Черные дыры и молодые вселенные
Шрифт:
Это состояние бесконечной плотности называется сингулярностью Большого взрыва. В принципе, наука не может описать процессы, происходящие при возникновении Вселенной в рамках общей теории относительности (ОТО). Тем не менее одна из моих последних работ показывает, что предсказать возникновение Вселенной можно, если принять во внимание теорию квантовой физики, рассматривающую бесконечно малые величины.
ОТО также предсказывает, что массивные звезды будут коллапсировать [10] («падать в себя»), когда они исчерпают запасы своего ядерного топлива. Совместно с Пенроузом мы показали, что они будут коллапсировать, пока не наступит сингулярность с бесконечной плотностью. Эта сингулярность будет концом времени, по крайней мере для этой звезды и всего того, что на ней находится. Гравитационное поле в точке сингулярности будет таким сильным, что свет не сможет преодолеть его тиски и
10
В астрофизике так называют катастрофически быстрое сжатие звезды под действием собственных сил тяготения, в результате чего разрушаются даже атомные ядра. – Прим. ред.
В один из вечеров 1970 года, вскоре после рождения моей дочери Люси, я лег спать, размышляя о черных дырах. Внезапно я понял, что большинство методов, придуманных нами с Пенроузом для объяснения сингулярностей, вполне применимы к черным дырам. В частности, область горизонта событий (граница черной дыры) не может уменьшаться со временем. И когда две черные дыры сталкиваются, превращаясь в одну черную дыру, площадь горизонта событий новой дыры будет больше суммы площадей двух предыдущих дыр. Это ограничивает количество энергии, которое может быть выделено в результате столкновения. Я был так взволнован, что не смог заснуть в ту ночь.
В период с 1970 по 1974 год я занимался преимущественно черными дырами. А в 1974 году я сделал одно из моих самых удивительных открытий: черные дыры не совсем черные! Если принять во внимание поведение материи на очень малых масштабах, то частицы и излучение могут просачиваться из черной дыры наружу. Черная дыра излучает как нагретое тело.
Начиная с 1974 года я работаю над объединением ОТО и квантовой механики в одну стройную теорию. Одним из результатов этой работы явился вывод, сформулированный мною в 1983 году вместе с Джимом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре: и время, и пространство не бесконечны, но у них нет ни границы, ни края. В этом смысле они похожи на поверхность Земли, но с двумя дополнительными измерениями. Земная поверхность ограничена по площади, но не имеет никаких границ. Ни в одном из своих многочисленных путешествий я не мог зайти за край света. Если этот вывод справедлив, то никаких сингулярностей не существует и законы науки торжествуют везде и всюду, даже в той реальности, в которой зародилась Вселенная. Тогда они и укажут, как это произошло. В этом случае я вполне преуспел бы в выяснении всех обстоятельств этого процесса. Но я до сих пор не знаю, почему этот процесс был запущен.
Глава третья
Я и БАС [11]
Меня часто спрашивают: как вы воспринимаете свою болезнь? Ответ такой: воспринимаю, но не очень сильно. Я пытаюсь жить нормальной жизнью, насколько это возможно, не думать о своем состоянии и не сожалеть о тех вещах, которые мне делать не суждено и которых, кстати, не так уж много.
Конечно, для меня было сильным потрясением узнать, что у меня заболевание двигательных нейронов. Надо сказать, что и в детстве координация моих движений оставляла желать лучшего. Мне не давались игры с мячом. Наверное, поэтому я не очень любил спорт и вообще физическую активность. Но все изменилось, когда я поступил в Оксфорд. Там я увлекся греблей. Конечно, я не стал мастером спорта, но вышел на уровень межуниверситетских соревнований.
11
Название доклада, сделанного на конференции Британской ассоциации по борьбе с нейромоторными заболеваниями в Бирмингеме, в октябре 1987 г. (БАС – боковой амиотрофический склероз. – Прим. ред.)
На третьем курсе Оксфорда я заметил, что становлюсь неуклюжим. Я даже несколько раз падал без всякой видимой причины. Но только через год, когда я переехал в Кембридж, моя мама забила тревогу и повела меня к семейному доктору. Он направил меня к специалисту, и вскоре после того, как я отметил свой двадцать первый день рождения, я оказался в госпитале на обследовании. В течение двух недель мне сделали множество различных анализов. У меня брали образцы мышечной ткани из руки, втыкали в меня электроды, вводили в позвоночник рентгеноконтрастную жидкость и с помощью рентгена наблюдали, как она течет туда-сюда при наклонах кровати. В результате всех этих манипуляций мне так ничего толком и не сказали, кроме того, что у меня нет рассеянного склероза и у меня нетипичный случай. Я понял, однако, что они ожидают лишь ухудшения моего состояния и не могут сделать ничего, кроме как давать мне витамины. Причем я видел, что сами они не ожидают от витаминов особого эффекта. Более подробно вникать в состояние своего здоровья я не хотел, так как не ожидал узнать ничего хорошего.
Понимание того, что я болен неизлечимой болезнью, которая, скорее всего, убьет меня через несколько лет, стало для меня шоком. Как и почему это могло случиться со мной? Когда я был в госпитале, в моей палате умер от лейкемии мальчик, которого я немного знал. Зрелище малоприятное. Я понял, что некоторым людям гораздо хуже, чем мне. В конце концов, я не чувствовал себя откровенно больным. Когда я начинаю себя жалеть, я вспоминаю этого мальчика.
Не зная, что со мной может случиться и как быстро будет прогрессировать болезнь, я потерял почву под ногами. Врачи советовали мне вернуться в Кембридж и продолжить исследования в области общей теории относительности и космологии, которые я только что начал. Но дела мои в этой области шли не очень успешно, сказывалось отсутствие систематической математической подготовки. Кроме того, отпущенного мне времени могло не хватить на написание диссертации. Я чувствовал себя, как актер-трагик на подмостках театра. Я пристрастился к Вагнеру. Я стал с жадностью читать подряд все статьи в журналах, но это только сбивало с толку. Дело в том, что как только один журнал напечатает что-нибудь сногсшибательное, другие сразу подхватывают новость и раздувают ее до размеров сенсации. А мы начинаем верить печатному слову, тем более многократно повторенному.
Мои сны в это время были очень беспокойные. Перед тем как мне поставили диагноз, я был весьма утомлен жизнью. Казалось, что в жизни нет ничего такого, ради чего стоило бы жить. Но вскоре после выписки из госпиталя я увидел во сне, что меня собираются казнить. Я внезапно понял, что есть на свете множество вещей, которые я мог бы сделать, если бы смертная казнь была отложена. Несколько раз мне снился сон, в котором я готов был пожертвовать жизнью для спасения других. В конце концов, если мне все равно суждено умереть, пусть это хоть кому-то принесет пользу.
Но я остался жить. По сути дела, хотя над моим будущим по-прежнему висел туман неизвестности, к моему удивлению я обнаружил, что стал наслаждаться жизнью гораздо сильнее, чем раньше. Моя исследовательская работа пошла на лад, я был помолвлен и женился, я получил грант в колледже Гонвилл и Киз в Кембридже.
Исследовательский грант в Гонвилл и Киз решил проблему моего трудоустройства. Я был счастлив, что избрал работу в области теоретической физики, одной из тех немногих областей, в которых мое состояние не было серьезной помехой. К счастью, моя научная репутация возрастала по мере того, как наступало ухудшение физического состояния. В частности, это означало, что мне готовы были предложить целый ряд должностей, на которых я мог заниматься чистыми исследованиями, без всякой лекционной деятельности.
Нам также повезло с жильем. Когда мы поженились, Джейн училась на выпускном курсе в Вестфилдском колледже в Лондоне и ей приходилось ездить в Лондон каждую неделю. Это означало, что нам нужно было найти жилье, в котором я мог бы обходиться без посторонней помощи и которое располагалось бы где-нибудь посередине, потому что ходить далеко я не мог. Я попросил администрацию колледжа о помощи, но заместитель по хозяйственной части разъяснил мне, что не в традициях колледжа помогать сотрудникам с жильем. Поэтому мы подали объявление о том, что хотим снять квартиру в одном из новых домов, которые строили на рыночной площади. (Несколько лет спустя я узнал, что эти квартиры фактически принадлежали колледжу, но они ничего не сказали мне об этом.) Когда мы вернулись в Кембридж после лета, проведенного в Америке, оказалось, что квартиры еще не готовы. В виде исключения и большого одолжения завхоз предложил нам комнату в общежитии для аспирантов. Он сказал: «Обычно за ночь за комнату мы берем двенадцать шиллингов и шесть пенсов. Но поскольку вас двое, с вас двадцать пять шиллингов».
Мы прожили в этой комнате всего три ночи. Потом мы нашли маленький домик примерно в сотне метров от моего факультета. Он принадлежал другому колледжу, и его снимал один из сотрудников этого колледжа. Он недавно переехал в другой дом в пригороде и уступил нам свой дом на оставшиеся три месяца, в течение которых еще действовала его аренда. В течение этих трех месяцев мы нашли еще один дом на той же улице, стоявший пустым. Сосед уведомил хозяйку дома, жившую в Дорсете, что очень нехорошо держать дом пустым, в то время как молодая пара мыкается без жилья. Хозяйка из Дорсета сдала нам дом. После того как мы прожили в доме несколько лет, мы решили купить его и отремонтировать. И мы попросили колледж о кредите. Колледж взвесил все обстоятельства и решил, что рисковать не стоит. В конце концов мы взяли кредит в строительной сберегательной кассе, а мои родители дали денег на ремонт.