Текст книги "Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики"
Автор книги: Леонард Сасскинд
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 28 страниц)
Леонард Сасскинд. Битва при чёрной дыре: Моё сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики
Что вдыхает жизнь в эти уравнения и создаёт Вселенную, которую они могли бы описывать?
Стивен Хокинг
Введение
Столько надо было грокнуть, а начинать приходилось почти что с нуля.
Роберт Хайнлайн. Чужой в стране чужих
Где-то в восточноафриканской саванне немолодая львица выслеживает себе ужин. Она бы предпочла медлительную добычу преклонного возраста, но всё, что есть, – лишь молодая резвая антилопа. Внимательные глаза жертвы идеально размещены по сторонам её головы, чтобы в ожидании нападения держать под наблюдением всю окружающую местность. Глаза же хищника смотрят прямо вперёд, фокусируясь на жертве и оценивая расстояние.
На этот раз «широкоугольные сканеры» антилопы пропустили хищника, подобравшегося на расстояние броска. Сильные задние лапы львицы толкают её к перепуганной жертве. Извечная погоня начинается снова.
Пусть и обременённая годами, большая кошка – отличный спринтер. Поначалу отрыв сокращается, но от резких движений мощные мускулы львицы испытывают кислородное голодание и постепенно слабеют. Вскоре природная выносливость антилопы побеждает: в какой-то момент относительная скорость кошки и её добычи меняет знак, сокращавшееся прежде отставание начинает расти. Львица чувствует, что фортуна ей изменила, Её Королевское Величество признаёт поражение и возвращается в свою засаду в кустах.
Пятьдесят тысяч лет назад усталый охотник находит заваленный камнем вход в пещеру. Если отодвинуть тяжёлое препятствие, получится безопасное место для отдыха. В отличие от своих обезьяноподобных предков, охотник стоит выпрямившись. Но в этой позе он безуспешно толкает валун. Выбирая более подходящий угол, он отставляет ноги подальше. Когда положение его тела оказывается почти горизонтальным, основная компонента приложенной силы начинает действовать в нужном направлении. Камень сдвигается.
Расстояние? Скорость? Перемена знака? Угол? Сила? Компонента? Что за невероятно сложные вычисления происходят в мозгу охотника, не говоря уже о кошке? Эти технические понятия обычно встречаются в учебниках физики для старших классов. Где кошка научилась измерять не только скорость добычи, но и, что более важно, относительную скорость? Брал ли охотник уроки физики, чтобы разобраться с понятием силы? И ещё тригонометрии, чтобы использовать синусы и косинусы для вычисления компонент?
Истина, конечно же, в том, что у всех сложных форм жизни есть встроенные инстинктивные представления о физике, которые жёстко «прошиты» эволюцией в их нервной системе[1]1
Никто в действительности не знает, что из этого «прошивается» изначально, а что осваивается в ранний период жизни, но это различие здесь непринципиально. Суть в том, что ко времени созревания нервной системы опыт – индивидуального происхождения или эволюционного – даёт нам обширные инстинктивные знания о том, как ведёт себя физический мир. «Прошит» этот опыт или усвоен в очень молодом возрасте – его очень трудно утратить.
[Закрыть]. Без этого предустановленного физического «софта» выжить было бы невозможно. Мутации и естественный отбор сделали всех нас физиками, даже животных. Большой объём мозга у людей позволил этим инстинктам развиться в понятия, которыми мы оперируем сознательно.
Самоперепрошивка
На деле все мы являемся классическими[2]2
Слово «классический» относится к физике, в которой не требуется учитывать квантовую механику.
[Закрыть] физиками. Мы «нутром чувствуем» силу, скорость и ускорение. Роберт Хайнлайн в научно-фантастическом романе «Чужой в стране чужих» (1961) придумал слово «грокать»[3]3
Грокать (англ, to grok) – исчерпывающе и интуитивно понимать что-либо.
[Закрыть] для выражения этого глубоко интуитивного, почти физиологического понимания явления. Я грокаю силу, скорость и ускорение. Я грокаю трёхмерное пространство. Я грокаю время и число 5. Траектории камня или стрелы поддаются гроканью. Но мой стандартный встроенный грокер ломается, когда я пытаюсь применить его к десятимерному пространству-времени, или к числу 101000, или, что ещё хуже, к миру электронов и принципу неопределённости Гейзенберга.
С наступлением XX века наша интуиция попала в колоссальную аварию; физика неожиданно оказалась сбита с толку совершенно незнакомыми явлениями. Моему деду по отцовской линии было уже десять лет, когда Альберт Майкельсон и Эдвард Морли открыли, что орбитальное движение Земли сквозь гипотетический эфир невозможно зарегистрировать[4]4
Знаменитый эксперимент Майкельсона-Морли впервые показал, что скорость света не зависит от движения Земли. Это привело к парадоксам, которые были в итоге разрешены Эйнштейном в его специальной теории относительности.
[Закрыть]. Электрон был открыт, когда деду стало за двадцать; когда ему стукнуло тридцать, была опубликована специальная теория относительности Альберта Эйнштейна, а когда он перешагнул порог средних лет, Гейзенберг открыл принцип неопределённости. Никаким способом эволюционный пресс не мог бы привести к выработке интуитивного понимания миров, столь радикально отличающихся от привычного нам. Но что-то в наших нервных системах, по крайней мере у некоторых из нас, оказалось готово к фантастической перепрошивке, позволяющей не только интересоваться малопонятными явлениями, но и создавать математические абстракции, порой совершенно контринтуитивные, для объяснения этих явлений и манипуляции с ними.
Скорость первой вызвала потребность в перепрошивке – огромная скорость, соперничающая с самим светом. Ни одно животное до двадцатого века не двигалось быстрее сотни миль в час (160 км/ч), и даже по сегодняшним меркам скорость света столь велика, что для всех, кроме учёных, он как бы и не движется вовсе, а просто мгновенно появляется, когда его включают. Древним людям не требовалось прошивок для работы со сверхвысокими скоростями, такими как скорость света.
Перепрошивка в вопросе о скорости произошла внезапно. Эйнштейн не был мутантом; десять лет, пребывая в полной безвестности, он бился над тем, чтобы заменить свою старую ньютоновскую прошивку. Но физикам того времени, должно было казаться, что среди них неожиданно появился человек нового типа – некто, способный видеть мир не как трёхмерное пространство, а как четырёхмерное пространство-время.
Потом Эйнштейн бился ещё десять лет, на сей раз уже на виду у всех физиков, за объединение того, что он назвал специальной теорией относительности, с ньютоновской теорией гравитации. Итогом этих усилий стала общая теория относительности, которая глубоко изменила все наши традиционные представления о геометрии. Пространство-время стало пластичным, способным искривляться и сворачиваться. На присутствие материи оно реагирует в чём-то подобно резиновому листу, прогибающемуся под нагрузкой. Прежде пространство-время было пассивным, его геометрические свойства – неизменными. В общей теории относительности пространство-время становится активным игроком: оно может деформироваться массивными объектами, такими как планеты и звёзды, но это невозможно представить без сложной дополнительной математики.
В 1900 году, за пять лет до появления на сцене Эйнштейна, другая, ещё более удивительная смена парадигмы началась вслед за открытием того, что свет состоит из частиц, называемых фотонами или, иногда, световыми квантами. Фотонная[5]5
Термин «фотон» не применялся до 1926 года, когда его ввёл химик Гильберт Льюис.
[Закрыть] теория света была лишь предвестником грядущей революции; умственные упражнения на этом пути оказались намного абстрактнее всего, что встречалось прежде. Квантовая механика – это нечто большее, чем новый закон природы. Она вызвала изменение правил классической логики, то есть обычных правил мышления, которые каждый здравомыслящий человек использует в рассуждениях. Она казалась безумной. Но безумна она или нет, – физики смогли перепрошить себя в соответствии с новой логикой, которую называют квантовой. В главе 4 я объясню всё, что вам понадобится знать о квантовой механике. Приготовьтесь, что будете сбиты столку. Это случается со всеми.
Относительность и квантовая механика с самого начала невзлюбили друг друга. Попытки насильственно их «поженить» имели катастрофические последствия – на каждый вопрос, заданный физиками, математика выдавала чудовищные бесконечности. Полвека ушло на то, чтобы помирить квантовую механику со специальной теорией относительности, но в конце концов математические несовместимости были устранены. К началу 1950-х годов Ричард Фейнман, Юлиан Швингер, Синъитиро Томонага и Фримен Дайсон[6]6
В 1965 году Фейнман, Швингер и Томонага получили за свою работу Нобелевскую премию. Но современному пониманию квантовой теории поля мы обязаны Дайсону в той же мере, как и остальным.
[Закрыть] заложили фундамент для объединения специальной теории относительности и квантовой механики, получивший название квантовой теории поля. Однако общая теория относительности (эйнштейновский синтез специальной теории относительности с ньютоновской теорией гравитации) и квантовая механика оставались непримиримы, причём явно не от недостатка миротворческих усилий. Фейнман, Стивен Вайнберг, Брайс Де Витт и Джон Уилер пытались проквантовать уравнения Эйнштейна, но все получали в итоге лишь математический абсурд. Пожалуй, это было и неудивительно. Квантовая механика правила миром очень лёгких объектов. Гравитация, напротив, представлялась значимой только для очень тяжёлых скоплений материи. Казалось, не существует ничего достаточно лёгкого, чтобы существенна была квантовая механика, и вместе с тем достаточно тяжёлого, чтобы надо было учитывать гравитацию. В результате многие физики во второй половине двадцатого столетия считали поиски такой объединённой теории бесполезным занятием, подходящим лишь для сумасшедших учёных и философов.
Но другие считали такой взгляд близоруким. Для них мысль о двух несовместимых, даже противоречащих друг другу описаниях природы была интеллектуально непереносимой. Они верили, что гравитация почти наверняка играет важную роль в определении свойств мельчайших строительных блоков материи. Проблема лишь в том, что физика до них ещё не докопалась. И на деле они оказались правы: с приближением к фундаменту мира, где расстояния слишком малы для непосредственного наблюдения, мельчайшие объекты сильнейшим образом воздействуют друг на друга посредством гравитации.
Сегодня широко признано, что гравитация и квантовая механика будут играть одинаково важные роли в определении законов поведения элементарных частиц. Но размеры фундаментальных строительных блоков природы столь невообразимо малы, что никого не удивит, если для их понимания вновь понадобится радикальная перепрошивка наших представлений. Новая схема, какой бы она ни оказалась, будет называться квантовой гравитацией. Даже не зная её тонкостей, мы можем с уверенностью говорить, что новая парадигма будет использовать очень непривычные концепции пространства и времени. Представление об объективной реальности точек пространства и моментов времени исчезает, отправляясь в небытие вслед за одновременностью,[7]7
В ходе релятивистской революции 1905 года одним из первых было отброшено представление о том, что два события могут быть объективно одновременными.
[Закрыть] детерминизмом[8]8
Детерминизм – это принцип, состоящий в том, что будущее полностью предопределено прошлым. Согласно квантовой механике, законы физики имеют статистический характер, и ничего нельзя предсказать с полной уверенностью.
[Закрыть] и птицей додо. Квантовая гравитация описывает гораздо более субъективную реальность, чем мы могли себе представить. Как мы увидим в главе 18, это реальность, которая во многих отношениях подобна призрачной трёхмерной иллюзии, даваемой голограммой.
Физики-теоретики стремятся обрести надёжную опору в этой «стране чужих». Как и в прошлом, мысленные эксперименты выявляют парадоксы и конфликты между фундаментальными принципами. Эта книга посвящена интеллектуальной битве вокруг единственного мысленного эксперимента. В 1976 году Стивен Хокинг задумался о бросании порции информации – книги, компьютера, даже просто элементарной частицы – в чёрную дыру. Чёрные дыры, считал Хокинг, – это безвозвратные ловушки, и для внешнего мира упавшая порция информации будет необратимо потеряна. Это внешне невинное заключение далеко не столь безобидно, как кажется: оно способно подорвать и опрокинуть всё величественное здание современной физики. Случился какой-то страшный сбой: под угрозой оказался самый фундаментальный закон природы – закон сохранения информации. Тем, кто следил за событиями, было ясно: либо Хокинг ошибается, либо трёхсотлетняя цитадель физики падёт.
Но поначалу мало кто обратил на это внимание. Почти два десятилетия дискуссия протекала практически незаметно. Мы с великим голландским физиком Герардом 'т Хоофтом вдвоём являли собой всю армию, которая сражалась на одной стороне интеллектуального фронта. Стивен Хокинг с небольшой армией релятивистов был на другой стороне. Вплоть до начала 1990-х годов большинство физиков-теоретиков, особенно специалистов по теории струн, не реагировали на угрозу, которую несло утверждение Хокинга, а затем большинство из них сочли его выводы ошибочными. Во всяком случае – пока ошибочными.
Битва при чёрной дыре была подлинной научной дискуссией, совершенно непохожей на псевдодебаты вокруг «теории разумного замысла» или реальности глобального потепления, где фальшивые аргументы, придуманные политическими манипуляторами, чтобы морочить голову наивным людям, совершенно не отражают реальных научных разногласий. Напротив, спор о чёрных дырах был настоящим. Выдающиеся физики-теоретики не могли прийти к согласию о том, каким физическим принципам доверять, а от каких отказаться. Следовать за Хокингом с его консервативными представлениями о пространстве-времени или за 'т Хоофтом и мной с нашими консервативными взглядами на квантовую механику? Обе точки зрения, казалось, ведут к лишь парадоксам и противоречиям. Либо пространство-время – сцена, на которой работают законы природы, – совсем не такое, каким мы привыкли его себе представлять, либо ошибочны великие принципы возрастания энтропии и сохранения информации. Миллионы лет когнитивной эволюции и пара столетий физического опыта вновь одурачили нас, поставив перед необходимостью новой умственной перепрошивки.
Битва при чёрной дыре – это торжество человеческого разума и его замечательной способности открывать законы природы. Это рассказ о мире, куда более далёком от наших чувств, чем квантовая механика и теория относительности. Квантовая гравитация имеет дело с объектами, которые в сто миллиардов миллиардов раз меньше протона. Мы никогда экспериментально не обнаруживали столь малые предметы и, вероятно, никогда не обнаружим, но человеческая изобретательность позволила нам установить их существование, и удивительным образом порталами в их мир служат объекты с огромными массами и размерами – чёрные дыры.
Битва при чёрной дыре – это также хроника открытия. Голографический принцип – одна из самых контринтуитивных абстракций во всей физике. Он явился кульминацией почти двух десятилетий интеллектуальных сражений вокруг судьбы информации, падающей в чёрную дыру. Это не была битва между разгневанными врагами; на самом деле все основные участники битвы были друзьями. Но это была жестокая интеллектуальная борьба идей, ведущаяся людьми, которые глубоко уважают друг друга, однако имеют принципиальные разногласия.
Существует одно широко распространённое недоразумение, которое следует развеять. Люди часто представляют физиков, особенно физиков-теоретиков, как узколобых зануд, чьи интересы чужды обычным людям и очень скучны. Ничто не может быть дальше от истины. Великие физики, которых я знал, а их было немало, – это чрезвычайно харизматичные люди, с сильными чувствами и удивительными идеями. Мне бесконечно интересно разнообразие их личностей и способов мышления. Когда широкой публике рассказывают о физиках, обходя их человеческую сторону, то, на мой взгляд, упускают что-то очень важное. При написании этой книги я постарался ухватить эмоциональную сторону истории в той же мере, в какой и научную.
Замечание о больших и малых числах
В этой книге вы встретите множество очень больших и очень малых чисел. Человеческий мозг не приспособлен визуализировать числа много больше 100 и много меньше 1/100, хотя свои способности в этом деле можно развить. Например, я, постоянно имея дело с числами, могу более или менее наглядно представить себе миллион, однако разница между триллионом и квадриллионом выходит за пределы моих способностей к визуализации. Многие числа в этой книге намного больше триллионов и квадриллионов. Как с ними обращаться? Ответ основан на одной из важнейших перепрошивок всех времён – изобретении экспоненциальной, или научной, нотации для записи чисел.
Начнём с очень большого числа. Население Земли составляет около 6 миллиардов человек[9]9
В 2011 году население Земли достигло 7 миллиардов человек. – Прим. перев.
[Закрыть]. Миллиард – это 10, умноженное само на себя девять раз. Его можно представить, приписав к единице девять нулей:
Один миллиард = 10∙10∙10∙10∙10∙10∙10∙10∙10 = 1000 000 000
В сокращённой форме 10, помноженное на себя девять раз, записывается как 109, или десять в девятой степени. Таким образом, население Земли – это примерно:
6 миллиардов = 6∙109
В данном случае 9 является показателем или порядком величины.
А вот другое, куда большее число – общее количество протонов и нейтронов в составе Земли:
число протонов и нейтронов в Земле (примерно) = 5∙1051
Очевидно, что их значительно больше, чем людей. Но насколько больше? Десять в пятьдесят первой степени – это результат перемножения пятидесяти одной десятки, а миллиард – только девяти. Так что у 1051 на 42 таких сомножителя больше, чем у 109. Это значит, что ядерных частиц на Земле примерно в 1042 раз больше, чем людей. (Заметьте, что я проигнорировал множители 5 и 6 в приведённых формулах. Они не слишком отличаются друг от друга, так что, если нам достаточно «оценки по порядку величины», ими можно просто пренебречь.)
Возьмём два действительно больших числа. Общее число электронов в той области Вселенной, которую можно наблюдать с помощью самых мощных телескопов, составляет около 1080. Общее число фотонов[10]10
Не путайте фотоны (photons) с протонами (protons). Фотоны – это частицы света. Протоны же вместе с нейтронами составляют атомные ядра.
[Закрыть] – около 1090. Может показаться, что 1090 не намного больше, чем 1080, но это обманчивое впечатление: 1090 в 1010 раз больше, чем 1080, а 10 000 000 000 – это очень большое число. Внешне кажется, что 1080 и 1081 – это почти одно и то же, между тем второе число в десять раз больше первого. Так что даже небольшое изменение порядка величины может означать огромное изменение записанного числа.
Теперь рассмотрим очень маленькие числа. Размер атома, например, составляет примерно десятимиллиардную долю метра. В десятичной записи: размер атома = 0,0000000001 м.
Обратите внимание, что единица стоит на десятой позиции после запятой. В научной нотации для одной десятимиллиардной используется отрицательный показатель степени, а именно −10: 0,0000000001 = 10−10
Числа с отрицательным порядком величины малы, а с положительным – велики.
Обратимся к другому числу, ещё меньшей величины. По сравнению с обычными объектами элементарные частицы, подобные электрону, – очень лёгкие. Килограмм – это масса литра воды. Масса электрона многократно меньше. В действительности один электрон весит примерно 9∙10−31 килограмма.
В научной нотации очень упрощается умножение и деление чисел. Всё, что для этого нужно, – это складывать и вычитать показатели. Вот несколько примеров:
1051=1042∙109
1081/1080=10
10−31∙109=10−22
Показатели степени – не единственное сокращение, которое люди используют для описания очень больших чисел. Некоторые такие числа носят собственные имена. Например, гугол – это 10100 (единица, за которой следует 100 нулей), а гуголплекс – это 10гугол (1, за которой идёт гугол нулей) – это ужасно большое число.
Познакомившись с этими основами, давайте вернёмся в не столь абстрактный мир, скажем, в Сан-Франциско, в третий год первого президентского срока Рональда Рейгана, – холодная война в самом разгаре, а новая война ещё только начинается.
Часть 1
Надвигающаяся буря
1
Первый гром
Сан-Франциско, 1983.
К тому дню, когда в мансарде особняка Джека Розенберга произошла первая стычка, грозные тучи войны собирались уже более 80 лет. Джек, известный также как Вернер Эрхард, был гуру, ловким торгашом и немного мошенником. До начала 1970-х он был просто Джеком Розенбергом, продавцом энциклопедий. Но однажды, когда он ехал по мосту Золотые Ворота, на него снизошло откровение. Он спасёт мир и благодаря этому колоссально разбогатеет. Всё, что нужно, – это классное имя и новый подход к делу. Имя должно быть Вернер (в честь Вернера Гейзенберга) Эрхард (в честь немецкого политика Людвига Эрхарда), а новым подходом станут Эрхардовские семинары-тренинги, ЭСТ. И он преуспел, если не в спасении мира, то по крайней мере в том, чтобы разбогатеть. Тысячи стеснительных, неуверенных в себе людей платили сотни долларов за изматывающие разглагольствования на шестнадцатичасовых мотивационных семинарах самого Вернера или одного из его многочисленных учеников, в течение которых (по слухам) запрещалось даже выходить в туалет. Это было куда дешевле и быстрее психотерапии и каким-то образом работало. Люди приходили стеснительными и неуверенными, а после семинаров они выглядели сильными, уверенными в себе и дружелюбными – совсем как Вернер: И неважно, что иногда они казались роботами-маньяками с трясущимися руками. Они ведь чувствовали себя лучше. «Тренинги» даже стали темой очень смешного фильма «Крутой наполовину» (Semi-Tough) Берта Рейнолдса.
Вернера постоянно окружали иступленные фанатки ЭСТ. «Рабыни» – это, пожалуй, слишком сильное слово, назовём их волонтёрками. ЭСТ-тренированные повара готовили ему еду, шофёры возили его по городу, его особняк был наполнен разнообразными слугами. Но, по иронии судьбы, сам Вернер тоже был иступленным фанатом – фанатом физики.
Мне нравился Вернер. Он был умным, интересным и забавным. И он был без ума от физики. Ему хотелось быть её частью, и он тратил массу денег, собирая в своём особняке группы лучших физиков-теоретиков. А иногда всего несколько особенно близких друзей-физиков: Сидни Соулман, Дэвид Финкелыптейн, Дик Фейнман[12]12
Речь идёт о физике Ричарде Фейнмане. Дик – уменьшительное от имени Ричард.
[Закрыть] и я – встречались в его доме на замечательных ужинах, сервированных выдающимися поварами. А ещё Вернер любил проводить маленькие элитные конференции. Благодаря великолепно оборудованной семинарской аудитории в мансарде, волонтёрам, исполняющим любое ваше желание, и месту встречи в Сан-Франциско эти мини-конференции доставляли массу удовольствия. Некоторые физики с подозрением относились к Вернеру, вдруг он хитроумно использует связи в физическом сообществе для продвижения своей деятельности? Но он никогда так не поступал. Насколько я могу судить, ему просто нравилось узнавать о новейших идеях от людей, которые их выдвигают.
Думаю, в целом состоялось три или четыре ЭСТ-конференции, но лишь одна из них оказала влияние на меня и мои физические исследования. Шёл 1983 год. Среди других знаменитостей присутствовали Мюррей Гелл-Манн, Шелдон Глэшоу, Фрэнк Уилчек, Савас Димопоулос и Дэйв Финкельштейн. Но для нашей истории самым важным участником были трое главных участников Битвы при чёрной дыре: Герард 'т Хоофт, Стивен Хокинг и я.
Хотя до 1983 года я всего несколько раз встречался с Герардом, он произвёл на меня глубокое впечатление. Все знали, что он блестящий учёный, но я чувствовал нечто гораздо большее. У него словно был стальной сердечник, дающий интеллектуальную мощь, с которой не мог сравниться никто из известных мне людей, быть может, за исключением Дика Фейнмана. Оба они были шоуменами. Дик был американским шоуменом – грубоватым мачо, стремящимся оставить других в дураках. Однажды он рассказывал группе молодых физиков из Калтеха о розыгрыше, который устроили ему студенты. В Пасадене есть забегаловка, где продают сэндвичи-«знаменитости». Можно, например, заказать «Хамфри Богарта», «Мэрилин Монро» и т. п. Студенты позвали его туда на ланч – как я понимаю, в день его рождения – и стали один за другим заказывать «Фейнмана». Они заранее сговорились об этом с менеджером, так что парень за кассой даже глазом не моргнул.
Когда рассказ окончился, я сказал:
– Вот интересно, Дик, чем бы различались сэндвич «Фейнман» и сэндвич «Сасскинд»?
– Да все они одинаковы, – ответил он, – разве что в «Сасскинде» побольше ветчины.
– Да, – отозвался я, – зато там нет варёной колбасы[13]13
Слово ham (ветчина) в американском сленге также означает дешёвую актёрскую игру на публику, a baloney (амер. варёная колбаса) также означает вздор и чепуху. – Прим. перев.
[Закрыть].
Пожалуй, это был единственный случай, когда я обошёл его в этой игре.
Герард – датчанин. Датчане – самые высокие люди в Европе, но Герард невысок и в меру упитан, с усами и взглядом типичного бюргера. У 'т Хоофта, как и у Фейнмана, сильная соревновательная жилка, но его мне определённо никогда не удавалось обставить. В отличие от Фейнмана, он продукт старой Европы – последний великий европейский физик, наследовавший мантии Эйнштейна и Бора. Хотя он на шесть лет моложе меня, в 1983 году я трепетал перед ним и, надо сказать, не зря. В 1999 году ему присудили Нобелевскую премию за работу, приведшую к созданию Стандартной модели элементарных частиц.
И всё же не Герард особо врезался мне в память после той встречи в вернеровской мансарде, а Стивен Хокинг, которого я видел тогда впервые. И именно тогда Стивен бросил бомбу, которая начала Битву при чёрной дыре.
Стивен – тоже шоумен. Физически он совсем крошечный человечек – я не уверен, потянет ли он на 40 килограммов, – но его тело служит носителем небывалого интеллекта и столь же раздутого эго. Стивен тогда пользовался более или менее обычным моторизованным инвалидным креслом и говорил собственным голосом, и всё же его было очень трудно понять, если только не проводить с ним массу времени. Он путешествовал в сопровождении медсестры и молодого коллеги, который очень внимательно его слушал, а затем повторял сказанное.
В 1983 году переводчиком был Мартин Розек, ныне известный физик, один из пионеров важного направления, известного как супергравитация. Во время ЭСТ-конференции Мартин был ещё совсем молод и не столь известен. Тем не менее по предыдущим встречам я знал его как очень способного физика-теоретика. В определённый момент беседы Стивен (через Мартина) сказал нечто, что я посчитал ошибочным. Я повернулся к Мартину и попросил прояснить физику вопроса. Он взглянул на меня как олень, пойманный светом фар. Позднее он объяснил мне, что случилось. Похоже, что перевод слов Стивена требовал столь высокой концентрации, что он обычно не мог следить за дискуссией. Вряд ли он понимал, о чём мы говорили.
Стивен выглядит довольно необычно. Я не о его кресле или очевидных телесных ограничениях. Несмотря на неподвижность мускулов на лице, его слабая улыбка уникальна: она одновременно ангельская и дьявольская, отражающая чувство затаённого удовольствия. В ходе ЭСТ-конференции я убедился, что общаться со Стивеном очень трудно. Ему требуется много времени на ответ, который обычно бывает очень лаконичным. Эти краткие, порой однословные ответы, его улыбка и его почти бесплотный интеллект напрягали. Это было как общение с дельфийским оракулом. Когда кто-то обращался к Стивену с вопросом, первоначальной реакцией была полная тишина, а затем ответ, который часто оказывался совершенно непонятным. Но всезнающая улыбка говорила: «Вы можете не понимать то, что я говорю, но я-то понимаю, и я прав».
Мир воспринимает тщедушного Стивена как могучего героя, человека необычайной смелости и силы духа. Те же, кто его знает, видят другие стороны: Стивена Играющего и Стивена Самоуверенного. Однажды вечером, во время ЭСТ-конференции, несколько участников отправились прогуляться по знаменитым сжигающим тормоза холмам Сан-Франциско. Стивен был с нами на своём моторизованном кресле. Когда мы добрались до самого крутого участка, он включил свою дьявольскую улыбку. Ни секунды не колеблясь, он рванулся вниз на предельной скорости, перепугав всех остальных. Мы бросились за ним, опасаясь самого худшего. В самом низу мы обнаружили его сидящим и улыбающимся. Он поинтересовался, нет ли здесь холма покруче. Стивен Хокинг: Ивел Книвел[14]14
Роберт Крейг «Ивел» Книвел (Robert Craig «Evel» Knievel, 1938–2007) – американский каскадёр, прославившийся рискованными трюками на мотоцикле. – Прим. перев.
[Закрыть] от физики.
Хокинг и в самом деле настоящий физик-трюкач. Но, пожалуй, самым смелым его ходом была бомба, которую он бросил в мансарде Вернера.
Я не припомню, как была организована его лекция на ЭСТ. Сегодня на своих физических семинарах Стивен молча сидит в кресле, пока бестелесный компьютерный голос воспроизводит заранее сделанную запись. Этот компьютерный голос стал фирменным знаком Стивена; при всей своей монотонности он индивидуален и полон юмора. Но тогда, он, возможно, говорил сам, а Мартин переводил. Как бы то ни было, бомба всей своей мощью обрушилась на нас с Герардом.
Стивен заявил, что «информация теряется при испарении чёрной дыры», и, хуже того, он, похоже, это доказал. Если это правда, поняли мы с Герардом, то разрушены самые основания нашей научной области. Как восприняли эту новость остальные в вернеровской мансарде? Как Койот из мультфильма про Дорожного Бегуна[15]15
Мультсериал «Хиртый Койот и Дорожный Бегун» (оригинальное название Road Runner) выходил с 1949 года. В каждой серии Койот пытается с помощью разных уловок поймать стремительного Дорожного Бегуна, напоминающего страуса, и каждый раз терпит неудачу. – Прим. перев.
[Закрыть], проскочивший с разбегу край утёса: земля под ногами уже исчезла, но они этого ещё не поняли.
О космологах поговаривают, что они часто ошибаются, но никогда не сомневаются. Если так, то Стивен лишь наполовину космолог: он никогда не сомневается, однако практически никогда не ошибается. И всё же в данном случае он ошибся. Но его «ошибка» оказалась одной из самых продуктивных в истории физики и могла бы привести к коренной смене парадигмы в представлениях о природе пространства, времени и материи.
Лекция Стивена была в тот день последней. Ещё около часа после неё Герард стоял, озабоченно разглядывая диаграмму на вернеровской доске. Все остальные разошлись. Я продолжал наблюдать за мрачным выражением на лице Герарда и довольной улыбкой Стивена. Почти ничего не было сказано. Это был момент высочайшего напряжения.
На доске была диаграмма Пенроуза, представляющая чёрную дыру. Горизонт – граница чёрной дыры – был изображён пунктирной линией, а сингулярность в её центре – грозной, зазубренной. Линии, ведущие внутрь сквозь горизонт, представляли биты информации, падающие под горизонт в сингулярность. Линий, ведущих назад, не было. Согласно Стивену, эти биты были необратимо потеряны. И что ещё хуже, Стивен доказал, что чёрные дыры в конце концов испаряются и исчезают, не оставляя никаких следов того, что в них упало.
Теория Стивена шла ещё дальше. Он утверждал, что вакуум – пустое пространство – заполняют бесчисленные «виртуальные» чёрные дыры, которые возникают и прекращают существование столь быстро, что мы этого не замечаем. Под влиянием этих виртуальных чёрных дыр, утверждал он, информация стирается, даже если в окрестностях нет ни одной «реальной» чёрной дыры.
В главе 7 вы узнаете, что в точности означает понятие «информация» и что означает её потерять. А пока просто поверьте мне: это была полная катастрофа. Мы с 'т Хоофтом это знали, но все остальные, кто услышал об этом в тот день, реагировали вяло: «Ну да, в чёрных дырах пропадает информация». Сам Стивен был воодушевлён. Для меня самым трудным при работе со Стивеном было постоянное раздражение, которое я чувствовал из-за его самодовольства. Потеря информации – это нечто такое, что просто не могло быть правдой, но Стивен отказывался это видеть.
Конференция завершилась, и мы отправились по домам. Стивену и Герарду предстояла дорога в Кембриджский и Утрихтский университеты соответственно; а мне – лишь 40-минутная поездка на юг по 101-му шоссе до Пало-Альто и Стэнфордского университета. Мне было трудно сконцентрироваться на дороге. В этот холодный январский день каждый раз, останавливаясь или тормозя, я начинал рисовать диаграмму с вернеровской доски на заиндевевшем лобовом стекле.
Вернувшись в Стэнфорд, я рассказал об утверждении Стивена своему другу Тому Бэнксу. И мы с ним тщательно всё обдумали. Чтобы получше во всём разобраться, я даже пригласил одного бывшего ученика Стивена приехать в Южную Калифорнию. Мы с большим недоверием относились к утверждению Стивена, но какое-то время сами не могли понять почему. Что такого плохого в потере какого-то количества информации внутри чёрной дыры? Потом до нас дошло. Потеря информации – это то же самое, что порождение энтропии. А порождение энтропии означает генерацию тепла. Виртуальные чёрные дыры, существование которых столь вольно допустил Стивен, вели бы к выработке тепла в пустом пространстве. Совместно с ещё одним коллегой, Майклом Пескином, мы сделали оценку, основанную на теории Стивена. Оказалось, что если он прав, то пустое пространство за малую долю секунды должно разогреться до тысячи миллиардов миллиардов миллиардов градусов. Хотя я знал, что Стивен ошибается, я не мог обнаружить брешь в его рассуждениях. Возможно, именно это и раздражало меня больше всего.
