Роль британського вченого, якому щойно виповнилося 70 років, у ЗМІ перевищує його популярність як фізика

Поділіться статтею

Помилки Стівена Хокінга

помилки

Цілком ймовірно, що читач ніколи не чув про Вільяма Л.Брегга (1890-1971) чи Джона Бардіна (1906-1991) чи навіть Едварда Віттена, але майже впевнене, що ім'я чи, що, швидше за все, фізіономія Стівена Хокінга (08.01.1942) в інвалідному візку виглядає звично. Всі четверо - фізики, однак Хокінг на даний момент не заслуговував Нобелівських почестей, йому просто виповнилося сімдесят років, хоча Брегг отримав її лише двадцять п'ять (1915), Бардін виграв її двічі (1956 і 1972), а Віттен нагороджений фізиком з медаллю Філдс. Очевидно, що сила Медіа Гокінга перевищує реальну роль, яку він відіграв в історії науки.

Його популярна робота знайшла величезну аудиторію, надавши їй додаткової популярності порівняно з вченими, менш наближеними до пересічного читача. Також правда, що хвороба, у якої йому поставили діагноз до закінчення докторської ступіні - аміотрофічний бічний склероз - і втрата голосу, що змушує його спілкуватися за допомогою комп’ютера, прикриває його аурою винятковості, яка сприяє формуванню міфу.

Його людська винятковість

Хокінг - виняткова людина? Звичайно. Той, хто стикається з життям із надією, віталістичною завзятістю, відданістю справі, вірою в себе, переконанням у тому, що має долю разом із здатністю здійснити її, є, куди б ви не подивились, людським зразком незвичним. Однак я намагаюся тут зважити місце, яке його робота - не обтяжена агіографічною трубою - займає у галузі фізики. Такий лорд, така честь.

Трапляється, що з часом Хокінг стане прикладом людини з винятковою волею до успіху, захоплюючою і зразковою в біді, архетипом того, на що здатна людина, коли її можливості розтягнуті майже до межі. І цього вже більш ніж достатньо, щоб послужити посиланням на нашу зневірену молодь, хоча його науковий внесок у фізику не залишить нетлінних слідів.

Що таке чорні діри (BH)?

Ідея така. Щоб уникнути тяги Землі, швидкість ракети (швидкість випуску/виходу) повинна бути більше одинадцяти кілометрів на секунду; на планеті, масивнішій/щільнішій за Землю, швидкість виходу була б вищою; на Місяці, менш масивному, ніж Земля, швидкість втечі становить лише 2,4 кілометра в секунду. Якщо астрофізичний об'єкт досить щільний, необхідна швидкість виходу може досягати швидкості світла або навіть теоретично неіснуючої вищої швидкості. Астрофізичний об'єкт, настільки масивний, що навіть світло або інформація не може втекти, називається "чорною дірою"/Чорною дірою (ЧД). Оскільки, згідно з теорією (частково застарілою), жодна частинка не може рухатися швидше, ніж фотони, ніщо не може втекти від ВГ. Отже, BH - це астрофізичний об'єкт, поле тяжіння якого настільки інтенсивне, що перешкоджає виходу будь-якої форми речовини або випромінювання (за винятком випромінювання Хокінга, про яке ми побачимо далі). Такі об'єкти не випромінюють світла - оскільки вони перешкоджають виходу фотонів - отже, вони сприймаються як чорні.

У цьому контексті БГ є технічно "особливістю", точкою у просторі-часі, де не виконується жоден із законів фізики, але як притча ми можемо говорити про таку глибоку та круту криницю - хоча ніхто не знає форми, що вони мають - що все, що підходить "достатньо", потрапляє і вже не може вийти. Що означає підходити "достатньо"? Що ж, виходячи на критичну відстань "горизонту подій": все, що перетинає цю відстань, потрапляє в БГ і більше не залишає. Чорні діри часто представляються як особливості у просторі-часі, де щільність та кривизна досягають нескінченних значень. Однак це не перша, фундаментальна характеристика БГ, а горизонт подій/подій, нематеріальна поверхня, у вакуумі, яка не має нічого спільного з поверхнею зірки чи планети.

Ризикована азартна гра Хокінга

На думку Хокінга (1975), БГ не є повністю "чорними". BH випромінює енергію у вигляді спонтанно створених частинок у своєму горизонті подій через коливання квантового вакууму. Нескінченно мале явище, якого ніколи не спостерігали, але яке формально порушує, теоретично, абсолютну чорноту ЧД.

Підкріплений елегантним математичним аргументом, Хокінг показав, що імплозія/колапс зірки в ЧД створює у вакуумі її середовища потік опромінених частинок у регулярному потоці, який підтримується необмежений час після зникнення зірки. Тепер, коли це "випромінювання Хокінга" поглинає енергію, щось інше "повинно її втратити. Іншою "річчю" може бути лише маса ЧГ (за еквівалентністю між масою та енергією). Якщо ВГ втрачає масу, її розмір зменшується внаслідок тривалого процесу "випаровування", який триває до зникнення ВГ.

Зі злощасною інтуїцією, без чорнил у знаменитій статті, які ще не висохли, Хокінг вважав, що його висновки містять величезну загадку - "інформаційний парадокс" - що перевернула квантову механіку з ніг на голову. І це, звичайно, були головними словами. Тим часом оголошення результатів піднесло Хокінга до рангу міжнародної знаменитості, а кілька років потому (1979) і до кафедри Лукасіани в Кембриджі (кафедра математики Лукасії), в якій викладали Ньютон і Дірак. І це те, що в Англії вже давно все пішло менше.

Інформаційний парадокс

Якщо зірка, що руйнується, зникає в ЧД, а БГ зникає по черзі, що відбувається з тим, що спочатку складало зірку? Інтуїтивна відповідь - компоненти втечі зірки з радіацією Хокінга - представляє серйозну проблему: вся інформація про зірку втрачена. Тобто, Всесвіт втратив би інформацію, надзвичайно ризиковану, не кажучи вже зарозумілу, наукову проблему, яку передбачав Хокінг.

Фахівці з квантової механіки не погодились з Хокінгом. Квантові механізми категорично заявляють, що інформація не може бути знищена; може зливатися або хмаритися до практично нерозбірливого за допомогою сучасних методів виявлення, але існує теоретична можливість відновити його до найменшого фрагмента.

Хто програє, платить

Однак фундаментальна атака на інтерпретацію Хокінга відбулася не від квантових фізиків, а від теоретиків струн, які вільно володіють декількома парадигмами і мають надзвичайно потужну математичну підготовку. Леонард Сусскінд і Джерард'т Хофт виступили на чолі руху проти трактування Гокінга, поступово залучаючи численних прихильників. У 1997 році Джон Прескілл заручився з Гокінгом, що інформація зберігається в процесі випаровування ЧД, дуже повільно і до цього часу без емпіричного підтвердження (немає даних про жодне БГ, яке випаровувалось).

І справді, Кертіс Каллан та Хуан Мальдацена (1996) довели, що, обчислюючи швидкість випаровування спеціальної категорії, інформацію можна було відкрити заново. Ці обчислення, які не всі фізики сприймали як належне, враховували граціозний інформаційний парадокс Хокінга, який дедалі більше одиничний. У 2004 році він визнав, що програв свою ставку, і сплатив заставу Прескілу, бейсбольній енциклопедії: "Total Baseball: The Ultimate Baseball Encyclopedia".

Від космології до космогонії

Ми бачили, що BH є "особливістю", тобто точкою або станом у просторі-часі, в яких закони фізики не застосовуються. Ми нічого не знаємо про те, що відбувається всередині чорної діри. В принципі, це точка у просторі-часі нескінченної щільності, що як у механіці Ньютона, як у теорії відносності, так і в квантовій фізиці є неприпустимим. Згідно з релятивістськими рівняннями, за горизонтом подій простір-час буде постійно руйнуватися до нескінченно щільної і нескінченно малої центральної точки, що призведе до концептуального глухого кута, який фізики сподіваються вирішити завдяки новим теоріям, таким як теорії струн або квантовій гравітації. Але вони ще не вирішили.

З цими лозовими лозами, як Гокінг може робити вигляд, що Боже втручання не потрібно, щоб Всесвіт з’явився з нізвідки, оскільки законів фізики для цього достатньо (див. Його книгу «Великий задум»). Насправді може бути так, що із законів фізики виникає Всесвіт, але може бути і те, що потрібно щось більше. Наприклад, Гокінгу, можливо, спочатку доведеться показати, що закони фізики виникають із законів фізики, тобто те, що Всесвіт створює сам.

Хоча я вже займався цими питаннями в кількох статтях у цій газеті ("Хокінг, диво чи науковець?" 3.10.2010; "Від алхімії до спекулятивної космології" 21.11.2010), я знову дивуюсь, чи не Гокінг не демонструє певну зарозумілість - таку ж, як і в його програній ставці щодо інформаційного парадоксу, - заявляючи, що божественна активація не потрібна для того, щоб Всесвіт виникла з нічого, що, звичайно, не те саме, що споконвічна порожнеча.

Можливо, що Всесвіт виникає із самих законів фізики - дослівно, із гравітації, хоча ніхто ніколи не знаходив гравітон - але, можливо, ні. Що стосується мене, ні Хокінг, ні квантовий комп'ютер ніколи не зможуть довести, що закони фізики виникають із законів фізики шляхом ex nihilo рекурсії, і для цього нам не потрібно вдаватися до Геделя чи будь-якого іншого невирішувані проблеми. Без сумніву, це його право бути вільнодумцем, але це твердження віддаляє його від космології - вже припущення само по собі - і повністю поринає в космогонію, перетворюючи його з платоспроможного фізика на войовничого атеїста. Для цього йому краще присвятити себе киданню карт.

У будь-якому випадку, я щиро сподіваюся, що ця виняткова людина прослужить ще сімдесят років у повному володінні своїми розумовими силами, які від суворої до суворої є геніальними. Але навіть генії роблять помилки.