Стивен Хокинг. О дружбе и физике - [2]

Первой нашей книгой стала «Кратчайшая история времени». Эта книга не была оригинальной, это была переработка знаменитой «Краткой истории времени» Стивена. Он захотел изложить свои идеи в более понятной форме. Кип Торн, физик-теоретик из Калифорнийского технологического института (Калтеха) и ближайший друг Стивена, однажды сказал мне: «Чем больше ты знаешь физику, тем меньше понимаешь «Краткую историю» Хокинга». Сам Стивен выразился немного иначе: «Все ее купили, но немногие прочли».

«Кратчайшая история времени» была опубликована в 2005 году. В то время я преподавал в Калифорнийском технологическом институте. Стивен жил в Англии, но каждый год он посещал наш институт, и его визиты длились от двух до четырех недель. Этих наших встреч, а также общения по электронной почте оказалось достаточно, чтобы написать «Кратчайшую историю». Эта книга, как и «Мир в ореховой скорлупке» и другие книги Стивена, основана на научных исследованиях, выполненных им в 1970-х – 1980-х годах. Но после выхода в свет «Кратчайшей истории» мы решили написать книгу «Высший замысел». Мы хотели в ней рассказать о самых последних работах Хокинга и должны были начинать с нуля – писать о совершенно новых теориях, еще не известных широкой публике. Нам предстояло затронуть в ней весьма трудные для понимания аспекты: параллельные вселенные, идею о том, что Вселенная могла возникнуть буквально из ничего, «тонкую настройку» законов природы, позволившую жизни зародиться и существовать. Было понятно, что мы ввязываемся в непростую игру, которая обязательно потребует много личного общения. И начались мои частые вояжи из Калифорнии в Кембридж. И продолжались они вплоть до конца нашей работы в 2010 году.

⁂

Основная часть работ Стивена – продолжение работ Эйнштейна. В 1905 году Эйнштейн создал специальную теорию относительности. В это время ему исполнилось двадцать пять лет. Физика для него – лишь хобби, дополнение к работе в патентном бюро. Теория относительности обнажила многие экзотические тайны природы: то, что измерение пространственных и временных интервалов является относительным и зависит от наблюдателя; то, что материя – это форма энергии; и что ничего не может двигаться быстрее света. Но появилась проблема: хотя специальная теория относительности не имела дело непосредственно с гравитацией, ее утверждение об универсальном пределе для скорости света входило в противоречие с теорией Ньютона, согласно которой гравитация распространяется мгновенно, то есть с бесконечной скоростью.

Эйнштейн пытался разрешить это противоречие. Следует ли изменить теорию относительности? Может, нужно отказаться от закона всемирного тяготения Ньютона? Как выяснилось впоследствии, нужно было сделать и то, и другое. Эйнштейн потратил на решение этой задачи десять лет, забросив свою работу в патентном бюро и проводя свои академические изыскания в Берне, Цюрихе, Праге и Берлине. В конце концов, в 1915 году он создал свою новую теорию – общую теорию относительности, в которой положения специальной теории относительности были переработаны, расширены и дополнены введением эффектов гравитации.

Для того чтобы согласовать общую теорию относительности с теорией гравитации Ньютона, пришлось скорректировать постулат Ньютона о распространении гравитации с мгновенной скоростью. В общей теории относительности гравитация распространяется подобно волнам света, и с его же скоростью. Таким образом, не нарушается принцип предельной скорости света – основной постулат специальной теории относительности.

Чтобы избавиться от бесконечной скорости распространения гравитации, Эйнштейн ввел в свою общую теорию относительности понятие о гравитационных волнах. Но по иронии судьбы эти волны были обнаружены экспериментальным путем лишь совсем недавно: в 2017 году была присуждена Нобелевская премия за открытие гравитационных волн. Одним из лауреатов Нобелевской премии, присужденной за это открытие, стал американский физик Кип Торн.

Ньютон объяснил вращение планет по орбитам и падение предметов вниз с помощью силы, названной им гравитацией. Силы гравитации притягивают все предметы на свете друг к другу и заставляют их отклоняться от своих «естественных движений», которые, согласно Ньютону, должны происходить по прямым линиям. Эйнштейн показал нам, что это весьма приблизительная картина и что существует более глубокая истина, согласно которой надо понимать явление гравитации совсем по-другому.

Согласно Эйнштейну, нет никакой особой силы, которая действует на вещество и энергию. Напротив, именно вещество и энергия заставляют искривляться пространство, а искривление пространства, в свою очередь, определяет, как движется вещество и как распространяется энергия. Вещество воздействует на пространство-время, а пространство-время действует на вещество. Именно эта петля обратной связи делает математический аппарат общей теории относительности таким сложным. Чтобы разработать этот математический аппарат, Эйнштейну пришлось «вспахать» доселе нетронутое математическое поле, называемое неевклидовой геометрией – овладеть математикой искривленного пространства. Десять лет тяжелых неустанных поисков, и Эйнштейн сумел усовершенствовать общую теорию относительности, продираясь сквозь бесчисленные пробы и ошибки, излагая свои постулаты в разных формах, рассчитывая следствия предварительных изысканий и критикуя свои собственные идеи.