Кризис бильярдного шара: бесконечное множество траекторий

Однажды, сидя в аэропорту Сан-Франциско в ожидании самолета, я сообразил, что бильярдный шар, запущенный между двумя устьями червоточины, превращенной в машину времени, может двигаться по двум траекториям. По одной из них, (а), он пролетит между двумя устьями без приключений. По другой, (б), во время его прохода между двумя отверстиями в результате столкновения его отбрасывает направо.

Затем он продолжает движение к левому отверстию норы, выходит из него ранее своего предыдущего входа, ударяет сам себя и улетает прочь.

 

Через несколько месяцев Роберт Форвард [один из пионеров детектирования гравитационных волн методом лазерной интерферометрии (глава 10) и писатель-фантаст] нашел третью траекторию, удовлетворяющую всем законам физики. Это траектория (в), изображенная ниже. Столкновение происходит перед тем как шар приближается к устьям червоточины. Затем я понял, как можно сделать так, чтобы столкновение происходило все раньше и раньше, как на схемах (г) и (д): шар должен между своими двумя визитами к месту столк

 

новения пройти по червоточине несколько раз. Например, на схеме ((3) шар проходит по маршруту а, получает удар от своего старого альтер-эго, выходит на маршрут β и затем влетает в правое устье. Потом он проходит сквозь червоточину (назад во времени), достигает левого устья и возвращается обратно через червоточину по маршруту γ (еще дальше назад во времени). Еще одно возвращение через червоточину по маршруту δ (еще дальше назад во времени) и, наконец, маршрут α, который приводит шар к месту столкновения, откуда он берет курс ζ

Очевидно, существует бесконечное множество траекторий (соответствующих разному числу переходов через червоточину), которые удовлетворяют классическим (не квантовым) законам физики и имеют одинаковые начальные условия (одинаковые местоположения и скорости бильярдного шара). Остается гадать, сошла ли физика с ума или законы физики каким-то образом подскажут, какую траекторию следует выбрать шару.

момент? Если нет, как законы физики помогают выбрать из бесконечного множества траекторий ту, по которой проследует бильярдный шар?

В поисках ответа на эти вопросы мы с Гуннаром Клинкхаммером обратились в 1989 г. от классических законов физики к квантовым.  Почему к ним? Потому что квантовые законы — «Верховные правители» нашей Вселенной.

В частности, законы квантовой гравитации контролируют силы гравитации и структуру пространства и времени. Классические законы гравитации общей теории относительности Эйнштейна являются просто приближением к законам квантовой гравитации — приближением, которое имеет превосходную точность вдали от всех сингулярностей и на масштабах, гораздо больших, чем 10^-33 см, тем не менее, это все-таки приближение (глава 13).

Точно так же классические законы физики, которые мы с моими студентами использовали при изучении движения бильярдных шаров в парадоксе Полчински, являются всего лишь приближением к квантово-механическим законам. Поскольку классические законы предсказывают «чепуху» (бесконечное множество возможных траекторий для бильярдного шара), мы с Клинкхаммером обратились к законам квантовой механики для более глубокого понимания процесса.

«Правила игры» в квантовой физике совершенно другие, чем в классической физике. Когда мы задаем начальные условия и пользуемся при этом классическими законами, они предсказывают, что произойдет впоследствии (например, по какой траектории проследует шар); и если машин времени не существует, эти предсказания дают единственно возможный результат. Наоборот, квантовые законы предсказывают всего лишь вероятности возможных событий (например, вероятность того, что шар проследует в ту или иную область пространства).

В свете этих правил квантово-механической игры нас не удивил ответ, который мы с Клинкхаммером получили из квантово-механических законов. Мы поняли следующее: если шар начинает движение по траектории Полчински (рис 14.9 и 14.10 в момент времени t=3 часа дня), то существует определенная квантово-механическая вероятность — скажем, 48 процентов того, что он последует по траектории (а) на рис. 14.10, и определенная вероятность — скажем, тоже 48 процентов для траектории (б). Определенная (гораздо меньшая) вероятность существует для каждой из бесконечного множества других траекторий, разрешенных классической физикой. В каждом «эксперименте» шар проследует только по одной траектории, разрешаемой классическими законами; но если мы выполним огромное количество таких экспериментов с бильярдным шаром, в 48 процентов случаев шар выберет траекторию (а), еще в 48 процентах случаев — траекторию (б), и т. д.

Этот вывод отчасти является удовлетворительным. Из него следует, что законы физики достаточно легко могут приспособиться к законам времени. Будут и сюрпризы, однако ничего сверхъестественного и парадоксального не ожидается. Мы можем представить, что National Enquirer, узнав о наших результатах, вполне способен поместить шапку: ФИЗИКИ ДОКАЗАЛИ, ЧТО МАШИНЫ ВРЕМЕНИ СУЩЕСТВУЮТ. (Вот такого «освещения» я все время и боюсь.)

* * *

Осенью 1988 г., через три месяца после публикации нашей статьи «Червоточины, машины времени и слабое энергетическое условие», Кэй Дэвидсон, репортер из San Francisco Examiner, наткнулся на эту статью в Physical Review Letters и все испортил.

Могло быть и хуже. По крайней мере, сообщество физиков в течение трех месяцев спокойно впитывало наши идеи без сенсационной шумихи.

Но шквал журналистских страстей остановить было невозможно. ФИЗИКИ ИЗОБРЕЛИ МАШИНЫ ВРЕМЕНИ! - такие заголовки можно было увидеть повсюду. Журнал «Калифорния» в статье «Человек, который изобрел путешествие во времени» даже поместил фотографию, где я в голом виде занимаюсь физикой на горе Паломар. Я был убит — не из-за фотографии, а из-за сыпавшихся отовсюду утверждений, что я изобрел машины времени и путешествия во времени. Если законы физики разрешают машины времени (а я сомневаюсь в этом, как будет ясно в конце этой главы), то их осуществление, скорее всего, менее доступно современному человечеству, чем космические путешествия неандертальцам.

Поговорив с двумя репортерами, я оставил все попытки остановить лавину и добиться правильного освещения событий и стал скрываться от прессы. Пэт Лайон, мой помощник по административным делам, вынужден был отбиваться от осаждавших его представителей прессы с помощью заявлений типа: «Профессор Торн считает, что пока еще не пришло время обнародовать результаты его исследований. Когда он выяснит, запрещают или нет законы физики существование машин времени, он напишет об этом популярную статью».

Написав эту главу для книги, я фактически выполняю свое обещание.

 

Защита хронологии?

 

 

В феврале 1989 г., когда основная шумиха в прессе утихла, а мы с Эчеверрия и Клинкхаммером бились над парадоксом Полчински, я полетел в Боузмен (Монтана), чтобы прочесть там лекцию. Там я встретился с Биллом Хискоком, бывшим студентом Чарльза Мизнера, и начал выяснять у него, что он думает по поводу червоточин и машин времени. В последнее время это стало моим пунктиком. Я хотел услышать обоснованные критические замечания, ожидал новых идей и точек зрения.

«Может быть, вам следует заняться изучением электромагнитных вакуумных флуктуаций», — сказал мне Хискок. — «Может быть, они разрушат червоточину, когда высокоразвитые существа попытаются превратить ее в машину времени». Хискок подразумевал мысленный эксперимент, в котором моя жена Кароли (как некое высокоразвитое существо) летит назад, на Землю, в семейном космическом корабле, в котором находится один из входов в червоточину; а я в это время сижу на Земле рядом с другим входом, и червоточина вот-вот превратится в машину времени (рис. 14.7 и 14.8). Хискок утверждал, что электромагнитные флуктуации вакуума могут циркулировать в червоточине наподобие пучков излучения (рис. 14.8). Накладываясь друг на друга, эти флуктуации могут стать бесконечно большими и разрушить червоточину.

Я отнесся к этому утверждению скептически. За год до этого, когда я ехал домой из Чикаго, я пришел к выводу, что пучки излучения, циркулирующие по червоточине, не будут накапливаться и создавать пучок бесконечной энергии, т. е. они не будут разрушать червоточину. Червоточина спасает сама себя путем дефокусировки излучения. Таким же образом, подумал я, она может дефокусировать и циркулирующие электромагнитные вакуумные флуктуаций и таким образом сможет спасти себя.

С другой стороны, подумалось мне, машины времени — это такое радикальное понятие в физике, что мы должны исследовать любую возможность их разрушения. Поэтому, отбросив свой скептицизм и взяв в помощники ученого из моей группы по имени Сунг-Вон Ким, я приступил к расчетам поведения циркулирующих флуктуаций вакуума.

За несколько лет до этого Хискок и Дебора Конковски разработали математический аппарат и внесли ряд идей, которые нам сильно помогли. Несмотря на эту помощь, нас с Кимом сильно сдерживало наше невежество в вопросах вакуумных флуктуаций, точнее, в законах квантовых полей в искривленном пространстве-времени (глава 13). Но, наконец, в феврале 1990 г., после целого года фальстартов и ошибок, наши вычисления сошлись и дали долгожданный ответ.

Я был удивлен и даже шокирован. Несмотря на все усилия червоточины дефокусировать флуктуации вакуума, они стремились снова сфокусироваться (рис. 14.11). Дефокусированные червоточиной флуктуации расширялись, удаляясь от устья на Земле; вначале казалось, что они не попадут на космический корабль. Затем, как будто притянутые какой-то таинственной силой, они сходились к устью червоточины на космическом корабле Кароли. Вернувшись через червоточину к Земле, они затем снова расходились от земного устья и опять сходились к устью на корабле. Этот процесс повторялся снова и снова, и в результате формировался мощный пучок вакуумных флуктуаций.

Но будет ли этот пучок электромагнитных вакуумных флуктуаций достаточно интенсивным, чтобы разрушить червоточину? — спросили мы себя. Мы пытались найти ответ на этот вопрос в течение восьми месяцев, с февраля по сентябрь 1990 г. После ряда неудачных попыток мы, наконец, пришли к выводу (неправильному): «Возможно, нет». Наши доводы показались нам и некоторым ранее знакомым с ними нашим коллегам достаточно убедительными, поэтому мы написали статью и представили ее в Physical Review.

Рассуждения наши были следующими: вычисления показали, что циркулирующие электромагнитные флуктуации вакуума становятся бесконечно большими только на исчезающе коротком промежутке времени. Они приобретают максимальное значение точно в тот момент, когда впервые становится возможным использовать червоточину для обратного путешествия во времени (т. е. в тот момент, когда червоточина впервые становится машиной времени); и затем они немедленно исчезают (рис. 14.12).

Но законы квантовой гравитации (которые мы не очень хорошо понимаем), по видимому, говорят о том, что такого понятия, как «исчезающе короткий промежуток времени», не существует. Флуктуации пространственно-временной кривизны делают понятие длины бессмысленным на масштабах меньших, чем длина Планка—Уилера, 10^-33 см (рис. 14.3 и соответствующий раздел текста). Точно так же флуктуации кривизны должны делать понятие времени бессмысленным на масштабах менее 10^-43 с («время Планка—Уилера», которое равно длине Планка—Уилера, деленной на скорость света). Более короткие временные интервалы существовать не могут. Так утверждают законы квантовой гравитации. На таких маленьких интервалах не имеют смысла понятия до, после и эволюция во времени.

Поэтому, как утверждали мы с Кимом, циркулирующие электромагнитные флуктуации вакуума должны прекратить развиваться во времени, т. е. должны перестать нарастать за 10^-43 с до того, как чер-

 

воточина превратится в машину времени. Законы квантовой гравитации должны обрезать рост флуктуаций. Эти же законы позволят флуктуациям продолжить свое теперь уже затухание снова спустя всего лишь 10^-43 с после того, как машина времени заработала. Между этими моментами время как таковое не существует, и эволюции тоже нет (рис. 14.12). Важным моментом становится вопрос: насколько интенсивным стал пучок циркулирующих флуктуаций, когда квантовая гравитация обрезала их рост? Наши расчеты ясно и недвусмысленно показали: когда пучок перестал расти, он все еще слишком слаб, чтобы разрушить червоточину; следовательно, говоря словами из нашей статьи, весьма вероятно, что «вакуумные флуктуации не могут препятствовать образованию или существованию замкнутых времяподобных кривых». (Замкнутые времяподобные кривые на языке физиков означают «машины времени»; обжегшись на прессе, я перестал пользоваться словами «машина времени» в своих статьях; чтобы пресса, не знакомая с физическим жаргоном, ничего не могла в них более понять.)

В сентябре 1990 г., когда мы послали нашу статью в Physical Review,  мы с Кимом также послали несколько копий некоторым нашим коллегам, включая Стивена Хокинга. Он с интересом прочел нашу статью — и не согласился с ней. Хокинг не возражал против наших расчетов, касающихся пучка циркулирующих флуктуаций вакуума (по сути дела, аналогичные вычисления Валерия Фролова в Москве подтвердили к тому времени наши результаты). Хокинг протестовал против нашего анализа эффектов квантовой гравитации.

 

Хокинг соглашался с тем, что квантовая гравитация, поводимому, обрежет рост вакуумных флуктуаций за 10^-43 с до того, как появится машина времени, т. е. за 10^-43 с до того, как они могли бы стать бесконечно большими. «Но кем будут измерены эти 10^-43 секунды? В чьей системе отсчета?» — спросил он. Время — не абсолютная категория, а «относительная», напомнил нам Хокинг; оно зависит от системы отсчета. Мы с Кимом предположили, что это может быть система отсчета кого-либо, находящегося в покое в устье червоточины. Хокинг же ратовал за другую систему отсчета, связанную с самими флуктуациями. Точнее говоря, за систему отсчета наблюдателя, который вместе с флуктуациями циркулирует между Землей и космическим кораблем по червоточине так быстро, что он видит расстояние между Землей и кораблем, сжатое от 10 световых лет (10¹⁹ см) до длины Планка—Уилера (10^-33 см). Законы квантовой гравитации могут остановить рост пучка только за 10^-43 с до того, как червоточина превратится в машину времени, по часам такого «циркулирующего» наблюдателя. Таково было замечание Хокинга.

Возвращаясь к точке зрения наблюдателя, находящегося в покое в червоточине (на показания которого полагались мы с Кимом), можно сказать, что вывод Хокинга означал: обрезание за счет квантовой гравитации возникает за 10^-95 с до того, как червоточина станет машиной времени, а не за 10^-43 с. К этому времени, в соответствии с нашими расчетами, вакуумный флуктуационный пучок станет достаточно сильным и, может быть, будет в состоянии разрушить червоточину.

 

***

Замечание Хокинга о месте квантово-гравитационного обрезания было убедительным. Возможно, он прав, заключили мы с Кимом после длительных раздумий; и мы смогли внести изменения в нашу статью с учетом его рекомендаций до ее публикации. Однако последняя выделенная курсивом строчка неоднозначна. Даже если Хокинг был прав, было совершенно не ясно, разрушит ли пучок вакуумных флуктуаций червоточину. Чтобы это понять наверняка, требовалось узнать, что происходит в момент образования машины времени, в интервале времени 10^-95 с, когда все определяется силами квантовой гравитации.

Короче говоря, законы квантовой гравитации прячут от нас ответ на вопрос, можно ли успешно превратить червоточины в машины времени.  Чтобы получить ответ, люди вначале должны понять законы квантовой гравитации.

У Хокинга было свое твердое мнение о машинах времени. Он считал, что природа их терпеть не может, и выразил эту «неприязнь» в виде гипотезы о защите хронологии. Гипотеза гласит, что законы физики запрещают существование машин времени. (Хокинг, с присущим ему юморком, характеризовал этот вывод так: «дабы сохранить этот мир для историков!»)

Хокинг подозревал, что рост пучка вакуумных флуктуаций — это способ, которым природа усиливает защиту хронологии: всякий раз, когда кто-то пытается создать машину времени, независимо от того, какой тип устройства используется при этой попытке (червоточина, вращающийся цилиндр,[112]  «космическая струна»,[113]  и т.д.), перед тем как это устройство превратится в машину времени, через это устройство начнет циркулировать пучок вакуумных флуктуаций и разрушит его.  Хокинг готов был держать какое угодно пари по этому поводу.

У меня нет ни малейшего желания бросать ему вызов. Я получаю большое удовольствие от споров с Хокингом, но только от тех споров, в которых у меня большой шанс на победу. Я нутром чувствую, что этот спор проиграю. Наши с Кимом расчеты, а также неопубликованные расчеты, которые недавно сделал Иенна Фланаган (мой студент) говорят о том, что Хокинг, скорее всего, прав. Каждая машина времени, по видимому, самоуничтожается (с помощью циркулирующих вакуумных флуктуаций) в момент ее активации. Однако мы этого до конца не узнаем до тех пор, пока физики не познают законы квантовой гравитации.

 

 

ЭПИЛОГ

 

 

Обзор наследия Эйнштейна, прошлое и будущее теории, основные действующие лица

Почти сто лет прошло с тех пор, как Эйнштейн разрушил концепцию «абсолютного» пространства и времени Ньютона и начал закладывать фундамент своей собственной теории. За истекшее столетие теоретическое наследие Эйнштейна выросло и включает теперь, в частности, понятие об искривленном пространстве-времени и целый ряд экзотических объектов, появившихся целиком и полностью на основе этого понятия: черные дыры, гравитационные волны, сингулярности (закрытые и обнаженные), кротовые норы и машины времени.

В разные эпохи развития науки физики отказывали каждому из этих объектов в праве на существование.

• В этой книге мы узнали, как Эддингтон, Уилер и даже Эйнштейн высказывали скептицизм по поводу черных дыр; Эддингтон и Эйнштейн умерли до того, как была доказана их неправота, а Уилер, в конце концов, стал их приверженцем и защитником.

• В 1940—50-х годах многие физики, ошибочно интерпретировавшие уравнения общей теории относительности, были очень скептично настроены в отношении существования гравитационных волн (рябь кривизны). Но это история для другой книги, а скептицизма уже нет.

• Для многих физиков было (и остается) ужасным шоком открытие, что сингулярности являются неизбежным следствием законов общей теории относительности Эйнштейна. Некоторые физики испытывают комфорт оттого, что верят в гипотезу Пенроуза о «космической цензуре» (согласно которой все сингулярности должны быть закрыты, голые сингулярности запрещены). Независимо от того, существует или нет космическая цензура, большинство физиков привыкли к сингулярностям и, подобно Уилеру, считают, что там действуют непонятные законы квантовой гравитации, которые управляют этими сингулярностями и контролируют их так же, как законы гравитации Ньютона или

Эйнштейна управляют планетами и контролируют их движение по орбитам вокруг Солнца.

• Большинство физиков сегодня считают вопиющим предположение о том, что могут существовать червоточины и машины времени, хотя общие законы относительности Эйнштейна допускают их существование. Скептично настроенных физиков может отчасти успокоить недавно возникшее представление о том, что существование червоточин и машин времени может отвергаться не «мягкими» законами Эйнштейна, а более «суровыми» законами квантовых полей в искривленном пространстве-времени и законами квантовой гравитации. Когда мы лучше поймем эти законы, возможно, из них недвусмысленно будет следовать, что они всегда защищают Вселенную от червоточин и машин времени. Или, возможно по крайней мере, от машин времени.

Что можно ожидать в ближайшие сто лет — за второй век существования теории Эйнштейна?

Похоже, наши представления о пространстве, времени и объектах, существование которых основано на искривлении пространства-времени, претерпят не менее революционные изменения, чем за прошедшее столетие. Предпосылки для этой революции следующие:

• Гравитационно-волновые детекторы позволят нам вскоре наблюдать черные дыры и «услышать» их столкновения. Можно будет записать целые симфонии и получить ценную информацию о том, как ведет себя бешено пульсирующее искривленное пространство-время. Моделирование на суперкомпьютерах позволит воспроизводить эти симфонии с тем, чтобы раскрыть их тайну. Черные дыры станут объектами детального экспериментального исследования. Что мы узнаем в результате этого исследования? Здесь возможны сюрпризы.

• В течение ближайших ста лет — и вероятно, этого не так долго осталось ждать — кто-нибудь откроет законы квантовой гравитации и детально их исследует.

• Владея законами квантовой гравитации, мы сможем точно понять, как появились пространство и время в нашей Вселенной, как они возникли из квантовой пены и сингулярности Большого взрыва. Мы сможем понять смысл часто задаваемого и кажущегося бессмысленным вопроса: «Что было до Большого взрыва?» Мы сможем узнать, действительно ли из квантовой пены рождается много вселенных, как разрушается пространство-время в сингулярном ядре черной дыры и в Большом хрусте, как и где пространство и время вновь воссоздаются (если это действительно происходит). Мы также сможем понять, разрешены или запрещены машины времени законами квантовой гравитации, и всегда ли машины времени саморазрушаются в момент их возникновения?

• Законы квантовой гравитации не являются конечным этапом эволюции физических законов на пути от законов Ньютона к специальной теории относительности, к общей теории относительности, к квантовой теории и, наконец, квантовой гравитации. Законы квантовой гравитации необходимо увязать с другими законами, которые проявляются в основных фундаментальных взаимодействиях природы: электромагнитном, сильном и слабом. Возможно, в ближайшие сто лет мы поймем, как объединить все эти законы — скорее всего, не так долго осталось ждать. Это объединение может радикально изменить наше представление о Вселенной. И что тогда? Никто не может сегодня предсказать, что будет дальше. Тем не менее, это может произойти еще при моей и при вашей жизни.

Заключение (Ноябрь 1993 г.)

 

 

Альберт Эйнштейн провел большую часть из последних 25 лет своей жизни в безуспешных попытках объединить свои законы общей теории относительности с законами электродинамики Максвелла. Он не понял, что для создания единой теории необходимо учитывать законы квантовой механики. Эйнштейн умер в Принстоне, штат Нью-Джерси, в 1955 г. в возрасте семидесяти шести лет.

Субраманьян Чандрасекар  (сейчас ему семьдесят три года) продолжает изучать секреты уравнения поля Эйнштейна. Часто ему помогают в этом молодые коллеги. В последние годы он научил нас многому новому о пульсациях звезд и столкновениях гравитационных волн.

Фриц Цвикки  в последние годы научной деятельности все более превращался из теоретика в астронома-наблюдателя. Он обладал даром предвидения и все время генерировал новые идеи дискуссионного характера, которые, однако, выходят за рамки этой книги. В 1968 г. Цвикки оставил профессорскую должность, которую он занимал в Калифорнийском технологическом институте, и уехал в Швейцарию. Там он

18- 2796 провел последние годы жизни, в течение которых развивал свой собственный метод познания, так называемый «морфологический метод». Цвикки умер в 1974 г.

Лев Давидович Ландау  смог интеллектуально (но не эмоционально) оправиться после того, как год провел в тюрьме (1938— 1939), и продолжал свои занятия наукой и преподавательской деятельностью; был уважаем и почитаем советскими физиками-теоретиками. В 1962 г. он серьезно пострадал в автокатастрофе, и его мозг так полностью и не восстановился. Он стал совершенно другим человеком и не мог уже полноценно заниматься физикой. Ландау умер в 1968 г., но его ближайшие друзья говорили впоследствии: «Для нас Дау умер в 1962 г.»

Яков Борисович Зельдович  на протяжении 1970-х и 1980-х годов оставался наиболее влиятельным астрофизиком в мире. В 1978 г. в результате трагического межличностного конфликта в его группе (без преувеличения, самой мощной группе астрофизиков-теоретиков в мире) произошел разрыв. Попытки Зельдовича создать новую группу сотрудников из молодых ученых оправдались лишь частично. В 1980-х годах он был ведущим астрофизиком и космологом в мире. Зельдович умер от сердечного приступа в Москве в 1987 г., вскоре после своей первой поездки в Америку, ставшей возможной в результате политических изменений, предпринятых Горбачевым.

Игорь Дмитриевич Новиков  стал лидером научно-исследовательской группы Зельдовича—Новикова после разрыва с Зельдовичем. На протяжении 1980-х годов он осуществлял руководство группой с энергией и рвением, которые были свойственны для Зельдовича в прежние времена. Но оставшись без Зельдовича, группа стала просто одной из лучших в мире, а ведь раньше она была впереди всех! С распадом Советского Союза, в 1991 г. (после операции на сердце, которая не прибавила ему оптимизма), Новиков уехал в Данию и начал работать в Копенгагенском университете над созданием нового Теоретического Центра по астрофизике.

Виталий Лазаревич Гинзбург  в возрасте семидесяти семи лет продолжает участвовать в передовых исследованиях в различных областях физики и астрофизики. Во время ссылки Андрея Сахарова в г. Горький (1980—86 гг.) Гинзбург, будучи официальным «начальником» Сахарова в Институте Лебедева в Москве, отказался уволить его и выступал в роли его защитника. При перестройке во времена Горбачева Гинзбург и Сахаров были избраны членами Палаты народных депутатов СССР, где выступали за реформу. Сахаров умер от сердечного приступа в 1989 г.

Дж. Роберт Оппенгеймер  заклейменный правительством США как неблагонадежный во время слушаний в 1954 г., воспринимался большинством физиков как герой. После этого он не занимался больше научными исследованиями, но оставался в курсе основных достижений физики. Молодые физики оттачивали на нем свои идеи. В 1967 г. Оппенгеймер умер от рака.

Джон Уилер  в возрасте семидесяти двух лет продолжает поиск единой теории, которая объединила бы квантовую механику с общей теорией относительности. Его лекции и книги, среди которых следует отметить «Путешествие в мир гравитации, пространства и времени» (1990), вдохновляют молодые поколения на дальнейшие изыскания.

Роджер Пенроуз  подобно Уилеру и многим другим физикам, одержим идеей объединения общей теории относительности и квантовой механики, которое может привести к рождению квантовой гравитации. Он описал свои необычные идеи в популярной книге «Новый разум императора» (1989). Многие физики скептически относятся к его воззрениям, однако Пенроуз столько раз оказывался прав...

Стивен Хокинг  также продолжает работу над созданием законов квантовой гравитации и особенно над вопросом о том, как выглядит происхождение Вселенной в рамках этих законов. Он также написал популярную книгу о своих идеях «Краткая история времени» (1988). Несмотря на болезнь, чувствует он себя неплохо.

 

 

БЛАГОДАРНОСТИ

 

 

Мой долг — выразить признательность друзьям, коллегам, благодаря которым родилась эта книга  

Я начал писать эту книгу благодаря Элейн Хоукс Ватсон, чья безграничная любознательность к вопросам устройства Вселенной вдохновляла меня постоянно,. За те пятнадцать лет, в течение которых я то откладывал книгу, то вновь возвращался к ней, мне оказали неоценимые помощь и поддержку близкие друзья и моя семья: Линда Торн, Кареc Торн, Брет Торн, Элисон Торн, Эстель Грегори, Бонни Шумейкер и, конечно же, моя жена Кароли Уинстайн.

Я обязан многим моим коллегам — физикам, астрономам и астрофизикам, которые согласились дать мне интервью и поведали о своих воспоминаниях, касающихся разных событий и истории некоторых исследований, описанных в этой книге. Их имена приведены в специальном списке в самом начале Библиографии.

Четверо из моих коллег — Владимир Брагинский, Стивен Хокинг, Вернер Израэль и Карл Саган — были настолько добры, что согласились прочесть рукопись и высказали свои к критические замечания. Многие другие читали отдельные главы и уточняли отдельные исторические и научные детали: Владимир Белинский, Роджер Блэндфорд, Карлтон Кейвc, С.Чандрасекар, Рональд Дривер, Виталий Гинзбург, Джесси Гринштейн, Исаак Халатников, Игорь Новиков, Роджер Пенроуз, Деннис Сиама, Роберт Сербер, Роберт Спиро, Алексей Старобинский, Рокус Вогт, Роберт Уолд, Джон Уилер, Яков Борисович Зельдович. Благодаря советам этих коллег книга стала гораздо более точной. Однако не следует думать, что они соглашались со мной во всем. В некоторых случаях наша интерпретация тех или иных событий отличалась. Я придерживался в книге своей собственной точки зрения (часто, но не всегда, с учетом критических замечаний коллег). Ряд этих замечаний, в целях исторической справедливости, приведен в Примечаниях.

Большая часть первой версии книги была в пух и прах раскритикована Линдой Обcт. Я ей также благодарен. Вторую версию книги

постигла та же участь со стороны К.С. Коул, однако потом она терпеливо работала со мной над книгой, страница за страницей, пока мы не получили текст, который нас удовлетворил. Ей я особенно признателен. Я благодарю также Дебру Макей за тщательное прочтение окончательного варианта рукописи; она оказалась еще большей перфекционисткой, чем я.

Книга была значительно улучшена в результате критических замечаний, сделанных после того, как ее прочли нефизики: Людмила (Лили) Бирладину, Дорис Дрюкер, Линда Феферман, Ребекка Льюсвейт, Питер Лиман, Дина Метсгер, Фил Ричман, Барри Торн, Элисон Торн, Кароли Уинстайн. Я всем им очень благодарен. Я признателен также Хэлен Надсен, которая уточнила ряд ссылок и фактов.

Мне посчастливилось увидеть восхитительные рисунки Мэтью Зимета в книге Хейнца Пейджела «Космический код». Я попросил его проиллюстрировать и мою книгу, от чего она значительно выиграла.

Наконец, я хочу поблагодарить Издательскую программу Общественного фонда и, в особенности, Александра Дж.Берна и Антонину В.Буи, а кроме того, Эда Барбера из «W.W.Norton and Company» за их поддержку, терпение, веру в меня как писателя на протяжении всех этих лет, которые понадобились, чтобы закончить эту книгу.

 

 

ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЛИЦА

 

 

Список действующих лиц, чье появление было необходимо для повествования  

Примечание: краткие характеристики ученых и перекрестные ссылки на них, которые здесь собраны, не претендуют на то, чтобы считаться биографическими очерками. (Многие из них внесли большой вклад в областях науки, выходящие за рамки этой книги, и поэтому не получили должного освещения.) Основным критерием при включении в этот раздел была не важность научного вклада, а, скорее, частота появления того или иного лица на страницах этой книги.

Бааде, Вальтер  (1893—1960) — американский оптический астроном, немец по происхождению. Вместе с Цвикки разработал концепцию сверхновых звезд и их связи с нейтронными звездами (глава 5); отождествил галактики, связанные с космическими радиоисточниками (глава 9).

Бардин, Джеймс Максвелл (р. 1939) — американский физик-теоретик. Показал, что многие (возможно, большинство) черных дыр в нашей Вселенной должны обладать быстрым вращением; совместно с Петтерсоном предсказал, что вращение черных дыр должно влиять на окружающие аккреционные диски (глава 9); совместно с Картером и Хокингом открыл четыре закона механики черных дыр (законы эволюции черных дыр) (глава 12).

Бекенштейн, Якоб  (р. 1947). — израильский физик-теоретик, ученик Уилера. Вместе с Хартлом показал, что по внешним проявлениям черной дыры невозможно определить, из каких частиц она состоит (глава 7); предположил, что поверхностная площадь черной дыры является мерилом ее энтропии, и выдержал по этому поводу борьбу с Хокингом, оказавшись, в конце концов, правым (глава 12).

Бор, Нильс Хендрик Давид  (1885—1962) — датский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии. Один из основателей квантовой механики; наставник многих ведущих физиков середины XX века, включая Льва Ландау и Джона Уилера; был на стороне Чандрасекара в его споре с Эддингтоном (глава 4); пытался уберечь Ландау от тюремного заключения (глава 5); совместно с Уилером разработал теорию ядерного деления (глава 6).

Брагинский, Владимир Борисович  (р. 1931) — советский физик-экспериментатор. Обнаружил квантово-механические пределы точности физических измерений, в том числе с помощью гравитационно-волновых детекторов (глава 10); создал концепцию устройств на основе квантово-неразрушающих измерений, что позволяет обойти указанные квантовые пределы (глава 10).

Вебер, Джозеф  (р. 1919) — американский физик-экспериментатор; впервые в мире предложил гравитационно-волновые антенны, участвовал в разработке интерферометрических детекторов гравитационных волн (глава 10); единодушно считается «отцом» гравитационно-волновой астрономии.

Герох, Роберт (р. 1942) — американский физик-теоретик, ученик Уилера. Совместно с другими учеными разрабатывал методы анализа черных дыр (глава 13); показал, что топология пространства может меняться (например, при формировании кротовых нор) только в присутствии машины времени (глава 14); совместно с Уолдом выдвинул предположение о саморазрушении машины времени в момент ее образования (глава 14).

Гинзбург, Виталий Лазаревич (р. 1916) — советский физик-теоретик. Изобрел топливо для советской водородной бомбы, содержащее дейтерид лития (LiD) (глава 6); совместно с Ландау предложил объяснение сверхпроводимости (главы 6 и 9); привел доказательство отсутствия «волос» у черных дыр (глава 7); предложил механизм синхротронного излучения космических радиоволн (глава 9) [в 2003 г. ему была присуждена Нобелевская премия по физике за открытия в области сверхпроводимости. — Прим. пер.].

Гринштейн, Джесси Л. (1909—2002) — американский астроном-оптик, коллега Цвикки (глава 5). Работал вместе с Фредом Уипплом над объяснением космических радиоволн (глава 9); стоял у истоков американской радиоастрономии (глава 9); совместно с Мартином Шмидтом открыл квазары (глава 9).

Джиаккони, Риккардо  (р. 1931) — американский физик-экспериментатор и астрофизик, итальянец по происхождению. Руководитель научной группы, открывшей первую рентгеновскую звезду (1962) с помощью детектора, установленного на ракете (глава 8); руководитель группы, спроектировавшей и построившей рентгеновский спутник «Ухуру», благодаря которому были получены уверенные доказательства того, что источник Лебедь Х-1 — черная дыра (глава 8) [в 2002 г. получил Нобелевскую премию по физике за наблюдения рентгеновских источников излучения. — Прим. пер.].

Зельдович, Яков Борисович (1914—1987) — советский физик-теоретик и астрофизик. Руководил школой советских астрофизиков (глава 7); разработал теорию ядерных цепных реакций (глава 5); участвовал в разработке атомной и водородной бомбы, возглавлял группу по созданию бомбы (глава 6); совместно с Дорошкевичем и Новиковым фактически первым доказал, что «у черной дыры нет волос» (глава 7); предложил несколько астрономических методов поиска черных дыр, один из которых, в конце концов, оказался успешным (глава 8); независимо от Салпетера предположил, <