Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Подобно Галилею, который взял примитивную подзорную трубу, усовершенствовал оптическую систему и направил ее на небо, Стивен воспользовался математическим аппаратом Пенроуза и применил его к изучению космоса. В четвертой главе своей диссертации – и в последующей работе, проделанной совместно с самим Пенроузом, – Стивен вскоре превзошел своего научного руководителя Денниса Сиаму и даже Фреда Хойла, которого когда-то Стивен очень хотел иметь своим научным руководителем: он показал, что сингулярность и Большой взрыв являются неизбежными следствиями общей теории относительности. Не было циклов расширения и сжатия, а было начало, и в этот момент – хотя физики этого и не любят – Вселенная была упакована в пространство нулевого объема. По крайней мере, эти выводы неминуемо следовали из уравнений Эйнштейна.

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.

Глава 5

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]? 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.