Излучение Хокинга

Британский физик-теоретик Стивен Хокинг, прославившийся в научном мире исследованиями «черных дыр», ранней Вселенной и квантовой гравитации, а за ее пределами – блестящей популяризаторской деятельностью, вероятно, самый узнаваемый в мире ученый, ставший образом популярной культуры, получил специальную премию в области фундаментальной физики. Об этом мы поговорили с членом жюри премии, физиком Андреем Линде.

Премия была учреждена в этом году российским предпринимателем Юрием Мильнером, некогда занимавшимся физикой в Московском государственном университете, но бросившим научную карьеру ради бизнеса и создавшим состояние на инвестициях в социальные сети и другие интернет-компании.
Премия очень велика в финансовом измерении – 3 миллиона долларов, почти в три раза больше Нобелевской – и существенно отличается от нее принципом отбора лауреатов: она не требует экспериментального подтверждения новых физических теорий и потому нацелена на последние достижения в фундаментальной науке.

Чтобы обсудить, почему премия присуждена именно Хокингу, и что является целью популяризации науки, Радио Свобода обратилось к физику Андрею Линде - члену отборочного комитета и одному из первых лауреатов премии, присужденной ему за развитие теории инфляционной космологии:

– Хокинг – чрезвычайно известная фигура. И его героическая судьба – он с молодости страдает тяжелейшим недугом, приковавшим его к креслу – и присутствие духа, позволяющее ему, несмотря на это, писать блестящие и остроумные книги о физике, его участие в популярной культуре – сериалах и музыкальных альбомах – сделали его, вероятно, самым известным современным ученым в мире. Если собрать группу из любых людей, далеких от науки, и спросить их, какому физику присудить награду, они, вероятно, скажут – Хокингу, потому что, собственно, именно его все и знают. Но почему физики присуждают премию Хокингу?

– На самом деле, он знаменит не только потому, что болен. Он знаменит потому, что он в свое время сделал замечательные вещи в космологии и теории испарения «черных дыр», которые до сих пор обсуждаются всеми нами. У нас была только что конференция в Стэнфорде по поводу того, что происходит, если наблюдатель падает внутрь «черной дыры», и как это можно связать с «излучением Хокинга», является ли оно в чистом квантовом состоянии или нет. То есть прошло много лет, и то, что он в свое время сделал, когда вот возникло это «излучение Хокинга», хокинговская температура «черной дыры», до сих пор эти вещи живо обсуждаются всеми физиками и играют большую роль в развитии квантовой гравитации. Уже больше 30 лет назад это было сделано, и все равно это такая загадочная вещь, которая для всех нас очень важна. Поэтому он абсолютно заслужил премию, его научная слава вполне заслуженна.

– Означает ли это, что сделанное Хокингом признают большинство ученых? Мне кажется, поправьте меня, если я ошибаюсь, вы не были согласны с какими-то вещами, которые говорил Хокинг.

– Ситуация такая, с моей точки зрения: его карьера началась с изучения проблемы сингулярности в ранней Вселенной и, вообще, проблемы сингулярности в общей теории относительности. Он сделал классические работы, с которыми все согласны, которые общеприняты и которые играют очень большую роль в понимании того, откуда Вселенная могла возникнуть, и того, как обнаруженные им проблемы можно было бы решить. Тут нет никаких возражений. Есть вторая вещь – по поводу испарения «черной дыры». Сначала люди возражали, потом они согласились, а теперь обсуждается, со всем ли полностью надо согласиться или что-то сделать немножечко по-другому? Эффект существует, нет никакого сомнения, но как его в точности интерпретировать с точки зрения квантовой механики, какие в точности там идут процессы, люди продолжают обсуждать.
После этого возникла инфляционная космология, и он в этой науке сделал тоже очень важный вклад. Когда люди обсуждали, как возникают возмущения плотности, возмущения метрики после расширения Вселенной, которые нужны были для образования галактик. Он был одним из первых, кто развил теорию того, что происходит. Я не говорю, что первый, потому что первыми были Чибисов и Муханов в России, которые первую версию этой теории создали, и потом Муханов также сделал последнюю правильную версию, которая покрывает более широкий класс теорий. Но для важного класса теорий была группа людей, которые развили теорию образования неоднородностей, и одним из этих людей был Хокинг. И вот что тут важно: сейчас большинство данных, которые подтверждают инфляционную теорию, основаны на этой теории генерации возмущений, которая нужна для того, чтобы понять, что галактики взялись из квантовых флуктуаций. Сумасшедший дом совершенно: на небе – маленькие пятнышки, которые возникли из квантовых флуктуаций, которые были в 10^-30 секунды после Большого взрыва, и мы их сейчас видим на небе. И Хокинг был одним из тех, кто развил теорию этого эффекта. А после он был уже во все более и более больном состоянии, но продолжал развивать свои собственные идеи. И дальше возникла волновая функция Хартли – Хокинга, про которую никто не знает в точности, правильная она или нет. У меня есть свои суждения, у Хокинга – свои, иногда мы по этому поводу спорим, но уже устали спорить в течение последних 30 лет. Вне зависимости от того, правильна или неправильна эта волновая функция в той интерпретации, в которой они ее дали, оказалось, что она так или иначе играет большую роль в квантовой космологии, хотя, может быть, ее надо интерпретировать совершенно по-другому.

И он продолжает работать, но, конечно, когда у человека здоровье все хуже и хуже, это вообще чудо, что он продолжает существовать на этом уровне. Поэтому дальше возникали уже работы, по поводу которых можно спорить, но общее восхищение этим прекрасным интеллектом и его жизнестойкостью существует у всех. И те мелкие несогласия, которые могут быть по поводу его поздних работ, играют маленькую роль при обсуждении значимости сделанного им в целом.

– Присуждение премии – это всегда в каком-то смысле популяризация науки. Премия Хокингу, а до этого премии вам и еще группе физиков-теоретиков – это попытка сказать, что в физике сейчас происходит что-то важное и интересное?

– Да, происходит и происходило что-то важное и интересное: вот Хокинг – все-таки значительная часть его замечательных работ была сделана некоторое время назад и продолжает быть важной до сего момента. Так что это, на самом деле, общее суждение по поводу интеллектуальной высоты происходящего. Скажем, во времена «холодной войны» физикам относительно хорошо по тому времени платили, потому что то, что они делают, было важно для создания атомной бомбы, еще чего-то, и где-то рядом с этим существовала важность того, что они делают для интеллектуального развития всего человечества. Никто не знает, когда от вещей, связанных с квантовой космологией, возникают какие-то ниточки, ростки развития, которые потом приведут к обогащению человечества. Например, существовала квантовая механика, казалось бы, абстрактная и никому не важная вещь, а сейчас никто не замечает, что каждый раз, когда в плеер ставится CD или DVD, в нем работает лазер – чистое квантово-механическое устройство.
Фундаментальная физика – она иногда важна в практических применениях, но у нее есть своя собственная высокоинтеллектуальная красота. И эта премия стремится подчеркнуть значительность того, что физика в принципе может открыть, независимо от того, является ли это открытие уже полностью подтвержденным или еще нет, но когда все уверены, что оно правильно, хотя надо еще найти окончательное подтверждение. Если мы видим, что происходит какое-то замечательное интеллектуальное движение, то значит, надо людей поздравить с тем, что мы все живем в то время, когда такого рода чудеса являются возможными. Эта премия пытается это делать.

– Премия существенно отличается, насколько я понимаю, от Нобелевской, потому что часто Нобелевские премии вручаются людям уже на излете научной карьеры, а эта премия – активно действующим физикам. Но именно тут есть некоторая сложность. Всегда ли можно судить о том, что уже достойно премии, что является таким интеллектуальным движением, как вы это назвали?

– Я приведу пример. Когда Эйнштейн получал Нобелевскую премию, ему из Нобелевского комитета написали: мы вручаем вам премию за открытие фотоэффекта, но не за открытие специальной теории относительности и общей теории относительности, которые будут рассмотрены, когда будут получены достаточно убедительные доказательства их экспериментальной правильности. Эйнштейн умер примерно через 30 лет после того, как он получил эту премию, и за эти 30 лет все отлично знали, что специальная и общая теории относительности – замечательная наука, что специальная теория относительности хорошо проверена, но больше он Нобелевскую премию – именно за эту работу – не получил. Или суперсимметрия. Все люди, которые сейчас работают в ЦЕРНе, на большом адронном коллайдере, используют теории, основанные на суперсимметрии, как основу для создания наиболее элегантных теорий элементарных частиц. Никто не знает, является ли эта идея правильной, но она настолько восхитительна, что тысячи и тысячи людей, практически все, кто сейчас занимается теорией элементарных частиц, работают внутри конструкций, ведущих истоки от теории суперсимметрии. С начала 70-х годов, когда была предложена идея суперсимметрии, до настоящего времени прошло 40 лет, и 40 лет огромное количество физиков работают в рамках суперсимметричных теорий. Кто-то дал Нобелевскую премию тем людям, которые создали эту теорию? Нет. Потому что мы еще не точно знаем, потому что экспериментально еще надо работать и работать, и даже неизвестно, будет ли вообще когда-нибудь при нашей жизни суперсимметрия подтверждена экспериментально. Но люди знают, что интеллектуально это, наверное, самое многообещающее направление развития физики. И поэтому они «голосуют ногами», тысячи людей занимаются этой теорией. И что, мы должны ждать, пока всем умрут, а потом придет другое, третье поколение, и тогда этих людей помянут хорошим словом? Поэтому хорошо, если можно сейчас отметить тех людей, которые фактически изменили ход движения физики – в направлении, которое на 40-летнем интервале большинство ученых считало правильным. Речь о том, чтобы люди, которые фактически занимаются этой наукой, могли сказать слова благодарности тем, кто ведет их в направлении, которое в данный момент физиками, специалистами единогласно считается наиболее привлекательным.

– Вопрос, напрямую не связанный с премией. У вас нет ощущения, что за последние годы, даже десятилетия существенно вырос разрыв между пониманием картины мира в глазах физиков и остальной частью человечества?

– Мне трудно сказать, потому что я не принадлежу к остальной части человечества. Но я знаю, что даже среди физиков бывает непонимание того, что люди делают в соседних с ними областях. И некоторые вещи, которые мне и моим друзьям кажутся очевидными, для некоторых кажутся научной фантастикой, и все надо доказывать и доказывать. Поэтому есть разрыв даже внутри физики в том, как разные люди понимают, что произошло. Физика все усложняется и усложняется. Разрыв здесь является неизбежным. К чему это приведет – я не знаю.
Мы стараемся популяризировать науку все время, очень полезную работу в этой области ведет, например, Брайан Грин, который выпускает фильмы про multiverse, про теорию струн и так далее. Все эти вещи, конечно, являются упрощением и огрублением тех идей, с которыми сейчас люди работают, но это очень важно, потому что без того, чтобы физика стала доступной для остальных людей, они могут не понять, чем восхищаться-то. И, к сожалению, физики расплачиваются за этот разрыв очень дорого. Я приведу пример.
Давно, лет 15 примерно назад, в Америке строили самый большой ускоритель в мире, который должен был сейчас быть больше, чем этот большой адронный коллайдер в ЦЕРНе. По телевизору шла агитационная программа, объяснявшая, почему надо строить этот ускоритель. Но были и другие претенденты на государственное финансирование, один из них – космическая станция, русско-американская, которая летала по небу, и она была гораздо дороже этого ускорителя, и на ней делали очевидные для всех людей вещи: выращивали кристаллы в невесомости. То, что это было глупостью, тоже, казалось бы, было очевидно, но, наверное, это нужно было по политическим причинам, что лучше, чтобы русские и американские ракетчики работали вместе, в дружбе, чем свои секреты друг от друга утаивали. В общем, была, наверное, какая-то политическая подоплека того, зачем эта бессмысленная вещь развивалась.
А когда начали обсуждать, зачем нужен ускоритель, который строили в Техасе, физикам задали вопрос, и они ответили: «мы тогда обнаружим экзотические элементарные частицы, это будет очень важно». Им сказали: «а зачем нам нужны эти экзотические элементарные частицы? Уже наоткрывали много, зачем нужно еще?». И тогда физики начали говорить: «это нужно еще и для того, чтобы излучение, которое там будет производиться, использовалось для лечения рака». И это было не просто глупо, это было отчасти неправдой. Не надо для излечения рака иметь такую энергию пучков, которая там была, гораздо дешевле можно было сделать. Ускоритель закрыли. Люди – не дураки, что же они будут тратить деньги неизвестно на что? Лучше пусть кристаллы выращивают. После этого физики опомнились и начали осознавать: «как же мы им не объяснили, зачем ускоритель нужен...».
А зачем? А вот, например, теория суперсимметрии, которую мы пытаемся сейчас использовать для построения теории элементарных частиц, если она правильна, то на математическом языке это будет означать, что наше пространство имеет дополнительные измерения очень хитрого типа – фермионные измерения. Даже невозможно описать, что это такое. Если бы это было так, то это был бы шаг в развитии фундаментального понимания того, что такое наш мир. Шаг такого же уровня, как создание специальной теории относительности Эйнштейна. Поэтому люди стараются проверить, правильна ли суперсимметрия. Для проверки этого направления было бы замечательно открыть частицы, которые предсказываются этой теорией, и это не было бы просто неким открытием еще нескольких новых частиц, которых уже много. Люди узнали бы, что мы живем в мире, который имеет дополнительное измерение. Как религиозное представление о Вселенной, в которой вы живете, вдруг «бах» – и что-то совершенно другое.
Если вы идете по улице и спросите кого-то: «я хочу использовать ваши деньги, которые вы платите в виде налогов, для того чтобы открыть еще две элементарные частицы», они скажут: «нет, нам нужны деньги, для того чтобы мосты строить». А если вы скажете: «мы можем использовать часть ваших денег, для того чтобы полностью изменить ваше представление о мире, в котором вы живете», они скажут: «ну, да, может быть, надо».
Этот факт не был донесен до общества. И только сейчас, спустя много лет, когда этого ускорителя в Америке не существует, а в Европе он работает, но мы все еще не знаем, удастся ли там найти эти частицы, люди, наконец, потихонечку понимают, зачем надо было деньги тратить.
Цели великие – это то, что надо дать людям понять, чтобы публика знала, зачем все это делается. Что не просто есть сообщества талантливых физиков, которые друг друга хвалят, но они хотят добиться чего-то, что может оказаться в конечном счете интеллектуально важно для всех остальных. Даже если поначалу неизвестно, будет ли это практически важно, но это будет так же важно, как когда Коперник вдруг понял, что не Солнце вращается вокруг Земли, а Земля вращается вокруг Солнца.
Вещи изменяются, и после этого человечество делает какой-то большой скачок в своем понимании того, что оно вообще из себя представляет. Если физика сможет продолжать это давать, это будет замечательно. И между прочим, один из принципов премии за фундаментальную науку состоит в том, что люди, которые получат ее, должны поместить на веб-сайт премии популярную лекцию по теме, над которой они работали. Не все пока делали это, в частности, я еще нет, но мы все собираемся это делать, чтобы люди могли смотреть, кто и за что получил эти премии и почему это так интересно.