Свертывание как олимпийский вид спорта
При возникновении новой вселенной не все пространственные измерения, предсказанные теорией струн, подвергаются инфляции. Некоторые из них так и остаются невидимыми, но играют важную роль в определении формы новой вселенной. Теоретики понемногу убеждались, что измерения свернуты не произвольно. Именно тем, как они свернуты, определяются наблюдаемые в конкретной вселенной законы.
На рубеже 1980-х и 1990-х годов, размышляя над загадкой кротовых нор и молодых вселенных, Хокинг предположил, что массы частиц и другие фундаментальные числа могут оказаться разными для разных вселенных. Возможно, думал он, это “квантовые переменные”, числа, фиксируемые случайным образом в тот момент, когда возникает очередная вселенная. Бросаем кости и никоим образом не можем предугадать, как они лягут.
М-теория – это уже не бросок костей. В книге “Высший замысел” Хокинг и Млодинов писали: “Конкретной формой внутреннего пространства определяются и размеры физических констант, например, заряд электрона, и природа взаимодействий между частицами”. Иными словами, фундаментальные законы М-теории допускают действие в разных вселенных разных законов природы, подобно тому как Конституция США допускает законотворчество на местных уровнях в штатах. Какими будут локальные законы данной вселенной, зависит от того, как свернутся дополнительные измерения.
Линде с коллегами рассчитали количество способов, которыми могут свернуться дополнительные измерения: каждый способ – особая вселенная. Огромное число превосходит всякое воображение. Свертывание – массовый олимпийский спорт. “Многообразие” – какое-то слабое название для этого. Жаль, что с нами нет уже Джона Уилера, мастера придумывать термины.
Нисходящий анализ
В начале десятилетия Хокинг и Турок оставили горошинку-инстантон вызревать, а сами занялись другими делами. Турок все более проникался верой в “циклические” модели, согласно которым вселенная после Большого взрыва расширяется, а потом снова сокращается в Большом сжатии и вновь расширяется в Большом взрыве, и так далее снова и снова.
Хокинга больше интересовали модели вечной инфляции. Поскольку такая модель предусматривает, по-видимому, бесконечное количество возможных типов вселенных, кажется трудным, а по мнению некоторых, и невозможным рассчитать, какой тип вселенных окажется наиболее вероятным. Не устрашившись этой сложной математической задачи, Хокинг решил попробовать и по ходу дела собирался применить антропный принцип, хотя кое у кого из коллег он еще вызывал сомнения.
Споры вокруг антропного принципа, обострившиеся, когда Хокинг и Турок предложили теорию горошины-инстантона, так и не затихли. Однако старый друг Хокинга Мартин Рис вместе с Марио Ливио сумел укрепить авторитет этого принципа, опубликовав в 2005 году статью, в которой авторы доказывали, что “антропный принцип не только играет определенную роль во вполне надежных научных построениях, но и может использоваться для предсказания и отбора допустимых космологических сценариев”. Хотя “от таких аргументов у иных специалистов давление зашкаливает… этот принцип можно применять наряду с прочим космологическим инструментарием”. Хокинг собирался использовать этот инструмент с максимальной отдачей.
В феврале 2006 года он вместе с Томасом Хертогом подготовил статью, в которой струнная теория множественных вселенных сочеталась с гипотезой об отсутствии граничных условий. По мнению авторов этой статьи, раннюю вселенную следовало представлять себе как наложение всех возможных вариантов, допускаемых теорией струн, – вообразите, как вы тащите карту из огромной колоды и пытаетесь разом представить себе все варианты выбора. Каждый вариант порождает иное будущее. У вселенной множество – огромное множество – возможных начал и огромное множество вероятных историй. В том же году на лекции в Калифорнийском технологическом Хокинг пошучивал: “Есть и вариант с Луной из сыра, но – к сожалению для мышей – вероятность этого варианта довольно низка”.
Хокинг и Хертог предпочли достаточно простую модель, допускавшую несколько инфляционных историй Земли. Нужно ли для этого “поместить себя в начало” и вычислять вероятность появления этих вселенных? Никоим образом. Нисходящий анализ Хокинга позволял начинать с настоящего, наблюдать нынешнее состояние вселенной, а отсюда продвигаться назад и решать, с какой вероятностью то или иное начальное состояние допускает в дальнейшем возникновение известной нам, населенной в том числе и разумными существами вселенной. Таким образом нынешнее состояние вселенной позволяет “производить отбор” в прошлом.
Хокинг и Хертог изучили наблюдаемые последствия отсутствия граничных условий и придумали способ проверить свою гипотезу. Если такой подход работает, то в космическом микроволновом излучении и в спектрах гравитационных волн будут наблюдаться отклонения от тех величин, которые предсказывала стандартная теория инфляции. В будущем, полагал Хокинг, появятся технологии, улавливающие эти тонкие отличия.
Лекцию 2006 года в Калифорнийском технологическом Хокинг читал, управляя компьютером с помощью щечной мышцы. Лекция под названием “Происхождение вселенной” охватывала некоторые новые идеи, разрабатываемые им совместно с Хертогом. Более подробно принцип нисходящего анализа Хокинг изложил в книге “Высший замысел”.
Тайны вселенной и космические приключения
Весной 2004 года вышел дебютный роман Люси Хокинг “Пресыщение”, и она взялась за вторую книгу, “Случайный марафон”. Она охотно общалась с прессой и не удивлялась – хотя и не слишком радовалась – тому, что вопросы о ее творчестве плавно переходили в расспросы о ее отце.
Жилось Люси нелегко. Брак оказался недолговечным, а вскоре после развода у маленького Уильяма диагностировали аутизм. “У меня просто сердце разрывалось”, – вспоминала Люси. Джейн решительно посоветовала ей не опускать руки, а искать для ребенка наилучшее лечение. И мальчик действительно стал делать успехи. Дедом он очень гордился, но не из-за его достижений в науке, а потому, что “у дедушки есть колеса”. Хокинг отвечал внуку взаимностью: повсюду в его кабинете стояли фотографии Уильяма, одну из них он даже поместил в книге “Мир в ореховой скорлупке”.
Убедившись, что отец интересует журналистов куда больше, чем она сама, Люси приняла мудрое решение: не можешь обыграть их – играй за них. Напишем-ка книгу вместе с папой.
В июне 2006 года Люси сопровождала отца в поездке в Гонконг и Пекин, где прием Хокингу оказали еще более бурный, чем обычно. Полицейские выстроились двумя рядами, сдерживая натиск толпы, и таким образом дали гостям возможность выбраться из аэропорта. Но, как ни старались власти защитить Хокинга от напора любопытствующих граждан, инвалидное кресло чуть не перевернули. Впрочем, сам Хокинг оставался невозмутим и выразил желание сфотографироваться с этими “футбольными болельщиками”, однако на попавших в газеты фотографиях рядом с ним видны только растерянные полицейские. Наконец сумятица улеглась, и Хокинга удалось снять с группой благовоспитанных младшеклассников, которые развернули приветственный баннер выше собственного роста. Двое студентов-физиков из Университета науки и технологии, где Хокинг собирался читать лекции, удостоились чести поднести ему букет. Пол Чу Чин-У, ректор университета, заявил: “Это один из самых великих ученых в истории. Исаак Ньютон изменил мир, а Стивен Хокинг – вселенную!”
Стивен и Люси Хокинг воспользовались вниманием СМИ к этой поездке, чтобы разрекламировать новый замысел: книги в соавторстве. Первой в серии стала книга “Джордж и тайны вселенной”. Помимо космических приключений юного Джорджа и его соседей, ученого Эрика и дочери Эрика Анни, а также суперкомпьютера Космоса, в книге можно найти и другие проблемы, живо интересующие Хокинга. Наглядевшись на смог китайских городов, он заметил, что Земля со временем “превратится в Венеру – 250 градусов жары и серные дожди”.
В серии, посвященной Джорджу, Люси вполне оправдала ожидания публики и журналистов, даже если поначалу они ее раздражали: “Тайны вселенной” и “Сокровища вселенной” – две первые книги серии – не только увлекательны и поучительны, но и знакомят нас с жизнью Хокинга и его близких. В физике Эрике легко угадывается сам Стивен, силой воображения избавленный от недуга. Страсть к науке и упорное желание делиться этой любовью, неутолимое любопытство, неистовая приверженность своей работе, любовь к детям – все это Стивен. Мне довелось выяснить, что дивная и грозная старуха, бабушка Джорджа с ее избирательной глухотой, – узнаваемый портрет матери Стивена Изобел. Когда Джордж, попав на конференцию высочайшего научного уровня, отваживается поднять руку и задать вопрос, вспоминается эпизод из жизни Хокингов: Роберт, старший брат Люси, в восемь лет сопровождал отца на конференцию по научной физике. Он сидел в первом ряду, внимательно слушал, кивал, а потом поднял руку и задал вполне осмысленный вопрос. И то, как вдумчиво и серьезно физики в этой книге отвечают мальчику, – дань уважения и добрый совет Хокинга коллегам. Что же до научного содержания книги, это чистой воды Хокинг – черные дыры, излучение Хокинга, информационный парадокс, поиск других планет для колонизации.
Интервьюерам Люси объясняла, что у нее имелось множество причин взяться за эту серию. Ее сыну исполнилось десять лет, подрастал и племянник, сын Роберта и Катрины, Джордж – ему и Уильяму посвящены “Тайны вселенной”. В сотрудничестве с отцом Люси старалась создать книгу, которая хоть отчасти раскрыла бы внукам суть проделанной их великим дедом работы. Она также замечала, что на дне рождения Уильяма и родители, и дети собираются вокруг Хокинга, задают ему вопросы и с восторгом слушают ответы, а он не жалеет времени и сил на то, чтобы объяснить самые сложные научные понятия, и при этом умело сочетает информативные и насыщенные мыслью рассуждения с шутками, веселящими всю компанию. Хокинг говорил, что дети воспринимают все с живым интересом, мир для них полон чудес. Нет невозможного. Он сам был таким в детстве и остался таким в зрелом возрасте. С помощью Люси он хотел развивать любознательность нового поколения юных читателей.
Сотрудничество с отцом помогло Люси понять, как он работает – в том числе и в своих заоблачных научных сферах, – и, по словам Люси, это преобразило их отношения. Она не могла бы сказать, что отец сильно изменился – немного смягчился, возможно, – но прежде она не знала этой его стороны. “Он способен удерживать в голове невероятное количество информации, при этом отбирать лишь самое важное и краткими репликами полностью перевернуть твои представления и образ мыслей”. Быстрота и ясность мышления отца, его умение подогнать разные кусочки мозаики друг к другу и соединить их поразили даже Люси.
В ноябре 2006 года в интервью Би-би-си Хокинг в очередной раз подчеркнул, что будущее рода человеческого зависит от того, сумеем ли мы колонизовать другие планеты – не в Солнечной системе, а где-то возле иной звезды. Он и сам мечтал побывать в космосе. Месяцем ранее в другом интервью Хокинг признавался, что в ближайших его планах – полет в космос. “Может быть, Ричард Брэнсон мне с этим поможет”, – и Брэнсон, конечно же, не замедлил откликнуться. На 2010 год для Хокинга зарезервировали место на борту суборбитального корабля “Вёрджин Галактик” вместе с Пэрис Хилтон и Уильямом Шатнером. Доставить пассажиров на другую планету Брэнсон не брался, но Хокинг был уверен, что в будущем возможно и такое, и отправил в иные миры персонажей написанных вместе с Люси книг.
В том же 2006 году двадцать пять тысяч человек ответили в блоге на вопрос Хокинга: “Как человечеству продержаться следующие сто лет в условиях политического, социального и экологического хаоса?” Недаром он надеялся повлиять на общественность! В следующем посте блога Хокинг заговорил о генной инженерии, теперь уже не как о нежеланном, но неизбежном развитии событий, но как об утопической мечте сделать людей “мудрыми и не столь агрессивными”.
В той поездке в Китай Хокинг вновь принялся шутить насчет того, как папа Иоанн Павел II хотел запретить ученым исследовать начала вселенной: он, мол, хотел бы скрыть от святейшего отца тему своей лекции, а то “отдадут в руки инквизиции, как Галилея”. Ватикан к подобным высказываниям относился довольно легко, но руководители католиков-мирян уже были сыты по горло и неверной цитатой из речи папы, и подобными комментариями. Президент Католической лиги Билл Донахью резко одернул Хокинга: “Довольно искажать слова папы. Есть же принципиальная разница между утверждением, что некоторые вопросы науке неподвластны, – именно так говорил папа, – и авторитарным запретом, требованием, чтобы ученые в это не лезли”. Как мы видели, слова папы достаточно верно отражали состояние науки на тот момент, когда он их произнес, и судьбой Галилея он никому при этом не угрожал. Вот точная цитата: “Любая научная гипотеза о происхождении мира… оставляет без ответа вопрос о возникновении вселенной. Сама по себе наука решить этот вопрос бессильна: для этого нужно, чтобы человеческое знание вышло за пределы физики и астрофизики в область, которую мы именуем метафизикой, и прежде всего нужно то знание, которое черпается из Божьего откровения”.
Хокинг прислушался к протесту президента Католической лиги. Более он не упоминал ни об этом споре, ни о судьбе Галилея, когда в качестве члена Папской академии наведывался в Ватикан. Со своей стороны папа Иоанн Павел II в 1992 году признал, что Католическая церковь несправедливо осудила Галилея, – такого признания Хокинг требовал еще в 1973 году, в первый раз приехав в Рим. Настала пора зарыть топор войны.
Невесомость
В апреле 2007 года Хокинг отважился на приключение, которое, как он надеялся, должно было стать первым этапом на пути к настоящему путешествию в космос, – на полет, в котором пассажиры подвергаются воздействию нулевой гравитации. Никто не знал, как отреагирует на перепад давления хрупкий организм, – но нет проблем! Хокинг прошел восемь циклов невесомости, всего четыре минуты, и чувствовал себя прекрасно вопреки опасениям – чужим опасениям, сам он нисколько не боялся. “Еще и еще!” – приговаривал он. Четыре врача и две медсестры, контролировавшие давление, пульс и кислород в крови во время этого эксперимента, признали, что он и в самом деле может еще.
Такие полеты осуществляет компания Zero Gravity. Делается это так: самолет летает по параболической орбите (словно гигантское обзорное колесо), и когда он направляется вверх, пассажиров придавливает двойная по сравнению с обычной земной гравитация, но с вершины параболы начинается падение – оно длится 25 секунд, – и все повторяется вновь и вновь. Хокинг прошел восемь таких циклов.
У Хокинга имелась дополнительная причина для участия в этом эксперименте и для выхода в космос: он стремился как можно шире распространить свое убеждение в том, что колонизация планет – наша единственная надежда на будущее.
“В следующие сто лет едва ли удастся избежать катастрофы на планете Земля, тем более нам не продержаться тысячу лет или миллион. Нельзя возлагать все надежды человечества на одну-единственную планету. Только если мы эвакуируем отсюда часть населения, мы обеспечим свое будущее как вида”.
В будущем, полагал Хокинг, космический туризм сделается массовым. “Нужно развивать предпринимательство в этой области, чтобы цены снижались, как упали они на самолетные билеты и на компьютеры”.
Но была еще и третья причина отправиться в полет: подать пример другим инвалидам, чтобы и они не боялись экспериментировать, пробовать новое. Он смог – смогут и другие. И если не все сумеют проникнуть в начала вселенной, как Хокинг, то уж невесомость каждому по плечу. Единственное препятствие – дороговизна такого приключения.
Физик-путешественник
Даже по меркам Хокинга расписание 2008 года оказалось перегружено путешествиями, а его неутомимая помощница Джудит Кросделл выбивалась из сил. В ее обязанности входило собирать информацию к предстоящей поездке, планировать вместе с принимающей стороной мероприятия и организовывать все на месте. Нанимая Джудит на эту должность, ее предупредили: “Личные секретари в поездках не участвуют”. Другие не участвуют, но без Джудит в этих разъездах никак было не обойтись.
В январе – Чили: научный слет в Вальдивии на шестидесятилетний юбилей величайшего физика страны, харизматичного Клаудио Бунстера. Именно Бунстер десятью годами ранее пригласил Хокинга в Чили и снарядил экспедицию в Антарктиду. Из Чили – наплевать, что так трудно тащить Хокинга в инвалидном кресле на край света, на остров, который весь состоит из холмов и гор и где о “доступности для инвалидов” как-то еще не задумывались, – вся компания снарядилась на остров Пасхи. Джудит Кросделл, много лет прожившая на тихоокеанских островах, где занималась исследованиями в области туземной истории, была счастлива.
В мае – Южная Африка. Хокинга ждали в Кейптауне, в Африканском институте математических наук (AIMS) – это учебное заведение для тех, кто уже получил высшее образование, привлекало лучших студентов Африки и способствовало развитию математики и точных наук на всем Черном континенте. Поездку организовал друг и коллега Хокинга Нил Турок, основатель AIMS. В этой поездке Хокинг познакомился с Нельсоном Манделой и присутствовал на церемонии объявления очередной инициативы AIMS – “Новый Эйнштейн”. Суть программы, как сказал Хокинг в своем выступлении, – вырастить “африканского Эйнштейна”.
В сентябре Университет Сантьяго-де-Компостела пригласил Хокинга в прославленный город удивительной красоты, куда со всего мира стремятся паломники. Ученому вручили премию Фонсека, присуждаемую за популяризацию науки. По словам Джудит Кросделл, “то была трудная поездка, к ней проявляли повышенный интерес, пресс-конференция чудовищно затянулась, задавали слишком много вопросов – более сорока, но хоть позволили выбирать, и Стивен ответил на четырнадцать из них, что тоже немало”. Люси ездила вместе с отцом, заодно рекламируя испанское издание “Тайн вселенной”.
При таких разъездах немудрено было проникнуться верой и в путешествия по кротовым норам. На сей раз в лекции в Калифорнийском технологическом Хокинг уже не столь пессимистически высказывался по поводу этого способа сообщения. Он указал еще на одну возможность: черные дыры в дополнительных измерениях пространства-времени. Свет через эти измерения не проходит – только через привычные нам четыре, – но гравитация действует и там, причем гораздо сильнее, и, значит, маленькая черная дыра скорее может образоваться в дополнительных измерениях.
В этой лекции, разбирая устройство черных дыр в целом, Хокинг предложил новый подход к излучению Хокинга. От версии с парами частиц он не отступал, но увидел “альтернативную интерпретацию”. Если черная дыра совсем крошечная, то можно с достаточной точностью определить, где в ней находятся частицы, а принцип неопределенности настаивает: чем точнее известно положение частицы, тем менее точно известна ее скорость. Значит, чем меньше черная дыра, тем труднее установить скорость частицы, она может даже превысить скорость света и вырваться из черной дыры. При таком сценарии излучение Хокинга из черной дыры все-таки выходит.
Можно ли провалиться в черную дыру и попасть в другую вселенную? Хокинг допускал такую возможность и не отказывался от надежд на кротовые норы. Однако назад уже не вернешься, а потому даже он – один из самых отважных и неутомимых путешественников – предпочел бы не лезть в эти тайные ходы космоса.