Стивен Хокинг. Непобедимый разум

В 1968 году трактат Хокинга и Пенроуза о начале времен завоевал второй приз Фонда исследований гравитации, но вопрос все еще висел в воздухе: что, если правильна первая модель Фридмана, та, в которой пространство ограниченно и вселенную в итоге настигает коллапс (рис. 6.1а)? Можно ли утверждать, что и такой тип вселенной начинается с сингулярной точки? К 1970 году Хокинг и Пенроуз сумели доказать, что это верно и для такой вселенной. В “Публикациях Королевской академии” за 1970 год вышла их совместная статья[99], где со всей определенностью утверждалось: если вселенная подчиняется общей теории относительности и соответствует любой модели Фридмана и если во вселенной имеется столько вещества, сколько мы наблюдаем, то она должна была начаться с сингулярной точки, в которой вся масса была спрессована до бесконечной плотности, искривление пространства-времени было бесконечным, и расстояние между любыми объектами равнялось нулю.

Физическая теория не может работать с бесконечно большими числами. Предсказав сингулярную точку с бесконечной плотностью и бесконечным искривлением пространства-времени, общая теория относительности тем самым предсказала свой собственный конец. Любые научные теории разбиваются о загадку сингулярности. Мы утрачиваем возможность предвидеть, законы физики бессильны предсказать, что могло бы явиться из сингулярности – это может оказаться любая разновидность вселенной. А как насчет того, что произошло до образования сингулярности? Неизвестно даже, имеет ли подобный вопрос смысл.

Сказать, что в начале вселенной – сингулярная точка, все равно что сказать: начало вселенной лежит за пределами нашего знания, за пределами любых попыток создать теорию всего. Мы можем утверждать лишь, что время началось, потому что мы это видим, однако и тут немало гадательного. Сингулярность захлопывает дверь прямо у нас перед носом.

Сказка на ночь

Физиков дразнят тем, что они всегда и всюду размышляют о своей науке. Хокинг превосходил в этом смысле даже своих коллег: он выполнял все расчеты в голове – отчасти это стало последствием его недуга – и потому в самом деле носил работу с собой повсюду и мог заняться ею в любой момент. Кип Торн обнаружил у Стивена поразительную способность оперировать мысленными образами объектов, кривых, поверхностей, причем не в трех, а в четырех измерениях пространства-времени[100].

Прекрасный пример того, как работал Хокинг, он сам приводит в книге “Краткая история времени”: “Как-то вечером в ноябре 1970 года, вскоре после рождения моей дочери Люси, я размышлял о черных дырах, пока укладывался спать. Мой недуг превращает укладывание в медленный процесс, поэтому времени для размышлений у меня было предостаточно”[101]. Другой ученый на месте Хокинга кинулся бы к столу записать основные мысли, уравнения, но Хокинг совершил одно из главных в своей жизни открытий в уме, с тем лег в постель и пролежал без сна до рассвета, дожидаясь первых лучей солнца, чтобы позвонить Пенроузу и поделиться с ним новыми идеями. Пенроуз, как утверждает сам Хокинг, тоже думал в этом направлении, однако не охватил последствия этой гипотезы.

Вот в чем суть пришедшей в голову Хокингу идеи: черная дыра не может уменьшаться в размерах, потому что периметр горизонта событий (граница невозврата, расстояние от центра, на котором вторая космическая должна превышать скорость света) не может сократиться.

Представим себе: в результате коллапса звезда съежилась до того радиуса, при котором вторая космическая совпадает со скоростью света. Что произойдет с фотонами, которые эта звезда испускает в момент, когда ее радиус станет еще меньше? Гравитация достаточно сильна, чтобы не позволить лучам света выйти за пределы этого радиуса, но не настолько сильна, чтобы втянуть их в черную дыру. Фотоны так и останутся мерцать по периметру, на прежнем расстоянии от центра, на постоянном горизонте событий. А сама звезда будет и дальше уменьшаться в размерах и не сможет более испускать фотоны.

Хокинг понял: если на горизонте событий скапливаются лучи света, векторы этих лучей не должны пересекаться. Если бы лучи приблизились друг к другу, они бы столкнулись и рухнули в черную дыру. Чтобы область горизонта событий сокращалась, чтобы черная дыра уменьшалась в размерах, как раз и нужно, чтобы лучи на горизонте событий сближались. И здесь парадокс: если они сблизятся, они рухнут в черную дыру, а горизонт событий не станет меньше.

Можно подойти к тому же выводу с другого конца: понять, что черная дыра может расти. Размеры черной дыры определяются ее массой, а значит, черная дыра увеличивается, когда что-то попадает в нее и пополняет ее массу. Поскольку ничто не может выйти из черной дыры, уменьшиться ее масса не может – а значит, не уменьшится и сама черная дыра.