О происхождении времени. Последняя теория Стивена Хокинга

Стивен был полон восхищения как самим Фейнманом, так и его подходом к квантовой физике – «суммированием по историям». В 1970-х годах, во время регулярных визитов Стивена в Калтех, они много общались. «Большой чудак, – сказал мне как-то Стивен о Фейнмане, – но блестящий физик».

Система представлений Фейнмана оказалась критически важным шагом вперед: она позволила физикам начать думать о квантовой механике вне ее исходной сферы – субатомного мира. Его подход продемонстрировал, что, несмотря на их видимую несопоставимость, между классической и квантовой механикой не существует фундаментального противоречия. Дело в том, что схема «суммирования по историям» применима как к малым, так и к большим объектам, но для больших объектов единственные траектории, имеющие значимые вероятности, всегда оказываются теми, что лежат на единственном пути, предсказываемом классическими законами движения Ньютона. А значит, в конечном счете не существует фундаментальной дихотомии между микро- и макромиром. Просто-напросто для макроскопических объектов микроскопические вибрации усредняются в нечто определенное и детерминистское, и это «нечто» и есть траектория движения в классическом понимании. Классический детерминизм, таким образом, вырастает из коллективного развития случайных микроскопических квантовых историй. И наоборот, стоит начать погружаться в микроскопический мир, и случайные пересечения отдельных траекторий станут приобретать все большее значение.

Все эти прозрения, вкупе с ошеломляющими успехами квантовой теории, означали одно – классическое мировоззрение уходит со сцены. Многие физики начали верить в то, что квантовая теория, начинавшаяся как теория субатомных частиц, приложима ко всем объектам и масштабам. В 1960-х Уилер и его «банда» пришли к представлению о пространстве-времени как о «квантовой пене», в которой кипят и пузырятся новорожденные вселенные, возникают и снова рассасываются кротовые норы, но которая каким-то образом усредняется на макроскопических масштабах, создавая устойчивую и ощутимую ткань, описываемую классической общей теорией относительности.

Стивен тоже пытался перенести фейнмановское «суммирование по историям» в сферу гравитационных явлений. Со схемой Фейнмана его познакомил Джим Хартл, который в бытность магистрантом в Калтехе овладел этим методом под руководством самого Фейнмана. Магистратура Калтеха была в то время чем-то вроде морской пехоты в армии – элитным академическим подразделением. Джим учился там у Фейнмана, ассистируя ему во время лекционных демонстраций – в том числе знаменитой демонстрации с шаром для боулинга[102] – и помогая редактировать «Фейнмановские лекции по физике», самый прославленный учебник физики всех времен, блестящий образец ясной и стройной подачи материала, хотя и не очень часто используемый студентами.

В 1976 году, когда Джим и Стивен сумели описать испускаемое черной дырой излучение Хокинга в виде частиц, «протекающих наружу» через горизонт событий, они сделали это в духе Фейнмана – суммированием всех возможных путей, которые частицы могут выбирать, ускользая из черной дыры[103]. Вдохновленные этим результатом, Джим и Стивен обратились к более сложной и запутанной проблеме сингулярности Большого взрыва – космического аналога точки A на рис. 21. Для частицы квантовая неопределенность означает, что ее положение и скорость известны несколько неточно. Однако в применении к пространству-времени квантовая неопределенность значит, что сами пространство и время несколько размыты: квантовые «дрожания» размывают точки в пространстве и моменты времени. Почти во всем объеме наблюдаемой Вселенной такая расплывчатость пространства-времени будет крайне ограниченной и ее можно полностью не принимать во внимание; но если вернуться к самым ранним стадиям существования Вселенной, когда плотность вещества и кривизна пространства-времени росли беспредельно, квантовая неопределенность могла иметь колоссальную важность. Рассуждая таким образом, Стивен представил, что в очень ранней Вселенной квантовые эффекты могли размыть само различие между пространством и временем. Это приводило к тому, что пространство и время, так сказать, испытывали кризис идентичности: интервалы времени иногда вели себя как пространственные и наоборот. Более того, Джим и Стивен дерзко предположили, что можно выполнить фейнмановское суммирование всей этой безумной пространственно-временной размытости и что полученную в результате этой процедуры волновую функцию можно выразить в изящном геометрическом виде.