Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Порядок присуждения Нобелевских премий многим людям не нравится. Были случаи, когда премию присуждали не тому, кому надо. Обходили стороной тех, кто действительно этого заслуживал. Иногда давали премию за то, что явно на эту премию не тянуло, а настоящее открытие не замечали. Но был один постоянный принцип, которого придерживался Нобелевский комитет: теоретическое открытие не может быть удостоено премии, пока оно не будет подтверждено наблюдениями либо экспериментом (и даже тогда – к вящему неудовольствию теоретиков – премию присуждали не тому, кто высказал прорывную идею, а тому, кто провел эксперимент, подтвердивший ее).

К сожалению, наблюдения излучения Хокинга очень трудно провести по многим причинам. Например, прежде чем наблюдать такое излучение, нужно сначала определить точное местоположение черной дыры. Как я уже говорил, первым объектом, о котором почти все начали говорить как о черной дыре, был Лебедь X-1. Сотни ученых работали над экспериментальным подтверждением этой гипотезы почти двадцать лет, с начала семидесятых до начала девяностых годов, пока наконец это предположение не переросло в уверенность. Стивен поспорил с Кипом, что доказательство так и не будет найдено. Расчет Стивена был таков: на самом деле он хотел, чтобы существование черных дыр было подтверждено, но, заключая пари «наоборот», в любом случае оставался в выигрыше. С тех пор мы обнаружили много черных дыр. Судя по всему, в центре почти каждой большой галактики имеется черная дыра.

В случае с излучением черной дыры дело обстоит сложнее. Так называемая «температура Хокинга» – температура черной дыры – должна быть меньше миллионной доли градуса. Эту величину, очень близкую к абсолютному нулю, невозможно измерить, пользуясь современными технологиями. Кроме того, судя по расчетам, черная дыра теряет заметную массу примерно за 10⁶⁷ лет. Достаточно сравнить это время с современной оценкой возраста Вселенной, 10¹⁰ лет, чтобы понять, что это невообразимо долго. Ясно поэтому, что нам не удастся при жизни зафиксировать такой процесс, как сжатие черной дыры.

Косвенное свидетельство, подтверждающее существование излучения Хокинга, было получено экспериментальным путем в 2019 году, через год с небольшим после смерти Стивена. Группа физиков в израильском Технионе^[11] соорудила «звуковой аналог» черной дыры. Представьте себе жидкость, текущую со скоростью больше скорости звука^[12]. Если поместить в поток такой жидкости источник звука, следует ожидать, что звуковые волны не будут распространяться в направлении, обратном направлению потока – они не смогут «преодолеть» скорость самого потока. Получается аналогия с черной дырой, которая не дает возможности никаким сигналам, в том числе фотонам, преодолеть силу гравитации. Ученые задались вопросом: смогут ли они в этой модели получить аналог излучения Хокинга?

В этом эксперименте использовалась жидкость, состоящая из ста тысяч атомов рубидия, охлажденных до сверхнизкой температуры. Они исполняли роль черной дыры. Вместо фотонов, частиц света, выступали фононы, квантовые частицы звука. Ученые обнаружили, что некоторым фононам удается «вынырнуть» из звуковой черной дыры, а их энергетические характеристики соответствуют тем, которые предсказал Хокинг. Был получен «фононовый» аналог излучения Хокинга. Если бы Стивен дожил до этого времени, возможно, Нобелевский комитет принял бы во внимание этот аргумент, но чего он не делает, в числе прочего, так это не выдает посмертных премий.

Излучение Хокинга – очень важный пример того, как общую теорию относительности удалось применить совместно с квантовой теорией к одной и той же системе. У нас до сих пор нет полноценной теории квантовой гравитации, но, рассматривая черные дыры как математическую лабораторию для совместного испытания общей теории относительности и квантовой теории, физики смогли приблизиться к пониманию свойств и принципов этой пока еще эфемерной теории – теории квантовой гравитации.

Глава 8

Наутро после нашего обеда меня обуревало беспокойство. Накануне мы со Стивеном не продвинулись ни на шаг. Мы сидели бок о бок с ним, я глядел на него, а он взирал на экран своего компьютера, печатая длинные (для него) комментарии по поводу книги и по поводу того, что он хочет в ней сказать. Он начал подвергать сомнению ее основную идею. И это после того, как мы несколько месяцев потратили на разработку очень конкретного плана и оба согласились с ним! После того как мы уже написали пять из восьми глав. Периодически я добавлял свои пять копеек, он тоже не оставался в долгу. Мы обменивались идеями, иногда очень даже неплохими. Но зачем же пересматривать все? Делал ли он это для того, чтобы нарочно отложить и замедлить процесс? Думаю, нет. Психологическое состояние Стивена было совершенно нормальным, но по каким-то причинам наша книга испытывала «кризис среднего возраста».