нему пришла грандиозная идея, и он запечатлел ее на своей грифельной доске. Идея, родившаяся как вдохновение после создания Эйнштейном специальной теории относительности, заключалась в том, чтобы включить время на равных основаниях с тремя направлениями пространства в математические уравнения. Эйнштейн совершил судьбоносный прорыв в науке, но именно Минковский придал смысл понятию пространства-времени, которым мы пользуемся по сей день.

Мы любим рассказывать о грандиозных идеях. Но часто они знаменуют собой не конец, а начало процесса – по крайней мере, так обстоит дело в физике. Когда у физика появляется идея, любая идея, ему предстоит понять, какие следствия она за собой повлечет. Необходимо также разработать математические детали, которые привяжут ее к остальной совокупности знаний и сделают по-настоящему продуктивной. Когда у времени появился статус четвертой координаты, потребовалось определить понятие «расстояния» в новой субстанции «пространство-время». Все мы понимаем, как измерять расстояние между двумя местами в пространстве, но что такое расстояние между точками A и B , если обе эти точки лежат и в пространстве, и во времени [5] Пространство состоит из точек, которые можно задать с помощью широты, долготы и высоты. Разница между этими координатами у двух разных точек показывает, насколько далеки они друг от друга. Пространство-время состоит из «событий» – точек пространства с привязанными к ним моментами времени. Расстояние между событиями зависит как от разницы в пространстве, так и от разницы во времени между ними. ? Мы здесь не будем рассматривать, как Минковский решил эту проблему с математической точки зрения. Нам важно знать, что ему в принципе удалось найти ответ. Его новая концепция расстояния сыграла важнейшую роль в том, что идея пространства-времени прижилась в физике. По существу, она легла в основу создания Эйнштейном его общей теории относительности.

Представляя свои идеи, Минковский говорил: «Те понятия о пространстве и времени, которые я хочу вам изложить… являются принципиально новыми. Впредь и пространство, и время сами по себе обречены исчезнуть в царстве теней; и только союз между ними будет представлять собой истинную реальность». Его предсказание сбылось.

И вот я стою в холле перед доской с графиками, и меня озарило: ведь каждый раз, когда мы думаем о пространстве-времени, мы фактически его преодолеваем и устанавливаем связь с Минковским во внепространственной и вневременной плоскости идей. У меня мурашки пробежали по телу, когда я внезапно понял, что идеи Стивена по своей значительности не уступают идеям Минковского и что когда-нибудь физик с горящими глазами, сто лет спустя, замрет в благоговейном трепете перед диаграммой или уравнениями Стивена, ощутив с ним мгновенную мистическую связь.

Благодаря Минковскому теория относительности поднялась на новый уровень. Стивен подхватил идею и взял новое препятствие в ее развитии, совершив прыжок в неизвестность. Правда, Эйнштейн вряд ли одобрил бы такой поворот. Эйнштейн не любил квантовую механику – общая теория относительности нарушала ее принципы. В течение нескольких десятилетий, последовавших за созданием общей теории относительности, ее несовместимость с квантовой механикой мало волновала ученых, поскольку не так уж много физиков разбиралось в идеях относительности. Но Стивен задумался о совместном применении общей теории относительности и квантовой механики в тех областях, где нельзя пренебрегать ни одной из них, – в теориях, описывающих образование Вселенной и черных дыр, – и продемонстрировал, какой огромный потенциал заложен в комбинации двух этих подходов. Стивен открыл новое направление в физике, в котором стала развиваться теория относительности.

Общая теория относительности и квантовая механика относятся к числу замечательных достижений человеческого интеллекта, изящных и весьма успешно применяемых в познании природы. Обе теории оказали огромное влияние на развитие современных технологий и фактически сформировали наше физическое восприятие мира. А вместе с тем, они не могут быть справедливы одновременно. Они конфликтуют; они противоречат друг другу. Когда я узнал Стивена немного лучше и изучил его характер, я понял, что совмещение противоречивых теорий и идей – одна из его сильных сторон. Для него это так же естественно, как для птиц – перелет в теплые края. В конце концов, Стивен был необычным человеком, он все время находился между жизнью и смертью, одновременно беспомощный и могущественный, дерзкий и осторожный. Противоречие для Стивена было не просто философией жизни; это был его способ жизни.