Краткие ответы на большие вопросы

Эврика пришла ко мне в 1970 году, через несколько дней после рождения моей дочери Люси. Собираясь вечером ложиться в постель, что при моей инвалидности представляло весьма длительный процесс, я понял, что к чёрным дырам можно применить теорию свободных структур, которую я разработал для теорем сингулярности. Если общая теория относительности верна и плотность энергии имеет позитивное значение, то площадь поверхности горизонта событий — границы чёрной дыры — обладает свойством увеличиваться, когда в неё попадает новое вещество или излучение. Более того, если две чёрные дыры столкнутся и образуют единую чёрную дыру, то площадь горизонта событий вокруг образовавшейся чёрной дыры будет больше, чем сумма площадей горизонтов событий вокруг первоначальных чёрных дыр.

Это был золотой век. Мы решили большинство проблем, связанных с теорией чёрных дыр, даже раньше, чем появились данные наблюдений за чёрными дырами. На самом деле, мы так успешно разобрались с общей теорией относительности, что после публикации нашей с Джорджем Эллисом книги «Крупномасштабная структура пространства-времени» (1973) я на время остался без дела. Моё сотрудничество с Пенроузом показало, что общая теория относительности не применима к сингулярности, поэтому следующим очевидным шагом было попробовать объединить общую теорию относительности (теорию очень большого) с квантовой теорией (теорией очень малого). В частности, я задумался, а могут ли существовать атомы, ядро которых представляет собой маленькую первичную чёрную дыру, образованную в молодой Вселенной? Мои исследования показали глубокую связь, о которой раньше не подозревали, между гравитацией и термодинамикой, наукой о тепле, и разрешили парадокс, над которым учёные без особого успеха ломали голову более тридцати лет: как может излучение, остающееся от сжимающейся чёрной дыры, нести всю информацию о том, из чего она состояла? Я обнаружил, что информация не теряется, но и не возвращается в полезном виде — это как сжечь энциклопедию, от которой останется лишь дым и пепел.

В поисках ответа я изучал, как чёрная дыра рассеивает квантовые поля или частицы. Я ожидал, что часть волны должна поглощаться, а остальная — рассеиваться. Но, к моему величайшему удивлению, я обнаружил, что излучение исходит от самой чёрной дыры. Сначала я решил, что ошибся в расчётах. Но оказалось, что излучение — это именно то, что требуется для отождествления горизонта событий с энтропией чёрной дыры. Эта энтропия, мера беспорядочности системы, выражается в простой формуле S=Akc³/(4Gh) через параметры площади горизонта и трёх фундаментальных физических постоянных: c — скорость света, G — гравитационная постоянная Ньютона и ћ — постоянная Планка. Эмиссия теплового излучения чёрной дыры теперь называется излучением Хокинга, и я горжусь, что мне удалось её обнаружить.

В 1974 году меня избрали членом Королевского общества. Это стало сюрпризом для для моих коллег, поскольку я был молод и числился простым научным сотрудником. Но в течение трёх лет я дослужился до профессора. Работа над чёрными дырами зародила надежду, что мы сможем создать теорию всего, и это желание стимулировало меня двигаться дальше.

В том же году мой друг Кип Торн пригласил меня с семьёй и группой аспирантов в Калифорнийский технологический институт (Калтех) — поработать над общей теорией относительности. В предыдущие четыре года я пользовался механическим инвалидным креслом, а также маленьким синим трёхколёсным электромобилем, который передвигался со скоростью велосипеда и в котором я порой нелегально возил пассажиров. Приехав в Калифорнию, мы поселились в принадлежащем Калтеху здании в колониальном стиле неподалёку от кампуса, и у меня впервые появилась возможность свободно пользоваться инвалидным креслом с электрическим приводом. Я чувствовал себя в нём намного более свободно; к тому же, здания и тротуары в Соединённых Штатах оказались гораздо лучше приспособлены для инвалидов, чем в Британии.

Вернувшись из Калтеха в 1975 году, я несколько упал духом. По сравнению с энергичным американским образом жизни дома, в Британии, мне всё казалось провинциальным и ограниченным. В то время страна была охвачена забастовками, а пейзаж отличался множеством поваленных деревьев, погибших от голландской болезни вязов. Но мне стало намного лучше, когда я увидел плоды своих трудов, а в 1979 году меня избрали Лукасовским профессором математики[7] — на должность, которую некогда занимали сэр Исаак Ньютон и Поль Дирак.

В 1970-е годы я в основном занимался чёрными дырами, но интерес к космологии возобновился благодаря предположению о том, что молодая Вселенная прошла период быстрого инфляционного расширения, в процессе которого она постоянно увеличивалась в размерах, прямо как цены, когда Британия проголосовала за Брексит. Некоторое время я работал с Джимом Хартлом, формулируя теорию рождения Вселенной, которую мы назвали «безграничной».