Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд - [36]

Главное различие между подходами состоит в том, что согласно традиционному научному методу ученый, сделав наблюдение, пытается подтвердить теорию дальнейшими экспериментами. По системе Поппера ученый пытается опровергнуть теорию, чтобы найти теорию получше. В этом смысле идеи Поппера очень нравились Хокингу и многим его коллегам, и он часто применял их в своей научной работе. Автор научно-популярных книг Деннис Овербай как-то спросил Хокинга, как работает его мысль. Хокинг ответил:

Иногда я делаю предположение, а потом пытаюсь его доказать. Много раз получалось, что в процессе доказательства я находил контрпример, и тогда предположение приходилось менять. Иногда это что-то, над чем уже работали другие. Мне кажется, статьи часто пишут туманно, я их просто не понимаю. Тогда я пытаюсь истолковать их, приспособить к своему образу мыслей. Часто бывало, что у меня появлялась идея, и я начинал работать над статьей, а на полпути оказывалось, что идея гораздо сложнее.

Я очень часто работаю интуитивно, просто мне приходит в голову, что та или иная гипотеза, похоже, верна. Потом я пытаюсь это доказать. Иногда выясняется, что я ошибся. Иногда оказывается, что ошибочна первоначальная идея, но это наталкивает на новые идеи. Мне очень помогает обсуждение своих соображений с другими. Даже если они не говорят ничего полезного, мне самому многое становится понятнее, когда нужно кому-то все объяснять.[34]

Тогда, в конце 1960-х, Стивен Хокинг и представить себе не мог, какую важную роль предстоит сыграть его идеям в ближайшем будущем.

Глава 7 Сингулярные решения

В 1960-е годы были сделаны четыре открытия – два в изучении черных дыр и два в космологии, – которые возродили интерес к сингулярным решениям уравнений Эйнштейна. В результате исследований, на которые вдохновили ученых эти открытия, а особенно – плодов сотрудничества Хокинга и Пенроуза, – физики в начале 1970-х поняли, что в силах примириться с немыслимым: оказывается, следствие из ОТО, согласно которому во Вселенной могут существовать точки бесконечной плотности, то есть сингулярности, вовсе не означает, что в уравнения Эйнштейна вкралась ошибка. Сингулярности и правда могут существовать. А для тех, кто отчаянно цеплялся за прежнюю картину мироздания, все складывалось еще хуже: похоже, вся Вселенная – тоже черная дыра, на которую мы смотрим изнутри горизонта Шварцшильда, а значит, в начале времен вполне могла быть сингулярность, не скрытая от нас, – «голая» сингулярность.

Все началось в 1963 году, когда были открыты квазары. История квазаров на самом деле началась в последний день 1960 года. В 1950-е астрономы при помощи телескопов, регистрировавших не видимый свет, а радиоволны, обнаружили во Вселенной много объектов, испускавших радиошум. Некоторые такие объекты были видны как яркие галактики и получили название радиогалактик, но были и такие, которые не удавалось отождествить ни с какими известными видимыми объектами. Потом, в конце 1960 года, американский астроном Аллан Сэндидж сообщил, что один из радиоисточников, открытых во время обзора, проведенного кембриджскими радиоастрономами (так называемый источник 48), можно отождествить не с далекой галактикой, а с яркой звездой. В ближайшие несколько лет были обнаружены и другие радиозвезды, но никто не мог объяснить, как им удается испускать радиошум. Затем, уже в 1963 году, Мартен Шмидт, который работал в обсерватории Маунт-Паломар в Калифорнии, объяснил, почему другой такой объект – 3C 273 – обладает весьма необычным спектром.

Состав любой звезды (и вообще любого горячего объекта) выдает природа испускаемого ей света. Каждый элемент – водород, гелий, кислород – поглощает и испускает энергию лишь с конкретными длинами волн из-за квантовых эффектов, о которых мы говорили во второй главе. Поэтому, когда свет от звезды или галактики при помощи призмы разлагается на спектр, мы видим, что этот спектр пересекают темные и светлые полосы разной длины волн, которые соответствуют атомам тех или иных элементов в атмосфере звезды (или звезд, из которых состоит галактика). Спектральные линии индивидуальны, как отпечатки пальцев, и у атомов одного элемента всегда один и тот же набор длин волн. Однако астрономы уже знали, что у галактик вне Млечного Пути эти спектральные линии слегка сдвинуты к красному концу спектра. Знаменитое «красное смещение» вызвано расширением Вселенной, которое растягивает пространство, а следовательно, и длину волн света, идущего к нам от далекой галактики. Именно открытие «красного смещения» и подсказало астрономам, что Вселенная расширяется, однако этому поначалу не поверил даже сам Эйнштейн.

То, что свет от 3C 273 тоже подвергся красному смещению (собственно, это и открыл Мартен Шмидт), было неудивительно, однако в 1963 году астрономы впервые увидели смещение таких масштабов – почти на 16 % к красному пределу. Обычно красные смещения у галактик значительно меньше, примерно 1 % (то есть 0,01). Но, когда стало ясно, что возможны даже такие огромные смещения, ученые пересмотрели остальные «радиозвезды», и оказалось, что у всех у них такие же большие смещения, а иногда даже больше. Например, у источника 3C 48 красное смещение составляет 0,368 (почти 37 %), то есть в два с лишним раза больше, чем у 3C 273, а рекордное красное смещение на сегодня – больше четырех, то есть первоначальная длина волны света от самых далеких известных нам квазаров растянута в четыре с лишним раза.