Черные дыры и молодые вселенные

В своей заявке мне нужно было указать имена двух человек, которые могли бы дать положительные отзывы о моей работе. Мой научный руководитель посоветовал мне обраться за рецензией к Герману Бонди. Бонди был в то время профессором математики в Королевском колледже в Лондоне и считался знатоком общей теории относительности. Я встречался с ним пару раз, и он даже представил мою статью к публикации в журнале Proceedings of the Royal Society [8]. Я изложил ему свою просьбу после лекции, которую он прочел в Кембридже. Он посмотрел на меня рассеянным взором и пообещал, что сделает это. Очевидно, он не запомнил меня, потому что когда колледж запросил у него отзыв, он ответил, что никогда не слышал обо мне. В наши дни, когда столько людей претендуют на стипендии, если один из рецензентов говорит, что понятия не имеет, о ком идет речь, надежды соискателя рушатся. Но те времена были куда более безмятежными. Администрация колледжа сообщила мне о таком, мягко говоря, странном ответе моего рецензента, и мой научный руководитель отправился к Бонди, чтобы освежить его память. После этого Бонди написал обо мне отзыв, который был куда лучше, чем я заслуживал. Я получил стипендию и место и с тех пор являюсь научным сотрудником колледжа Гонвилл и Киз.

Получение места означало, что мы с Джейн могли пожениться. Что мы и сделали в июле 1965 года. Мы провели медовую неделю в Суффолке – все, что мы могли себе позволить. Затем мы поехали на летнюю школу по общей теории относительности в Корнеллском университете (штат Нью-Йорк). Это была ошибка. Мы остановились в общежитии, которое было переполнено молодыми родителями и кричащими младенцами, что не добавило радости нашим супружеским отношениям. Во всех остальных отношениях летняя школа оказалась весьма полезной для меня, так как я познакомился со многими ведущими учеными.

До 1970 года я занимался космологией – исследованием бескрайних просторов Вселенной. Основным объектом моих исследований в то время были сингулярности[9]. Наблюдения за далекими объектами показывают, что галактики удаляются от нас: Вселенная расширяется. Это означает, что в прошлом галактики должны были быть гораздо ближе друг к другу. Тогда возникает вопрос: был ли такой момент в прошлом, когда галактики «терлись боками», а плотность Вселенной была бесконечной? Была ли перед этим расширением стадия сжатия, при которой галактики умудрились избежать столкновения? Может быть, они пролетели мимо друг друга и стали удаляться друг от друга. Чтобы ответить на этот вопрос, требовались новые математические методы. Эти методы появились в период с 1965 по 1970 год, в основном благодаря Роджеру Пенроузу и мне. Пенроуз работал тогда в Лондоне, в Биркбекском колледже. Теперь он в Оксфорде. Мы использовали эти методы, чтобы показать, что если общая теория относительности верна, в прошлом Вселенная должна была иметь бесконечную плотность.

Это состояние бесконечной плотности называется сингулярностью Большого взрыва. В принципе, наука не может описать процессы, происходящие при возникновении Вселенной в рамках общей теории относительности (ОТО). Тем не менее одна из моих последних работ показывает, что предсказать возникновение Вселенной можно, если принять во внимание теорию квантовой физики, рассматривающую бесконечно малые величины.

ОТО также предсказывает, что массивные звезды будут коллапсировать[10] («падать в себя»), когда они исчерпают запасы своего ядерного топлива. Совместно с Пенроузом мы показали, что они будут коллапсировать, пока не наступит сингулярность с бесконечной плотностью. Эта сингулярность будет концом времени, по крайней мере для этой звезды и всего того, что на ней находится. Гравитационное поле в точке сингулярности будет таким сильным, что свет не сможет преодолеть его тиски и вырваться из окрестности сингулярности. Область, из которой свет не способен выбраться, называется черной дырой, а ее граница называется горизонтом событий. Для всего и вся, что упадет в черную дыру через горизонт событий, время закончится.

В один из вечеров 1970 года, вскоре после рождения моей дочери Люси, я лег спать, размышляя о черных дырах. Внезапно я понял, что большинство методов, придуманных нами с Пенроузом для объяснения сингулярностей, вполне применимы к черным дырам. В частности, область горизонта событий (граница черной дыры) не может уменьшаться со временем. И когда две черные дыры сталкиваются, превращаясь в одну черную дыру, площадь горизонта событий новой дыры будет больше суммы площадей двух предыдущих дыр. Это ограничивает количество энергии, которое может быть выделено в результате столкновения. Я был так взволнован, что не смог заснуть в ту ночь.