Стивен Хокинг. О дружбе и физике

Исследования Стивена всегда отличались особой сложностью и, в силу своего специфического подхода, были трудны для понимания даже для физиков-теоретиков. Мой сотрудник Тодд Брун, защитивший докторскую диссертацию в Калтехе под руководством Марри Гелл-Мана, говорил мне, что он слушал спецкурс по гравитации, читаемый там Джоном Прескиллом. Первые две четверти курса были посвящены общей теории относительности; их целью было познакомить студентов с основными понятиями в этой обширной области. Вся третья четверть курса была отдана единственной теме – расчетам излучения Хокинга, выполненным самим Стивеном. Этот факт удивлял меня не менее, чем само излучение Хокинга: Стивен, который не мог своей рукой написать ни единого уравнения, смог создать теорию, которая заняла целую четверть курса для студентов-старшекурсников.

Подход Стивена к проблеме потери информации черной дырой оказался таким же сложным и хитроумным, как и его нетривиальное исследование об излучении черных дыр. Физики часто изучают элементарные частицы, анализируя результаты так называемых опытов по рассеянию. В этих опытах участвуют две частицы – или два пучка частиц, – которые направляются «в лоб» друг другу. Их столкновение приводит к очень сложным взаимодействиям, отдельные детали которых проследить очень трудно. К счастью, проверку той или иной теории элементарных частиц можно осуществить, просто посылая частицу в район столкновения и анализируя результат, полученный после всех хаотичных столкновений. Именно такие исследования – хлеб насущный для физиков, занимающихся элементарными частицами. Стивен приспособил этот подход к изучению черных дыр – так же, как в своей докторской диссертации он для этой же цели «экспроприировал» методы Пенроуза, применявшиеся им для изучения Большого взрыва.

Для решения проблемы потери информации Стивен мысленно представил себе следующую картину: пусть множества частиц сталкиваются друг с другим специфическим образом – так, что в месте встречи образуется огромная концентрация материи и энергии, достаточная для образования черной дыры. Стивен проанализировал, каким будет в рамках теории результат столкновения всех этих частиц друг с другом. «Посылаем частицы и излучение из бесконечности [то есть, с очень далекого расстояния] и измеряем то, что возвращается в бесконечность, – сказал он в своей дублинской речи. – Нам нет дела до области посередине, где концентрируются сильные поля [где происходят сложные взаимодействия]».

Хотя идея сама по себе проста, анализ довольно сложный. Чтобы его выполнить, Стивен использовал фейнмановский метод суммирования по траекториям. Вспомним, что метод Фейнмана предписывает сложение всех вкладов от всего бесконечного множества путей, которые могут возникнуть в процессе, – все возможные «истории» изучаемой системы из частиц. Рассматривая все возможные эволюции процессов столкновений, Стивен пришел к выводу, что, хотя подавляющее большинство возможных историй включает образование черной дыры, в нескольких историях черная дыра не образуется. Стивен сказал, что этот вывод явился для него настоящим озарением: «Я покажу, что эта возможность открывает путь для сохранения информации», – сказал он.

В тех эволюционных историях, в которых не происходит образования черной дыры, очевидно, нет и потери информации черной дырой. Большая часть доклада Стивена была посвящена доказательству того, что суммирование всех траекторий – включая и те, в которых не было потери информации, – открывает путь для извлечения информации; она «тайком» возвращается в наш космос благодаря историям, в которых черная дыра не образовалась. Но простая логика скрывает под собой кошмарную математику, и вычисления Стивена, с помощью которых он пришел к этому выводу, были довольно мудреными. Начать с того, что эти вычисления зависели от нескольких приближений – громадных упрощений, которые вызывали закономерные вопросы; но Стивен должен был их сделать для того, чтобы задача вообще поддавалась решению. Стивен рассказал об этих приближениях в своем докладе и пообещал, что статья со всеми деталями появится позже.

После рассказа о своих идеях Стивен признал, что проиграл пари. Он объявил, что был неправ, что потери информации не существует и что унитарность – а следовательно, и квантовая теория – не нарушается. Он подарил Джону Прескиллу его выигрыш – энциклопедию, «из которой по желанию в любой момент можно извлекать информацию».

После доклада Кип Торн, который держал пари на стороне Стивена, отказался признать поражение. «На первый взгляд аргументы выглядят привлекательными, – сказал Кип. – Но я не видел деталей расчетов».

Джон Прескилл принял поражение Стивена, равно как и энциклопедию, но он также не разобрался в аргументации Стивена. «Буду честен, – сказал он. – Я не понял суть доклада». Он тоже подтвердил, что ему нужны детали, чтобы убедиться в выводах Стивена.