Черные дыры и молодые вселенные

До 1970 года мои исследования касались космологии, изучения Вселенной в крупном масштабе. Моя самая значительная работа в этот период была о сингулярностях. Наблюдения отдаленных галактик показывали, что они движутся от нас, — Вселенная расширяется. Это подразумевало, что в прошлом галактики должны были быть ближе друг к другу. Возникал вопрос: было ли в прошлом такое время, когда галактики находились все вместе и плотность Вселенной была бесконечной? Или до того была фаза сжатия, когда галактикам удалось избежать столкновения? Возможно, они пронеслись мимо друг друга и начали разлетаться? Для ответа на этот вопрос требовались новые математические методы. Они были разработаны в 1965-1970 годах, главным образом Роджером Пенроузом и мной. Пенроуз тогда работал в Биркбек-колледже в Лондоне, сейчас он в Оксфорде. Воспользовавшись этими методами, мы показали, что если общая теория относительности верна, то в прошлом должно было быть состояние с бесконечной плотностью.

Такое состояние с бесконечной плотностью называется сингулярностью Большого Взрыва. Это означает, что, если общая теория относительности верна, наука не могла бы рассчитать, как возникла Вселенная. Однако моя более поздняя работа показывает, что если принять во внимание теорию квантовой физики — теорию мельчайших частиц, то все-таки можно рассчитать, как возникла Вселенная.

Общая теория относительности также утверждает, что массивные звезды, когда израсходуют свое ядерное топливо, сожмутся внутрь себя. Работа, которую проделали мы с Пенроузом, показывает, что они будут продолжать сжиматься, пока не достигнут сингулярности, или бесконечной плотности. Эта сингулярность стала бы концом времени — по крайней мере для звезды и всего сущего на ней. Гравитационное поле сингулярности было бы столь сильным, что свет не мог бы вырваться из области вокруг нее, а затягивался бы этим полем назад. Область, из которой невозможно вырваться, называется черной дырой, а ее границы — горизонтом событий. Все, что падает в черную дыру через горизонт событий, приходит к концу времени в этой сингулярности.

Однажды ночью (это было в 1970 году, вскоре после рождения моей дочери Люси) я размышлял о черных дырах, и вдруг меня осенило, что многие из разработанных Пенроузом и мною методов для доказательства сингулярностей можно применить и к черным дырам. В частности, область горизонта событий, граница черной дыры, не может уменьшаться со временем. И если две черные дыры столкнутся и сольются в одну, то площадь горизонта событий получившейся дыры будет больше суммы площадей горизонтов исходных черных дыр. Это накладывает существенное ограничение на величину энергии, которая выделится при столкновении. Я был так взволнован, что заснуть в ту ночь уже не мог.

С 1970 по 1974 год я работая в основном над черными дырами. Но в 1974-м я сделал, возможно, мое самое удивительное открытие: черные дыры не совершенно черные! Если принять в расчет мелкомасштабное поведение материи, частицы и излучение могут просочиться из черной дыры: она испускает излучение, словно горячее тело.

С 1974 года я работаю над приведением общей теории Относительности и квантовой механики в одну согласованную теорию. Одним из результатов этого стало предположение, сделанное мной в 1983 году вместе с Джимом Хартлом из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре: время и пространство конечны, но не имеют границ или краев. Это можно сравнить с поверхностью Земли, но не в трех, а в пяти измерениях. Земная поверхность не бесконечна, но границ не имеет. Сколько я ни путешествовал, мне так и не удалось упасть с края мира. Если бы данное предположение оказалось верно, не было бы никаких сингулярностей и научные законы выполнялись бы везде, в том числе и в начале Вселенной. Как возникла Вселенная, можно было бы определить научными законами. Я бы удовлетворил свои амбиции и открыл, как возникла Вселенная. Но я так и не знаю, почему она возникла.

3. Моя жизнь с АБС[3]

Меня довольно часто спрашивают: «Что вы думаете о своей болезни?» И я отвечаю: «Я не очень много о ней думаю. Стараюсь по мере возможности жить как нормальный человек, не задумываться о своем состоянии и не жалеть о том, что оно чего-то не позволяет мне делать. Да таких вещей не так уж и много».

Когда обнаружилось, что у меня нейромоторное заболевание, это было для меня страшным ударом. В детстве я не отличался хорошей координацией движений, не блистал в играх с мячом. Возможно, по этой причине я не уделял большого внимания спорту и вообще занятиям, требующим физической активности. Но все изменилось, когда я поехал в Оксфорд. Я стал заниматься греблей и был рулевым. Конечно, я не соответствовал стандартам регаты, yо мог выступать на соревнованиях в колледже.

Однако на третьем году учебы в Оксфорде я заметил, что становлюсь каким-то неуклюжим, пару раз я даже упал без видимой причины. Но только после года моего пребывания в Кембридже мать заметила это и отвела меня к врачу. Тот отправил меня к специалисту, и вскоре после моего двадцать первого дня рождения я прошел обследование в больнице. Пролежал я там две недели, в течение которых подвергался самым разнообразным испытаниям: у меня брали пробу мышечной ткани руки, втыкали в меня электроды, впрыскивали в позвоночник какую-то жидкость и в рентгеновских лучах наблюдали, как она поднимается и опускается при изменении угла наклона кровати. И после всего этого не сказали, какая у меня болезнь, а только заверили, что это не рассеянный склероз и, кроме того, у меня не типичный случай. Я понял, однако, что врачи предполагают ухудшение, но не могут предложить мне ничего, кроме витаминов. От витаминов нельзя было ожидать большого эффекта, а расспрашивать о подробностях не хотелось, так как ничего хорошего мне это не сулило.

Осознав, что у меня неизлечимая болезнь, которая, видимо, через несколько лет меня убьет, я был потрясен. Как такое могло случиться именно со мной? За что мне такой конец? Будучи в больнице, я видел, как на койке напротив умирал от лейкемии мальчик. Наблюдать это было тяжело, и мне стало ясно, что некоторым повезло еще меньше, чем мне. По крайней мере, меня не тошнило. Каждый раз, собираясь пожалеть себя, я вспоминаю того мальчика.

Я не знал, что меня ожидает и как быстро болезнь будет прогрессировать. Врачи разрешили мне возвратиться в Кембридж и продолжать исследования в общей теории относительности и космологии, которые я только начал. Но я не очень продвигался в этом, так как не имел достаточной математической подготовки, да ведь я мог и не дожить до завершения диссертации. Ощущая себя трагическим персонажем, я начал слушать Вагнера, но пресса явно преувеличивает, сообщая, будто я тогда запил. Беда в том, что, когда одна статья утверждает нечто подобное, другие тут же копируют ее, потому что это хороший сюжет, а все, что выходит большим тиражом, непременно должно быть правдой.

Мои мечты в то время несколько смешались. До того как поставили диагноз, жизнь представлялась мне скучной. Казалось, в ней нет ничего такого, чем стоило бы заняться. Выйдя из больницы, я ощущал себя приговоренным к казни и вдруг понял, что я очень многим мог бы заняться, если бы исполнение приговора отложили. Не раз меня посещала мысль пожертвовать жизнью ради спасения других. В конце концов, все равно пришлось бы умереть, а так это могло бы принести кому-то пользу.

Но я не умер. И хотя над моим будущим нависли тучи, я, к своему удивлению, обнаружил, что настоящее приносит мне больше радости, чем раньше. Я начал продвигать свои исследования, обручился, женился и получил место в Кейс-колледже в Кембридже.

Место в колледже решило мои проблемы с занятостью. Мне повезло, что я решил работать в теоретической физике, так как это была одна из немногих областей, где мое физическое состояние не являлось серьезной помехой. И мне повезло, что по мере его ухудшения моя научная репутация росла. Благодаря этому я мог занять должность, позволяющую вести исследования, не читая лекций.

Нам также повезло с жильем. Когда мы поженились, Джейн еще училась на последнем курсе Уэстфилд-колледжа в Лондоне, так что на неделе ей приходилось туда ездить. Поэтому нам нужно было подыскать что-то такое, где я мог бы сам управляться и чтобы это было в центре, поскольку я не мог далеко ходить. Я поинтересовался в колледже, не помогут ли мне, но в ответ услышал: «Политика колледжа — не помогать сотрудникам с жильем». Поэтому мы встали на очередь на одну из новых квартир, что строились у рынка (через несколько лет я обнаружил, что на самом деле эти квартиры принадлежали колледжу, но там мне об этом не сказали). Однако когда, проведя лето в Америке, мы вернулись в Кембридж, квартиры еще были не достроены. Как большое одолжение нам предложили комнату в общежитии для аспирантов, сказав при этом: «Обычно за такую комнату мы берем двенадцать шиллингов и шесть пенсов в день. Однако раз вас двое, будем брать двадцать пять шиллингов».

Мы прожили там всего три дня, а потом неподалеку нашли себе домик. Он принадлежал другому колледжу, который предоставил его одному из своих сотрудников. Тот недавно переехал в пригород и на оставшиеся три месяца передал его нам в субаренду. За эти три месяца мы подыскали другой пустующий дом на той же улице. Сосед вызвал из Дорсета хозяйку и выразил ей свое возмущение по поводу того, что дом пустует, в то время как молодые люди ищут пристанища, и она пустила нас жить. Через несколько лет нам захотелось купить этот дом и отремонтировать, и мы попросили у колледжа ссуду. Нашу просьбу рассмотрели и сочли это слишком рискованным, так что в конце концов пришлось взять ссуду в строительном кооперативе, а мои родители дали денег на ремонт.

Мы прожили там еще четыре года, пока мне не стало слишком трудно подниматься по лестнице. К тому времени в колледже меня уже ценили и предложили квартиру на первом этаже принадлежавшего колледжу дома. Это меня устраивало, так как там были просторные комнаты и широкие двери. Дом располагался недалеко от центра, и я мог добираться до кафедры на своей электрической коляске. Он также пришелся по душе нашим троим детям, потому что вокруг был сад, за которым ухаживали садовники колледжа.

До 1974 года я мог сам есть, сам вставать и ложиться в постель. Джейн удавалось помогать мне и воспитывать двоих детей без посторонней помощи. Однако потом положение ухудшилось, и у нас всегда жил кто-нибудь из моих студентов. За бесплатное жилье и мое особое внимание студенты помогали мне вставать и ложиться. В 1980 году мы перешли к системе добровольного дежурства и частных сиделок, которые приходили на час-два утром и вечером. Так продолжалось до тех пор, пока в 1985 году я не заболел воспалением легких. Мне сделали трахеотомию, и с того момента я нуждался в круглосуточном присмотре. Это оказалось возможным благодаря грантам нескольких организаций.

До операции моя речь становилась все более неразборчивой, и понять ее могли только люди, хорошо меня знавшие. Но, по крайней мере, я мог хоть как-то общаться. Я писал научные труды, диктуя секретарю, а семинары проводил с переводчиком, который четко повторял мои слова. Однако трахеотомия совсем лишила меня возможности говорить. Какое-то время единственным способом общения для меня было поднятие бровей, когда кто-либо указывал в таблице на нужную букву. Таким образом трудно поддерживать беседу, не говоря уж о написании научных трудов. Однако один компьютерщик из Калифорнии, по имени Уолт Уолтосц, прослышал о моем плачевном состоянии и прислал компьютерную программу «Эквалайзер», которую сам написал. Это позволило мне выбирать слова из меню на экране, нажимая рукой на ключ. Программа также реагировала на движения головы и глаз. Построенную таким образом фразу я мог послать па речевой синтезатор.

Сначала я запускал «Эквалайзер» на настольном компьютере. Потом Дэвид Мэйсон из «Кембридж Адаптив Коммюникейшенз» встроил маленький персональный компьютер и речевой синтезатор в мою коляску. Эта система позволила мне общаться еще лучше, чем раньше. Я мог набирать до пятидесяти слов в минуту, чтобы или выговаривать написанное, или записывать на диске. Потом я мог распечатать это или вызвать снова и проговорить предложение за предложением. При помощи этой системы я написал две книги и ряд научных работ. Я также сделал множество научных и научно-популярных докладов, и их хорошо воспринимали — думаю, в немалой степени благодаря качеству речевого синтезатора, изготовленного фирмой «Спич Плас». Голос очень важен. Если вы говорите неразборчиво, люди склонны считать вас умственно неполноценным. Тот синтезатор — самый лучший из всех, что я когда-либо слышал, поскольку он интонирует текст, а не говорит на манер Далека[4]. Единственная беда — у него американский акцент. Однако теперь я уже сроднился с этим голосом и не хотел бы менять его, даже если бы мне предложили британское произношение. Я бы почувствовал себя другим человеком.

Я страдаю нейромоторным заболеванием практически всю мою взрослую жизнь, но это не помешало мне иметь прекрасную семью и добиться успехов в работе. И все это благодаря помощи, оказанной мне женой, детьми и многими другими людьми и организациями. Мне повезло, что мое состояние ухудшалось медленнее, чем в большинстве таких случаев. Это доказывает, что никогда не надо терять надежды.

4. Отношение людей к науке[5]

Нравится нам это или нет, но мир, в котором мы живем, за последние сто лет здорово изменился и, похоже, в следующее столетие изменится еще больше. Некоторым хотелось бы остановить эти перемены и вернуться к тому времени, которое им кажется более чистым и простым. Но, как показывает история, прошлое не было таким уж чудесным. Оно было не так плохо для привилегированного меньшинства, но даже этому меньшинству приходилось обходиться без современной медицины, и рождение детей было для женщин весьма опасно. А для подавляющего большинства населения жизнь была ужасна, жестока и коротка.

Как бы то ни было, при всем желании невозможно повернуть время вспять. Знания и технику нельзя игнорировать. И нельзя остановить дальнейший прогресс. Даже если изъять все деньги, выделенные правительством на исследования (а нынешнее правительство старается это делать), конкуренция все равно призовет на помощь преимущества технологий. Более того, нельзя запретить пытливым умам думать о фундаментальной науке, независимо от того, платят им за это или нет. Единственный путь воспрепятствовать дальнейшему развитию — это тоталитарное государство, подавляющее все новое, но человеческая инициатива и изобретательность таковы, что даже и это не поможет. Все, чего удастся достичь, это замедлить темп перемен.

Если мы понимаем, что нельзя помешать науке и технике изменить мир, мы можем, по крайней мере, попытаться сделать так, чтобы эти изменения шли в правильном направлении. В демократическом обществе это означает, что народ должен иметь некоторое представление об основных научных понятиях, чтобы использовать информацию для принятия решений, а не делать это прерогативой специалистов. В настоящий момент у людей довольно двойственное отношение к науке. Они ждут, что новые достижения науки и техники приведут к дальнейшему повышению жизненных стандартов, но в то же время не доверяют науке, потому что не понимают ее. Это недоверие ясно проявляется в карикатурном изображении ученого, делающего в своей лаборатории Франкенштейна. Оно также проявляется в поддержке партий зеленых. И в то же время интерес к науке в обществе очень высок, особенно к астрономии, что видно по той широкой аудитории, которую привлекают научно-фантастические телевизионные сериалы.

Что можно сделать, чтобы направить этот интерес в нужное русло и дать народу научную подготовку, нужную для принятия обоснованных решений в таких вопросах, как кислотные дожди, парниковый эффект, ядерное оружие и генная инженерия? Ясно, что фундамент должен быть заложен в школе. Но школьная наука часто преподается в сухой и неинтересной форме. Дети учатся механически запоминать, чтобы сдать экзамен, и не видят связи науки с окружающим миром. Более того, наука часто преподносится в виде формул. Хотя формулы являются сжатым и точным способом описания математической мысли, большинство людей их пугаются. Когда я недавно писал научно-популярную книжку, меня предупредили, что каждая формула в ней вдвое уменьшит объем продаж. Я включил только одну — знаменитую формулу Эйнштейна Е=тс^2 . Возможно, без нее мне бы удалось продать вдвое больше экземпляров.

Ученые и инженеры стремятся выразить свои мысли в виде формул, потому что им нужно знать точные количественные значения величин. Но для всех остальных достаточно качественного понимания научных концепций, а это можно передать словами и диаграммами, без формул. Я не изучал в школе молекулярную биологию и транзисторы, но генная инженерия и компьютеры — это два достижения, которые, скорее всего, изменят наш будущий образ жизни. Научно-популярные книги и статьи в журналах могут помочь в объяснении новых достижений науки, но даже самые удачные из них читает лишь малая часть населения. Только телевидение может собрать поистине массовую аудиторию. На телевидении есть несколько очень хороших научно-популярных программ, но остальные представляют чудеса науки просто как волшебство, без объяснений, не демонстрируя, как они вписываются в рамки научных идей. Продюсеры этих программ должны понять, что в их обязанность входит просвещать народ, а не только развлекать его.

В отношении каких научных вопросов людям в ближайшем будущем предстоит принять решение? Самый насущный — вопрос о ядерном оружии. Действие других глобальных проблем, таких как обеспечение продовольствием или парниковый эффект, довольно замедленно, но ядерная война за несколько дней положит конец существованию человечества на Земле. Разрядка напряженности между Востоком и Западом, почти прекратившая холодную войну, означает, что страх перед ядерной войной отступил на второй план. Но опасность еще остается, поскольку в мире достаточно оружия, чтобы многократно уничтожить все население планеты. В бывших советских республиках и в США ядерное оружие все еще пребывает в готовности уничтожить все крупные города северного полушария. Какая-нибудь компьютерная ошибка или бунт обслуживающего персонала может начать мировую войну. А еще более тревожно то, что и сравнительно маленькие державы обзаводятся теперь ядерным оружием. Крупные державы до сих пор вели себя ответственно, но нельзя питать подобной уверенности относительно маленьких стран, таких как Ливия или Ирак, Пакистан или даже Азербайджан. Опасность заключается не столько в ныне существующем ядерном оружии, которым эти страны скоро могут завладеть, — оно было бы довольно примитивным, хотя все равно могло бы убить миллионы человек. Страшнее то, что в ядерную войну между малыми странами могут быть втянуты и большие державы с их гигантскими арсеналами.

Очень важно, чтобы люди осознали эту опасность и оказали давление на свои правительства, заставляя их согласиться на значительное разоружение. Вероятно, полностью уничтожить ядерное оружие нереально, но и путем снижения его количества мы можем уменьшить угрозу войны.

Даже если нам удастся избежать ядерной войны, все равно остаются опасности, способные уничтожить нас всех. Известна мрачная шутка: мы якобы не входим в контакт с иными цивилизациями потому, что они имеют тенденцию самоуничтожаться, когда достигают нашего нынешнего уровня. Но я верю в здравый смысл людей и надеюсь: мы докажем, что это не так.

5. Краткая история «Краткой истории»[6]

Я все еще ошеломлен тем приемом, какой получила моя книга «Краткая история времени». В течение тридцати семи недель она оставалась в списке бестселлеров «Нью-Йорк Таймс» и в течение двадцати семи недель — в списке «Санди Таймс» (в Великобритании ее опубликовали позже, чем в Соединенных Штатах). Ее перевели на двадцать языков (или двадцать один, если не считать американский язык английским). Это гораздо больше, чем я ожидал, когда в 1982 году мне пришла в голову мысль написать популярную книжку о Вселенной. Отчасти причиной была необходимость заработать денег, чтобы оплатить учебу дочери в школе (на самом деле ко времени выхода книги дочь уже была в последнем классе). Но главное — мне хотелось объяснить, как далеко, по моему представлению, мы зашли в нашем понимании Вселенной, как близко мы подошли к единой завершенной теории, описывающей Вселенную и все сущее в ней.

Раз уж я собрался потратить время на написание книги, я бы хотел, чтобы с ней познакомилось как можно большее число людей. До этого мои публикации выходили в издательстве «Кембридж Юниверсити Пресс». Оно проделало хорошую работу, но я не чувствовал, что книги пользуются спросом на более-менее массовом рынке, а мне хотелось именно этого. Поэтому я связался с литературным агентом Элом Цукерманом, с которым меня познакомил один мой коллега, представив Эла своим зятем. Я дал ему набросок первой главы и высказал свое пожелание, чтобы книга была из тех, что продаются на лотках в залах ожидания аэропортов. Он сказал, что это невозможно. Она может хорошо пойти среди профессоров и студентов, но на территорию Джеффри Арчера такие книги не пробиваются[7].

В 1984 году я предоставил Цукерману набросок книги. Он разослал его нескольким издателям и порекомендовал мне принять предложение от американской фирмы «Нортон», выпускающей книги скорее для интеллектуальной элиты. Вместо этого я решил принять предложение от издательства «Бантам Букс», ориентированного на более широкий рынок. Это издательство не специализировалось на публикации научных книг, но зато его издания продавались в аэропортах. Мою рукопись они приняли, вероятно, из-за интереса, проявленного к ней одним из редакторов, Питером Гудзарди. Он отнесся к своей работе очень серьезно и заставил меня переписать книгу, чтобы сделать ее понятной не для ученых, а для простых людей вроде него самого. Каждый раз, когда я посылал ему переписанную главу, он присылал обратно перечень возражений и вопросов, которые хотел бы прояснить. Временами мне казалось, что этот процесс никогда не закончится. Но Питер Гудзарди оказался прав: в результате книга стала гораздо лучше.

Вскоре после того, как я принял предложение от издательства «Бантам Букс», я заболел воспалением легких. Мне пришлось перенести трахеотомию, в результате чего я лишился голоса. Какое-то время я мог общаться лишь поднимая брови, когда мне показывали нужную букву в таблице, и у меня бы не было никакой возможности закончить кишу, если бы не подаренная мне компьютерная программа. Она работала довольно медленно, но я и думаю медленно, так что она меня вполне устроила. С ее помощью по настоянию Гудзарди я почти полностью переписал первый вариант. В этом мне помогал один из моих студентов, Брайан Уитт.

На меня произвел большое впечатление телевизионный сериал Джейкоба Броновски «Восхождение человека» (такое сексистское название сегодня бы не разрешили[8]). Он давал ощущение подвига рода человеческого, развившегося от примитивных дикарей, каковым он был всего пятнадцать тысяч лет назад, до нынешнего состояния. Мне хотелось передать то же чувство, которое возникает при осознании нашего прогресса в понимании законов, управляющих Вселенной. Я не сомневался, что почти всем интересно, как функционирует Вселенная, но большинство не выносит математических формул — я и сам-то их не очень люблю. Отчасти это вызвано тем, что мне их трудно писать, но главная причина в том, что у меня нет интуитивного чувства формулы. Вместо этого я мыслю картинками, и в книге пытался выразить образы словами с помощью знакомых аналогий и нескольких диаграмм. Таким образом я надеялся дать большинству людей возможность разделить со мной восхищение замечательным прогрессом, проделанным физиками за последние двадцать пять лет, и ощущение подвига.

И все же, даже если избежать математических выкладок, некоторые идеи остаются непривычными и трудными для понимания. Передо мной стояла дилемма: следует ли попытаться объяснить с риском запутать читателей или лучше затушевать трудности? Некоторые непривычные концепции, например то, что наблюдатели, движущиеся с разной скоростью, по-разному измеряют временные промежутки между одними и теми же событиями, были не так существенны для картины, которую я хотел нарисовать. Поэтому мне казалось, что можно просто упомянуть о них, не вдаваясь глубоко. Но были и сложные идеи, лежащие в основе того, что мне хотелось донести до читателя. В частности, я чувствовал, что обязательно должен включить два понятия. Одно из них — так называемая сумма историй. Это идея о том, что у Вселенной не одна история. Есть совокупность самых разных историй, и все они одинаково реальны (что бы это ни означало). Другое понятие, необходимое для того, чтобы придать сумме историй математический смысл, — это мнимое время. Сейчас я чувствую, что тогда мне следовало приложить больше усилий для объяснения этих двух очень непростых понятий, особенно мнимого времени, — мне кажется, они доставляют читателю наибольшие трудности. Однако на самом деле нет такой уж необходимости точно понимать, что же такое мнимое время, — просто оно отличается от того времени, которое мы называем реальным.

Конец бесплатного ознакомительного фрагмента.