Стивен Хокинг. О дружбе и физике
Шрифт:
Эйнштейн пытался разрешить это противоречие. Следует ли изменить теорию относительности? Может, нужно отказаться от закона всемирного тяготения Ньютона? Как выяснилось впоследствии, нужно было сделать и то, и другое. Эйнштейн потратил на решение этой задачи десять лет, забросив свою работу в патентном бюро и проводя свои академические изыскания в Берне, Цюрихе, Праге и Берлине. В конце концов, в 1915 году он создал свою новую теорию – общую теорию относительности, в которой положения специальной теории относительности были переработаны, расширены и дополнены введением эффектов гравитации.
Для того чтобы согласовать общую теорию относительности с теорией гравитации Ньютона, пришлось скорректировать постулат Ньютона о распространении гравитации с мгновенной скоростью. В общей теории относительности гравитация распространяется подобно волнам света, и с его же скоростью. Таким образом, не нарушается принцип предельной
Чтобы избавиться от бесконечной скорости распространения гравитации, Эйнштейн ввел в свою общую теорию относительности понятие о гравитационных волнах. Но по иронии судьбы эти волны были обнаружены экспериментальным путем лишь совсем недавно: в 2017 году была присуждена Нобелевская премия за открытие гравитационных волн. Одним из лауреатов Нобелевской премии, присужденной за это открытие, стал американский физик Кип Торн.
Ньютон объяснил вращение планет по орбитам и падение предметов вниз с помощью силы, названной им гравитацией. Силы гравитации притягивают все предметы на свете друг к другу и заставляют их отклоняться от своих «естественных движений», которые, согласно Ньютону, должны происходить по прямым линиям. Эйнштейн показал нам, что это весьма приблизительная картина и что существует более глубокая истина, согласно которой надо понимать явление гравитации совсем по-другому.
Согласно Эйнштейну, нет никакой особой силы, которая действует на вещество и энергию. Напротив, именно вещество и энергия заставляют искривляться пространство, а искривление пространства, в свою очередь, определяет, как движется вещество и как распространяется энергия. Вещество воздействует на пространство-время, а пространство-время действует на вещество. Именно эта петля обратной связи делает математический аппарат общей теории относительности таким сложным. Чтобы разработать этот математический аппарат, Эйнштейну пришлось «вспахать» доселе нетронутое математическое поле, называемое неевклидовой геометрией – овладеть математикой искривленного пространства. Десять лет тяжелых неустанных поисков, и Эйнштейн сумел усовершенствовать общую теорию относительности, продираясь сквозь бесчисленные пробы и ошибки, излагая свои постулаты в разных формах, рассчитывая следствия предварительных изысканий и критикуя свои собственные идеи.
В обычных ситуациях закон всемирного тяготения Ньютона обеспечивает достаточно хорошую точность. Вот почему прошло несколько столетий, прежде чем люди заметили его недостатки. Но в областях с высокими скоростями или с большой концентрацией материи и энергии – то есть там, где сильная гравитация, – на теорию Ньютона полагаться нельзя.
Сегодня специальная теория относительности применяется во многих областях физики. Но области, где необходимо применять общую теорию относительности, пока весьма немногочисленны: в первую очередь это относится к черным дырам и к вопросам происхождения Вселенной. На протяжении нескольких десятилетий эти области казались не связанными друг с другом и не поддающимися экспериментальной проверке. Ранняя Вселенная слишком далека от нас во времени, чтобы быть объектом плодотворного исследования, а что касается черных дыр, то сам Эйнштейн отрицал их существование, считая их скорее математическим курьезом, чем реально существующим явлением природы. Поэтому в течение пятидесяти лет после того, как в 1915 году вышла работа Эйнштейна, эти идеи попросту игнорировались, и общая теория относительности покоилась на задворках науки.
Однако мнение ученой физической среды мало волновало Стивена. Его первый большой текст, написанный в соавторстве, вошел в книгу под названием «Крупномасштабная структура пространства-времени». В этой книге поднимались вопросы об искривленном пространстве и рассматривался математический аппарат для его описания. Я прочел добрую часть этой книги в колледже и нашел ее по-настоящему увлекательной – страницы этой книги хотелось переворачивать одну за другой, но не торопясь. Порой для того, чтобы «переварить» одну-единственную страницу, приходилось тратить не менее часа.
И черные дыры, и проблемы ранней Вселенной по-настоящему увлекли Стивена и стали основной темой его исследований на долгие годы. Его первая статья оказала огромное влияние на все последующие работы и пробудила дремавшую доселе общую теорию относительности. Позднее его открытия в области взаимодействия теории относительности и квантовой физики помогли в создании новой научной отрасли – квантовой гравитации.
Именно этим идеям и физическим явлениям Стивен и посвятил всю свою жизнь. Он доказал их актуальность и не переставал обращаться к ним в поисках новых открытий. К тому времени, когда Стивен решил написать книгу «Высший замысел» – итог сорокалетних раздумий и упорной работы, – он считал, что получил наконец ответы на самые животрепещущие вопросы,
Когда вы работаете с кем-то над одним проектом, в который вы вкладываете всю душу, ваши головы должны работать в унисон. Если вам повезет, вы сможете соединить и ваши сердца. Работая вместе, мы стали друзьями со Стивеном. То, что началось, как альянс интеллектов, переросло в союз наших душ. Я был удивлен, хотя мне и не стоило удивляться: Стивен находился в поисках не только секретов Вселенной, но и людей, с которыми он мог бы поделиться этими секретами.
В детстве Стивен натерпелся всякого от других мальчишек. «Он был маленьким и походил на обезьянку», – вспоминал позже один из его одноклассников. Став взрослым, Стивен попал в плен своего недуга. С нападками мальчишек он боролся с помощью юмора, а своему параличу противостоял благодаря собственной внутренней силе. На всех, кто знал Стивена, производила глубокое впечатление сила его личностных качеств, а также его научная дальновидность. В этой книге я расскажу вам о своем опыте работы со Стивеном и о том, как зарождалась наша дружба. Я хочу поведать вам о том, как он стал тем, кем являлся – и как физик, и как человек. Что он был на самом деле? Как он справлялся со своей болезнью и как его ограниченные физические возможности влияли на его образ мышления? Что было его отличительной чертой в жизни и в науке? Что его вдохновляло, как зарождались его идеи? Каковы были его основные научные достижения и как они вписывались в физику в целом? Чем, в конце концов, занимаются все эти физики-теоретики, как они все это делают и зачем? Во время совместной работы со Стивеном я по-новому взглянул на все эти вопросы, включая те, о которых у меня уже сложилось вполне определенное мнение. Цель моей книги – в которой я буду вспоминать время, проведенное вместе со Стивеном, и знакомить вас с самыми яркими эпизодами его жизни – поделиться с вами тем, чему я научился.
Глава 1
Меня трудно удивить, но, когда я в 2006 году впервые очутился в Кембридже, я буквально раскрыл рот от изумления. Шло шестьдесят четвертое лето в жизни Стивена. Многие детали его жизни не очень-то соответствовали снятому о нем голливудскому фильму, но сам Кембридж выглядел в точности таким, каким он был изображен в фильме о Гарри Поттере. Кембридж – это Хогвартс. Окрестности города не были такими очаровательными и не дышали такой стариной, но я редко покидал пределы «старого Кембриджа», который помнил еще Ньютона – массив каменных улиц и зданий, беспорядочно разбросанных там и сям. Именно здесь расположены основные постройки университета вперемежку со средневековыми церквями и их двориками. Это территория высоких стен, которые возвели в Средние века, дабы защищать студентов от местного населения; здесь узкие проходы и почти такие же узкие улицы, без особого порядка мощеные кирпичом. Больше всего эти улочки напоминали скомканную лапшу.
Такое хаотичное расположение города, лишенного всякой планировки, можно понять, если вспомнить, что университет был основан восемьсот лет назад и за несколько столетий до того, как Рене Декарт изобрел свою стройную прямоугольную систему координат. Тем не менее «старый город» – условное понятие: люди живут в этой местности с доисторических времен. Сегодня университет состоит из тридцати одного колледжа, почти независимых друг от друга, а в самом городе проживают более ста тысяч человек.
И все-таки Кембридж – это не Хогвартс. Чудеса, творившиеся в Кембридже, имели под собой реальную основу. В одном из его внутренних двориков чеканил свой шаг Ньютон, измеряя время возвращения эхо, определяя скорость звука; в своей лаборатории раскрывал секреты электричества и магнетизма Джеймс Клерк Максвелл и здесь же Дж. Дж. Томсон открыл электрон; здесь вы найдете и пивную, в которую захаживали еще Уотсон и Крик, обсуждая за кружкой пива вопросы генетики; Эрнест Резерфорд в университетском здании проводил свои скрупулезные эксперименты, раскрывая тайны структуры атомного ядра.
В Кембридже по праву гордятся научными традициями и называют Оксфорд, в котором силен гуманитарный уклон, «той другой школой». Декан факультета, на котором работал Стивен, рассказал мне, что он, как и Стивен, был выпускником Оксфорда, и что оксфордские профессоры задавали своим студентам не обычные домашние задания, а требовали писать эссе по научным проблемам. Он говорил, что пробовал ввести эссе в Кембридже, но ни один студент не сдал ни одной готовой работы. Эти студенты сопротивлялись моим натискам до последнего, сказал декан, и, если им было суждено получить Нобелевскую премию, конечно же, она была бы не по литературе.