Коротка історія часу

Дещо про Гокінга, його книжку та чорні діри, що не такі вже й чорні

Як сказав Джонсон, якщо ви знаєте, що вас завтра вранці повісять, це допомагає вам добре зосередитися. І він (Стівен) дійсно зосередився на своїй праці так, як я гадаю, не зміг би зосередитись у противному разі... Ні, ні, я не можу назвати його хворобу удачею. Але для нього хвороба була меншим лихом, ніж для більшості інших людей.

Ізобел Гокінг про сина

Стівен Гокінг мав щастя з’явитися на цей світ 8 січня 1942 р. в Оксфорді, куди його мати Ізобел та батько Френк втекли з Лондона від німецьких бомб. Було відомо, що німці вирішили не бомбити Оксфорд, бо Гітлер мав плани зробити в ньому свою резиденцію. Як згодом обчислив сам Гокінг, того ж дня побачили світ ще двісті тисяч дітей. Вважається, що генії народжуються у пропорції один до ста тисяч, і що тільки одному зі ста потенційних геніїв вдається реалізуватися. Двомстам тисячам людей, що народилися водночас з Гокінгом, пощастило: один із двох їх потенційних геніїв реалізувався. Ним виявився Стівен.

Ніщо не провіщало в юному Стівені генія, хіба крім деяких ознак: у дитинстві він розвивався ще повільніше, ніж Айнштайн, у школі вчився ще гірше, ніж Ньютон, а в університеті байдикував ще більше, ніж Ґете чи Байрон. Можливо, що Стівен Гокінг трохи хизується, коли про все це розповідає, але що краще, ніж почуття гумору, може підтримувати хвору людину, хвороба якої має страшну назву — бічний аміотрофний склероз? Відповідь на це, здавалося б, риторичне питання є: ще краще безнадійно хвору, повністю паралізовану людину може підтримувати безупинна, улюблена та плідна праця. Стівен Гокінг вже давно не може самостійно рухатись, не може говорити, не може їсти, але може бачити, може чути і слухати, а головне, може думати. Коли Гокінг у 21 рік враз довідався, що жити йому зосталося не більше ніж два чи два з половиною роки, він впав у розпач. Від самогубства його врятувала кохана дівчина Джейн Вайлд, в яку він закохався, ще не підозрюючи про свою смертельну хворобу. Молоді люди вирішили одружитися, вже коли Гокінгові поставили страшний діягноз.

Стівен Гокінг прожив уже на 50 років більше, ніж звичайно живуть за такої хвороби. І в цьому йому допомогла дружина Джейн і книжка «Коротка історія часу. Від Великого вибуху до чорних дір», яка зробила Гокінга багатою людиною. Всі ми знаємо, що хворіти тепер — це дуже дорогий спосіб проводити час. Тож неможливо собі навіть і уявити, скільки коштує підтримка життя у фізичному тілі Стівена Гокінга. Багатим йому необхідно було стати, щоб спростувати прогнози лікарів.

1982 року, коли Джейн порадила Стівенові написати книжку, щоб заробити грошей на платню для медичної доглядальниці, Гокінг уже три роки посідав Лукасівську катедру математики, найпрестижнішу катедру в Англії, яку з 1669 по 1702 р. займав Ісак Ньютон, а з 1932 по 1969 р. — славетний фізик Пол Дирак (Гокінг був лукасівським професором з 1979 по 2009 р.). Сім’я Гокінгів була в тяжкому фінансовому стані. Окрім інших витрат, треба було оплачувати навчання старшого сина Роберта та дочки Люсі у приватних школах. 1979 р. народився син Тім. 1981 р. Джейн захистила дисертацію і теж почала працювати, але й двох зарплат Гокінгам катастрофічно не вистачало[1]. І тут Гокінг учинив щось неймовірне: всупереч історії, яку розповів Ґарі Ліпкін, фізик Стівен Гокінг продемонстрував світові, що навіть лукасівський професор[2] може заробити дуже багато грошей. Сталося це завдяки книжці, присвяченій Джейн, яка вийшла у США та Канаді в квітні 1988 р. Слід сказати, що майже всі її герої — Ґалілей, Кеплер, Лаплас, Айнштайн, Фрідман, Гамов, Единґтон, Ландау, Файнмен, Пенроуз та інші у свій час написали чудові науково-популярні книжки, присвячені фундаментальній фізиці та космосу, але жодна з них (за винятком книжок Гамова про містера Томпкінса) не досягла такої слави, як Гокінгова.

Стівен Гокінг, попри свою дуже тяжку хворобу, все життя багато подорожував і продовжує подорожувати. Крім Австралії, він відвідав усі континенти, навіть Антарктиду. Він піднімався на повітряній кулі, літав у невагомості й уже забронював квиток на космічний суборбітальний політ.

У Радянському Cоюзі Гокінг побував сім разів. Як він розповідає у своїй новій автобіографічній книжці «Моя коротка історія», під час першого приїзду до Радянського Союзу його затримали за контрабанду, точніше, за контрабандний провіз російськомовної Біблії. Гокінг приїхав із студентською групою, і один із студентів, ревний баптист, дуже хотів подарувати нелегально провезені екземпляри Біблії релігійно неосвіченим радянським громадянам. Стівен Гокінг легко погодився допомогти йому провезти книги. Молодих правопорушників протримали декілька годин і вирішили відпустити, щоб не влаштовувати міжнародного скандалу.

Дуже корисним у науковому плані для Гокінга був приїзд у Москву у вересні 1973 р. Плідне спілкування з Я. Зельдовічем та А. Старобінським привело Гокінга до його найважливішого наукового відкриття — можливості квантового випаровування чорних дір (Гокінг у своїй книжці «Коротка історія часу» називає Алексєя Старобінського «Александром»). Про своє відкриття Гокінг написав невелику статтю (півтори журнальні сторінки) та віддав її у журнал «Нейче».

Навесні 1974 року журнал «Нейче» (Nature, Vol. 248, March 1, P. 30–31) із статтею Гокінга «Black hole explosions?» («Вибухи чорних дір?») надійшов до наукових бібліотек Радянського Союзу. Мало кому пощастило погортати цей журнал і побачити Гокінгову статтю (автор цих рядків був одним з таких щасливців): журнал раптом зник. Хтось дуже значний у Москві наказав сховати всі журнали «Нейче» з Гокінговою статтею, які потрапили у Радянський Союз, у сейфи режимних відділів органів безпеки та нікому не видавати без особливого дозволу. Журнал із статтею Гокінга занесли в чорний список і нікому не видавали. Тому, хто встиг його побачити, було ясно, в чому справа. У злощасному журналі на сторінках 2–3 була надрукована дуже «небезпечна» для читачів стаття англійської журналістки Віри Річ «Протест стосовно еміграції з Радянського Союзу» (Vera Rich, «Protest about emigration from the Soviet Union»). В статті розповідалось про голодування, що оголосили в Москві певні науковці-євреї, яким забороняли виїхати в Ізраїль, йшлося також про різні інші непривабливі речі, що стосувались еміграції з Радянського Союзу. Невідомо, чи допомогла комусь ця стаття подолати труднощі з від’їздом в Ізраїль, але стала вона відтоді недоступною, мабуть і тепер лежить у тих самих «режимних» сейфах. Але в наші дні все стало набагато простіше: без будь-яких перешкод, за кілька секунд, кожен може одержати через інтернет і статтю пані Віри Річ[3], і Гокінгову, заплативши журналові «Нейче» лише по 32 долари за кожну статтю.

Загальновизнано, що Гокінгова стаття 1974 р. про квантове випаровування чорних дір — перлина теоретичної фізики ХХ сторіччя. Відкриття Гокінга, що чорні діри не такі вже й чорні, і подальші його досягнення в дослідженні квантових процесів у ранньому Всесвіті були відзначені коштовною нагородою. 20 березня 2013 р. у Женеві Стівен Гокінг одержав Спеціяльну премію з фундаментальної фізики (три мільйони доларів) за «за відкриття випромінювання Гокінга чорними дірами та великий внесок у квантову гравітацію та квантові аспекти раннього Всесвіту». Але це ще не вся історія. Через 30 років після опублікування статті, 21 липня 2004 р. на 17 Міжнародній конференції з загальної теорії відносності і теорії гравітації у Дубліні Стівен Гокінг визнав свою роботу помилковою. Таке визнання не стало несподіванкою. Далеко не всі фізики (в тому числі і друзі Гокінга) поділяли його інтерпретацію. Обчислення Гокінга були правильні, як і одержані ним формули та його твердження про властивості квантового випаровування чорних дір. Хибним було його розуміння власних результатів. Гокінг стверджував у своїй статті, що випромінювання чорних дір «чорне», тобто теплове з певною температурою, а таке випромінювання не містить у собі ніякої інформації. А це означало, що коли щось падає в чорну діру та навіки в ній зникає, то після випаровування чорної діри, навіки зникає і та інформація, яку містило це «щось». Але в тих обчисленнях, що провів Гокінг, не було ніяких механізмів, які б дозволяли «стерти» інформацію. Виникали питання, чи дійсно випромінювання чорних дір «чорне», чи правильно ми розуміємо, що таке «чорне» випромінювання, що таке «температура часопростору», введена Гокінгом, та інші принципові питання. 2005 р. Гокінг опублікував статтю, у якій запропонував використати для розв’язання проблем, про які йдеться (і які вже давно дістали назву «інформаційний парадокс»), так звану AdS/CFT-відповідність, але всі ці питання і досі остаточно не розв’язані.

4 січня 2012 р. до 70-річчя Гокінга часопис «Нью саєнтіст» взяв у нього інтерв’ю. Ось два питання, можливо, пов’язані між собою, на які відповів Стівен Гокінг.

«Нью саєнтіст»: Айншайн вважав введення космологічної константи своєю найбільшою помилкою[4]. Яка ваша найбільша помилка?

С. Гокінг: Я довгий час вважав, що інформація зникає в чорних дірах. Але AdS/CFT-відповідність змусила мене змінити мою думку. Це була моя найбільша помилка, в усякому разі, найбільша наукова помилка.

«Нью саєнтіст»: Про що ви здебільшого думаєте протягом дня?

С. Гокінг: Про жінок. Жінки для мене — це найглибша таємниця.

Цілком можливо, що своєю найбільшою помилкою у приватному житті Гокінг вважає те, що в лютому 1990 р. він залишив свою сім’ю, Джейн, двох синів і дочку, які всі були шоковані його вчинком. Гокінг став жити разом зі своєю доглядальницею Елейн Мезон, яка теж залишила чоловіка та двох синів. Пізніше, після розлучення із Джейн, Гокінг 1995 р. одружився з Елейн. Джейн також вийшла заміж за свого старого друга. Після розлучення з Елейн у 2006 р. Гокінг знову зблизився зі своєю першою сім’єю, особливо з дочкою Люсі, журналісткою та письменницею. Разом з Люсі вони написали (2007, 2009, 2011) три захопливі дитячі книжки про хлопчика Джорджа, його подружку Ені, про порося Фреді, про Всесвіт, чорні діри та Великий вибух. У червні 2014 р. вийшла вже четверта книжка про Джорджа та Ені, про їхню боротьбу з комп’ютерними гакерами, що паралізували все життя на Землі, зіпсувавши всі комп’ютери світу.

Слід докладніше зупинитися на тому, як змінилися уявлення про Всесвіт відтоді, як вийшло поправлене видання книжки Гокінга (1995), з якого зроблено переклад. Виявилось, що Всесвіт побудований набагато простіше, ніж це вважали 20 років тому. Насамперед великомасштабну[5] будову Всесвіту дуже добре можуть описати рівняння загальної теорії відносності з космологічною константою (сталою), що ввів Айнштайн 1917 р. у рівняння своєї теорії, остаточно сформульованої 1915 р. На ці рівняння варто подивитися, бо вони керують Всесвітом:

Рівняння Айнштайна — це дуже складні тензорні рівняння, але фізичний зміст їх дуже простий: матерія, тобто речовина, визначає геометрію, тобто гравітацію. Космологічну константу Айштайн ввів, щоб його рівняння описували стаціонарні, незмінні в часі стани Всесвіту. Але, як виявив Фрідман, рівняння Айнштайна не мають сталих стаціонарних розв’язків, тобто всі можливі всесвіти нестаціонарні. Отже, космологічна константа виявилась непотрібною, вона не стабілізувала Всесвіт. Ще більше Айнштайн був засмучений тим, що якщо ніякої матерії (речовини) немає, все одно його рівняння з космологічною константою описують дуже цікавий Всесвіт (схожий на той, в якому ми тепер живемо). Тобто головна ідея Айнштайна — матерія визначає геометрію — виявилась хибною. Все, що треба зробити, щоб проблема, яка дуже засмучувала Айнштайна, була розв’язана, це переписати його рівняння таким чином:

Рівняння Айнштайна докладно проаналізував А. Фрідман у роботах 1922 та 1924 р. Фрідман знайшов їх розв’язок для всесвітів з позитивною, негативною та нульовою просторовими кривинами. Тепер переконливо встановлено, що просторова кривина всесвіту к дорівнює нулеві. Те, як Всесвіт буде розвиватися в часі, залежить від того, який знак має космологічна константа. Розв’язки рівнянь Айнштайна для випадку к = 0, знайдені Фрідманом, мають вигляд:

Переконливо встановлено, що Всесвіт підлягає рівнянням Айнштайна з позитивною космологічною константою (верхня крива на рисунку). R(t) — це так званий масштабний фактор, який визначає розширення Всесвіту, що, як переконливо встановлено, розширюється з пришвидшенням, передбаченим теорією Айнштайна.

Отже, ми бачимо, що наш реальний Всесвіт набагато простіший за ті, які Гокінг обговорює у своїй книжці. Як пояснює Гокінг у розділі «Стріла часу», «розумні істоти можуть існувати тільки в фазі розширення» Всесвіту і не можуть існувати «в фазі стискання». Ми можемо не турбуватися: фаза стискання не загрожує нашому Всесвіту!

У 1932 р., звертаючись до студентів Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, Альберт Айнштайн сказав, що «зусилля науковців ґрунтуються на впевненості в тому, що дійсність повинна мати дуже гармонійну структуру. Сьогодні в нас більше підстав для такої прекрасної впевненості, ніж будь-коли раніше».

Сьогодні, у нас ще більше підстав для такої прекрасної впевненості, ніж 80 років тому, коли ці слова були сказані. Саме така впевненість керує Гокінгом протягом усього його нелегкого життя, надихає його на творчі звершення і пронизує його легендарну книжку «Коротка історія часу».

Юрій Степановський