Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Американским ученым Райнеру Вайсс, Кипу Торну и Барри Баришу присудили Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. Вспоминаем нашу встречу с Кипом Торном, одним из основателей международного проекта по детектированию гравитационных волн LIGO, а также научным консультантом оскароносного фильма «Интерстеллар». О том, что могут рассказать гравитационные волны и каким будет новый фильм физика – в материале «Футуриста»

Наедине с Кипом Торном

Два черных пятна вращаются в странном танце. Вокруг них все переливается и рябит. Эта картинка выглядит примитивной на экране в одной из аудиторий МГУ. Но человек, который стоит на кафедре, своим рассказом возводит эти черные пиксели в масштабы Вселенной. Этим ученым был не Альберт Эйнштейн.

Кип Торн – один из основателей международного проекта поиска гравитационных волн LIGO. Многие знают его как автора идеи фильма «Интерстеллар» (2014). Два года, прошедшие с момента выхода ленты в прокат, стали для ученого триумфальными. Ведь именно LIGO выпала честь подтвердить правоту Альберта Эйнштейна.

Ему 76 лет. В «РР» писали, что он похож на хиппи, и ученый этого не отрицал . Он искренне радуется футболке, которую передают на сцену по рядам студенты МГУ.

«Там наверняка написано » Стивен Хокинг!", – шутит ученый.

После лекции Кип Торн рассказывает журналистам, что собирается снимать новый фильм вместе со Стивеном Хокингом. Вместе с Линдой Обст, научным журналистом и кинокритиком из New York Times, они подготовили научную часть сценария. Осталось договориться о художественной части фильма со сценаристом.

"Для киностудий очень важно число проданных билетов. Для меня очень важно вдохновлять людей заниматься наукой. Я надеюсь, что второй фильм, как и «Интерстеллар», приблизит науку к обществу", – говорит Торн.

У фильма уже есть киностудия и режиссер, которые известны широкой общественности, но их имена Кип Торн не разглашает.

"Из подробностей могу сказать только то, что этот фильм не будет сиквелом к «Интерстеллару», и что его будет снимать не Кристофер Нолан"

Со Стивеном Хокингом у Торна сложные отношения. Они давние друзья и коллеги, что в ранние годы не мешало им ожесточенно спорить. Однажды физики поспорили по поводу природы объекта Лебедь Х-1 и его излучения. Хокинг утверждал, что это черная дыра, а Кип Торн говорил, что нет. В итоге Хокинг признал свое поражение и вручил Торну подписку на мужской журнал Penthouse. Но если абстрагироваться от научных вопросов, позиции Хокинга и Торна схожи.

"Я согласен со Стивеном, что люди эту планету в ближайшее тысячелетие и колонизировать другие миры. Наша способность противостоять катастрофам, таким как удары астероидов, очень слаба. Мне очень нравятся идеи Илона Маска: я считаю, что мы должны освоить Солнечную систему, и, возможно, даже проникнуть в межзвездное пространство."

Возможно, именно смелость и широта взглядов позволили Кипу Торну и его коллегам услышать то, чего не слышал никто – гравитационно-волновое эхо столкнувшихся черных дыр.

Гравитационно-волновое эхо

1,3 миллиарда лет назад в отдаленном уголке Вселенной встретились два необычных объекта. Они настолько массивны, что притягивают к себе даже свет, поэтому их и называют черными дырами. Вращаясь друг вокруг друга в тесном танце, черные дыры сближались и ускорялись, постепенно теряя свою энергию. Их взаимное притяжение было столь сильным, что пространство-время вокруг них искажалось, порождая гравитационные волны, которые разбегались в разные стороны со скоростью света. В какой-то момент объекты подошли друг к другу так близко, что не смогли больше держать дистанцию и слились воедино. Этот космический "поцелуй" породил взрыв колоссальной мощности. Выделившаяся энергия всколыхнула пространство-время, и сильнейшая волна разнесла по всей Вселенной весть о рождении новой черной дыры.

Эйнштейн предсказывал существование гравитационных волн в 1916 году, основываясь на общей теории относительности. Он утверждал, что движение массивных тел с переменным ускорением создает рябь пространства, которая движется во времени со скоростью света. Однако это возмущение трудно зафиксировать, так как по мере удаления от источника оно ослабевает. Эйнштейн не верил, что ученые способны поймать сигнал гравитационных волн.

Почти столетие спустя, 14 сентября 2015 года, эхо грандиозного взрыва достигло Земли. Его зафиксировали два гравитационно-волновых детектора коллаборации LIGO в Хэнфорде и Ливингстоне. Это рядовое в космических масштабах событие, названное GW150914, стало поворотным для науки. Около пяти месяцев ушло у ученых на подтверждение открытия. 11 февраля 2016 года по всему миру заголовки газет всего мира кричали: "Эйнштейн был прав!"

"Они меня убедили"

Владимир Брагинский и Кип Торн

Охота на гравитационные волны началась полвека назад. Ученые всего мира понимали, что черные дыры и нейтронные звезды сильно искажают пространство-время: нужно было лишь придумать, как это сделать. В 1960-х физик из Мэрилендского университета Джозеф Вебер собрал первый детектор гравитационных волн: это была механическая гравитационная антенна. Он был уверен, что новые технологии помогут зафиксировать слабый сигнал.

"В 1963 году я встретил Джозефа Вебера. Мы понравились друг другу. Я слушал его лекции и меня впечатлила тема гравитационных волн. В 1966 году я начал исследовать гравитацию, защитил диссертацию и пришел в Калифорнийский технологический институт в качестве молодого профессора. Я решил создать исследовательскую группу из ученых-теоретиков, которая занималась бы исследованием черных дыр, нейтронных звезд и гравитационных волн", – рассказывает Кип Торн о первых годах своей научной карьеры.

На экране – фотография молодого ученого. В этом длинноволосом безбородом юноше трудно узнать Кипа Торна. Таким он впервые приехал в Москву в 1968 году, чтобы пообщаться с Владимиром Брагинским, который в то время занимался исследованием гравитационных волн в МГУ. Брагинский опроверг заявление Джозефа Вебера об открытии гравитационных волн в 1969 году: заявленная Вебером амплитуда колебаний оказалась в миллион раз больше ожидаемого значения. Однако усилия Вебера запустили охоту за волнами по всему миру.

Поначалу Кип Торн не был убежден, что гравитационные волны возможно зафиксировать. В своей первой книге "Гравитация" он показывал, насколько слабы эти колебания пространства: длина гравитационной волны в 10 тыс. раз меньше, чем диаметр атомного ядра (10 -17 см и 10 -13 см соответственно). Однако разговоры с Брагинским и исследования американского ученого Райнера Вайса, который в 1972 году предложил искать гравитационные волны с помощью лазерного интерферометра, вдохновили Кипа.

"Они меня все-таки убедили", – вспоминает ученый.

В 1976 году ученый решил запустить эксперимент по поиску гравитационных волн в Калифорнийском технологическом институте. Брагинский отказался переезжать в США и стал научным консультантом группы. Уже в 1983 году был построен 40-метровый прототип будущего интерферометра. В это же время ученые из Массачусетского технологического института задумались о создании километровых интерферометров. И в 1984 году исследователи из двух институтов, Торн, Вайс и Рональд Древер, объединились и решили создать LIGO.

Гравитационно-волновая обсерватория состоит из двух детекторов, удаленных друг от друга на 3002 км (в Луизиане и Хэнфорде). Каждый детектор представляет собой Г-образную конструкцию из двух тоннелей. Луч лазера расщепляется на два перпендикулярных луча, которые попадают в свой тоннель и многократно отражается от установленных там зеркал. При сложении этих лучей образуется картина из множества полос. Гравитационная волна вызывает колебания цилиндров, к которым прикреплены зеркала. Это изменяет рисунок полос. Современные компьютеры позволяют обнаружить эти микроскопические смещения.

Работу решили проводить в два этапа: сначала создать примитивные установки, а потом установить в обсерватории усовершенствованные интерферометры. Около двух лет ученым пришлось бороться за финансирование экспериментов. В конце концов, им удалось убедить Национальный научный фонд США, и в 1994 году началось строительство обсерватории. В создании LIGO участвовало 80 институтов из 16 стран мира.

В 2002 году LIGO начала поиск гравитационных волн с помощью первых установок, однако эти эксперименты не приносили результата. К 2015 году в лаборатории установили новые интерферометры. Их чувствительность в 10 раз превышала чувствительность первой версии LIGO, и ученые гарантировали, что они точно не подведут. Уже через несколько месяцев их ожидания подтвердились: детекторы "услышали" слабое эхо слияния черных дыр.

Кип Торн вспоминает о своем коллеге Брагинском с особым чувством: его группа из МГУ активно участвовала в усовершенствовании интерферометров, и без его научных изысканий грандиозное открытие, возможно, не состоялось бы. Ученый ушел из жизни через месяц после того, как об открытии гравитационных волн объявили официально.

"Он предвидел проблемы, о которых мало кто задумывался. Более полувека лет назад, в 1968 году, он осознавал, что гравитационные волны будут открыты: возможно, не этим методом, а каким-либо еще. Он понимал, что нам придется столкнуться с поведением 40-килограммовых зеркал на квантовом уровне и предложил решение этой проблемы. Группа из МГУ под руководством Брагинского и ученые из Caltech вместе создали революционную технологию", – вспоминает Торн.

Что ждет LIGO

Столкновение нейтронных звезд в воображении художника

Одним лишь подтверждением правоты Эйнштейна LIGO не ограничится. Ученые планируют увеличивать чувствительность интерферометров трижды. Кип Торн утверждает, что к 2019 – 2020 году LIGO будет фиксировать гравитационные волны по два-три раза в месяц. Дальнейший апгрейд LIGO позволит улавливать искривления пространства, порождаемые пульсарами, сверхновыми, а также столкновениями нейтронных звезд и черных дыр. Это произойдет к 2030 году. Еще одно усовершенствование LIGO позволит охватить всю наблюдаемую Вселенную.

"Мы не знаем, что еще сможет уловить LIGO в будущем. Это будет для ученых сюрпризом", – предполагает Кип Торн.

Гравитационные волны позволят исследовать черные дыры. Эти сверхмассивные объекты состоят из искривленного пространства-времени. Гравитационно-волновая астрономия позволит составить карту черной дыры.

Огромную роль в исследовании гравитации будет играть космическая обсерватория Европейского космического агентства LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Её запуск запланирован на 2030 год. LISA позволит исследовать черные дыры с массой в миллионы солнц. Данные, полученные LIGO и LISA позволят ученым увидеть столкновение черных дыр, визуализировав это событие на компьютере. Кип Торн продемонстрировал одну из таких моделей слушателям, подробно описывая, что происходило в каждую секунду столкновения.

Кроме того, гравитационные волны позволят узнать, что происходило в первые доли секунды после рождения Вселенной – так называемую Планковскую эпоху (10 -43 с). Предполагается, что сингулярность, существовавшая в момент Большого взрыва, создала пространство-время нашей Вселенной. Эхо сотворения мира до сих пор звучит – оно существует в виде реликтового излучения и, возможно, гравитационных волн.

"В новорожденной Вселенной было много насилия", – шутит Кип Торн.

Также гравитационные волны помогут проследить рождение четырех фундаментальных взаимодействий: электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого. С их помощью ученые даже смогут проверить теорию струн и, возможно, догадаться о том, чем является Вселенная в мире множества измерений.

"У нашей Вселенной три измерения (назовем их «восток – запад», «север – юг» и «верх – низ»), и мы представляем ее себе как трехмерную мембрану (брану), которая прогибается в многомерный балк", – так объясняет этот вопрос Кип Торн в книге "Интерстеллар: наука за кадром".

После лекции ученый выглядит уставшим. Рассказывать много лет об одном и том же тяжело. Но для студентов он кто-то вроде рок-звезды: аудитория напоминает переполненный концертный зал. Организаторы пытаются организовать толпу, которая заполонила проходы между рядами, с помощью рупора, а звукорежиссеры ищут колонки, чтобы вывести синхронный перевод в коридор, в котором остались те, кто не поместился в зал. Пожилого ученого ждут в коридоре с книжками, дисками с "Интерстелларом", фотографиями и наспех вырванными страницами из тетрадей.

ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ

и складки времени

Дерзкое наследие Эйнштейна

Перевод с английского под редакцией чл.-корр. РАН В. Б. Брагинского

ББК 22.632 Т 59

КИП С. ТОРН. Черные дыры и складки времени: Дерзкое наследие Эйнштейна. Перевод с англ, под ред. чл.-корр. РАН В.Б. Брагинского. - М.: Издательство физико-математической литературы, 2007. - 616 с. - ISBN 9875-94052-144-4.

Предлагаемая монография является популярным изложением новейших достижений в области астрофизики и гравитации, которые тесно связаны с фундаментальными предсказаниями А. Эйнштейна. Читатель найдет в книге много интересного о вкладе ученых разных стран в эту область науки, а также в близких к ней областях.

Эта книга переведена с английского на французский, немецкий, японский, китайский, польский, греческий языки. Несколько глав ее были ранее переведены на русский и опубликованы в журнале «Природа».

Книга рассчитана на широкий круг читателей, включая школьников старших классов.

ISBN 9875-94052-144-4

© Перевод на русский язык, Издательство физико-математической литературы, 2007

Einstein’s Outrageous Legacy

THE FEYNMAN PROFESSOR OF THEORETICAL PHYSICS CALIFORNIA INSTITUTE OF TECHNOLOGY

THE COMMONWEALTH FUND BOOK PROGRAM under the editorship of Lewis Thomas, M.D.

W e W NORTON & COMPANY

Copyright (© 1994 by Kip S. Thorne All rights reserved

Printed in the United States of America

The text of this book is composed in Walbaum, with the display set in Walbaum display.

Composition and manufacturing by the Haddon Craftsmen, Inc.

Book design by Jacques Chazaud.

Illustrations by Matthew Zimet.

Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Thome, Kip S.

From black holes to time warps: Einstein’s outrageous legacy / Kip S. Thorne.

Includes bibliographical references.

1. Physics-Philosophy. 2. Relativity (Physics) 3. Astrophysics. 4. Black holes (Astronomy)

530. l"l-dc20 93-2014

ISBN 0-393-31276-3

W. W. Norton & Company, Inc., 500 Fifth Avenue, New York, N.Y. 10110 W. W. Norton & Company Ltd., 10 Coptic Street, London WClA 1PU

От редактора перевода

Вниманию читателей предлагается книга «Черные дыры и складки времени: дерзкое наследие Эйнштейна» (Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. - New York City: W.W. Norton Publishers, 1994), написанная профессором Калифорнийского технологического института К.С.Торном, выдающимся американским физиком-теоретиком. Ему принадлежат фундаментальные исследования в области релятивистской астрофизики и гравитации, квантовых измерений и теории гравитационных антенн. Он член Национальной академии наук США, иностранный член Российской Академии наук, а также ряда других академий, почетный доктор Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова. Основная цель книги Торна заключается в том, чтобы в популярной форме рассказать о появлении и развитии новых идей в той области физики, которую обычно называют релятивистской гравитацией.

При написании книги оказалось, что во многих случаях эта задача может быть решена лишь в виде параллельного рассказа о том, что сделали в этой области ученые США и нашей страны. Поэтому Торн включил в нее много комментариев и живых деталей, касающихся драматической истории XX века, на фоне которой разворачивалась драма физических идей. В частности, многие ученые, оказавшие влияние на развитие гравитационной физики, являлись активными участниками американского и советского атомных и термоядерных проектов. Значительная часть этих исторических отступлений почерпнута Торном из личных контактов и специально проведенных при подготовке книги интервью со многими выдающимися физиками. Видимо, другим названием книги могло бы быть «История открытий и история их авторов».

Мне кажется, что предлагаемая книга должна заинтересовать читателей, если, конечно, они, как и автор этих строк, считают, что популяризация научных достижений и идей - один из важнейших для человечества методов борьбы с разными видами обскурантизма и астроложества.

В. Б. Брагинский, Член-корреспондент РАН Москва

Абсолютное пространство и время Ньютона и эфир (54). Относительные пространство и время Эйнштейна и абсолютная скорость света (65)

ГЛАВА 2. Искривление пространства и времени

глава, в которой Герман Минковский объединяет пространство и время, а Эйнштейн их искривляет..................... 83

Абсолютное пространство-время Минковского (83). Закон тяготения Ньютона и попытка Эйнштейна связать его с теорией относительности (89). Приливные силы и кривизна пространства-времени (100)

ГЛАВА 3. Черные дыры открыты и отвергнуты

глава, в которой законы искривленного пространства Эйнштейна предсказывают черные дыры, а сам Эйнштейн их отвергает...... 117

ГЛАВА 4. Загадка белых карликов

глава, в которой Эддингтон и Чандрасекар ведут баталии вокруг

смерти массивных звезд должны ли они, погибая, схлопнуться,

образуя черные дыры, или их спасет квантовая механика?....... 136

Квантовая механика и строение белых карликов (137). Предельная масса (145). Схватка (154)

ГЛАВА 5. Схлопывание неизбежно

глава, в которой даже ядерные силы, казалось бы самые мощные

из всех видов сил, не могут противостоять мощи гравитации.... 160

Цвикки (160). Ландау (175). Оппенгеймер (183). Уилер (194)

ГЛАВА 6. Схлопывается во что?

глава, в которой весь арсенал теоретической физики не помогает уйти от вывода - схлопывание порождает черные дыры......

Рождение черных дыр: первый взгляд (208). Ядерная интерлюдия (217). Рождение черных дыр: все более глубокое понимание (233)

ГЛАВА 7. Золотой век

глава, в которой выясняется, что черные дыры вращаются и пульсируют, запасают и высвобождают энергию, но не имеют волос.......................................... 256

Наставники: Уилер, Зельдович, Сиама (259). У черных дыр нет «волос» (271). Черные дыры вращаются и пульсируют (284)

ГЛАВА 8. Поиск

глава, в которой продолжен, воплощен и (возможно) привел к успеху метод поиска на небе черных дыр................. 298

Метод (298). Поиск (307)

ГЛАВА 9. Наитие

глава, в которой астрономы оказываются вынужденными

признать, что в ядрах галактик могут находиться

непредсказанные черные дыры, в миллионы раз массивнее

Солнца......................................... 321

Радиогалактики (321). Квазары (334). Гигантские черные дыры (345)

ГЛАВА 10. Рябь кривизны

глава, в которой гравитационные волны несут к Земле закодированные симфонии столкновений черных дыр, а физики изобретают инструменты, чтобы следить за этими волнами и расшифровывать эти симфонии....................... 357

] Научно-популярное издание. Перевод с английского под редакцией В.Б. Брагинского.
(Москва: Издательство физико-математической литературы, 2007)
Скан, обработка, формат: sergiokapone, 2012

• КРАТКОЕ ОГЛАВЛЕНИЕ:
  Предисловие (9).
  Введение. О чем эта книга, и как ее читать (11).
  Пролог: Путешествие среди черных дыр здесь читатель в научно-фантастической сказке впервые встречается с черными дырами и с их странными свойствами (насколько мы их понимаем в 1990 г.) (15).
  Глава 1. Реальность пространства и времени глава, в которой Эйнштейн разрушает абсолютное пространство и время Ньютона (53).
  Глава 2. Искривление пространства и времени глава, в которой Герман Минковский объединяет пространство и время, а Эйнштейн их искривляет (83).
  Глава 3. Черные дыры открыты и отвергнуты глава, в которой законы искривленного пространства Эйнштейна предсказывают черные дыры, а сам Эйнштейн их отвергает (117).
  Глава 4. Загадка белых карликов глава, в которой Эддингтон и Чандрасекар ведут баталии вокруг смерти массивных звезд; должны ли они, погибая, схлопнуться, образуя черные дыры, или их спасет квантовая механика? (136).
  Глава 5. Схлопывание неизбежно глава, в которой даже ядерные силы, казалось бы самые мощные из всех видов сил, не могут противостоять мощи гравитации (160).
  Глава 6. Схлопывается во что? глава, в которой весь арсенал теоретической физики не помогает уйти от вывода - схлопывание порождает черные дыры (206).
  Глава 7. Золотой век глава, в которой выясняется, что черные дыры вращаются и пульсируют, запасают и высвобождают энергию, но не имеют волос (256).
  Глава 8. Поиск глава, в которой продолжен, воплощен и (возможно) привел к успеху метод поиска на небе черных дыр (298).
  Глава 9. Наитие глава, в которой астрономы оказываются вынужденными признать, что в ядрах галактик могут находиться непредсказанные черные дыры, в миллионы раз массивнее Солнца (321).
  Глава 10. Рябь кривизны глава, в которой гравитационные волны несут к Земле закодированные симфонии столкновений черных дыр, а физики изобретают инструменты, чтобы следить за этими волнами и расшифровывать эти симфонии (357).
  Глава 11. Что такое реальность? глава, в которой пространство-время искривлено по воскресеньям и плоское по понедельникам", горизонты по воскресеньям сделаны из вакуума и по понедельникам из зарядов, но воскресные эксперименты согласуются с понедельничными во всех деталях (400).
  Глава 12. Испарение черных дыр глава, в которой горизонт черной дыры, окутанный атмосферой излучения и горячих частиц, медленно испаряется, а черная дыра сжимается и затем взрывается (415).
  Глава 13. Внутри черных дыр глава, в которой физики борются с уравнением Эйнштейна и пытаются понять, что скрыто внутри черных дыр: путь в другую Вселенную! Сингулярность с бесконечными приливными гравитационными силами! Конец пространства и времени и рождение квантовой пены! (452).
  Глава 14. Червоточины и машины времени глава, в которой автор пытается проникнуть в суть физических законов и задается вопросом: могут ли высокоразвитые цивилизации построить в гиперпространстве тоннели для быстрого межзвездного сообщения и машины для путешествий во времени! (488).
  Эпилог. Обзор наследия Эйнштейна, прошлое и будущее теории, основные действующие лица (527).
  Благодарности. Мой долг - выразить признательность друзьям, коллегам, благодаря которым родилась эта книга (532).
  Действующие лица. Список действующих лиц, чье появление было необходимо для повествования (534).
  Хронология. Хронология событий, озарений, открытий (541).
  Глоссарий. Определения экзотических терминов (551).
  Примечания. Что придает мне уверенности в том, что я говорю! (572).
  Библиография. Записанные интервью, ссылки (599).

Аннотация издательства: Предлагаемая монография является популярным изложением новейших достижений в области астрофизики и гравитации, которые тесно связаны с фундаментальными предсказаниями А. Эйнштейна. Читатель найдет в книге много интересного о вкладе ученых разных стран в эту область науки, а также в близких к ней областях.
Эта книга переведена с английского на французский, немецкий, японский, китайский, польский, греческий языки. Несколько глав ее были ранее переведены на русский и опубликованы в журнале «Природа».
Книга рассчитана на широкий круг читателей, включая школьников старших классов.

Вниманию читателей предлагается книга «Черные дыры и складки времени: дерзкое наследие Эйнштейна» (Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. - New York City: W.W. Norton Publishers, 1994), написанная профессором Калифорнийского технологического института К.С.Торном, выдающимся американским физиком-теоретиком. Ему принадлежат фундаментальные исследования в области релятивистской астрофизики и гравитации, квантовых измерений и теории гравитационных антенн. Он член Национальной академии наук США, иностранный член Российской Академии наук, а также ряда других академий, почетный доктор Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Основная цель книги Торна заключается в том, чтобы в популярной форме рассказать о появлении и развитии новых идей в той области физики, которую обычно называют релятивистской гравитацией.

При написании книги оказалось, что во многих случаях эта задача может быть решена лишь в виде параллельного рассказа о том, что сделали в этой области ученые США и нашей страны. Поэтому Торн включил в нее много комментариев и живых деталей, касающихся драматической истории XX века, на фоне которой разворачивалась драма физических идей. В частности, многие ученые, оказавшие влияние на развитие гравитационной физики, являлись активными участниками американского и советского атомных и термоядерных проектов. Значительная часть этих исторических отступлений почерпнута Торном из личных контактов и специально проведенных при подготовке книги интервью со многими выдающимися физиками. Видимо, другим названием книги могло бы быть «История открытий и история их авторов».

Мне кажется, что предлагаемая книга должна заинтересовать читателей, если, конечно, они, как и автор этих строк, считают, что популяризация научных достижений и идей - один из важнейших для человечества методов борьбы с разными видами обскурантизма и астроложества.

В. Б. Брагинский, Член-корреспондент РАН Москва

Эта книга о революции в наших представлениях о пространстве и времени и о замечательных следствиях этой революции, некоторые из которых неизвестны до сих пор. В то же время это потрясающее свидетельство человека, который находится в самой гуще событий, о борьбе и редких успехах в поисках понимания того, что является наиболее таинственным объектом во Вселенной - о черных дырах.

Когда-то считалось очевидным, что поверхность Земли плоская: она либо бесконечная, либо имеет край, за который вы можете упасть, если будете настолько неосторожны, что отправитесь в дальнее путешествие к этому краю. Успешное возвращение Магеллана и других кругосветных путешественников, в конце концов, убедило людей, что поверхность Земли замыкается на себя, образуя сферу .

Однако само собой разумеющимся считалось, что сфера существует в плоском пространстве, плоском в том смысле, что к нему применима геометрия Евклида: параллельные линии никогда не пересекаются. Однако в 1915 г. Эйнштейн выдвинул теорию, объединяющую пространство и время в нечто, называемое пространством-временем. Оно уже не является плоским, а искривляется или сворачивается под действием заключенного в нем вещества или энергии. Поскольку вблизи нас пространство-время почти плоское, эта кривизна не имеет никакого значения в нормальных ситуациях. Но последствия этой теории для более отдаленных от нас областей Вселенной были настолько удивительны, что даже Эйнштейн не мог предположить. Так, например, у звезды под действием ее собственной гравитации может начаться коллапс, в результате которого пространство вокруг нее становится настолько искривленным, что звезда просто исчезает из Вселенной. Сам Эйнштейн не верил, что такой коллапс возможен, однако, многие ученые показали, что это неизбежное следствие его собственной теории.

Рассказ о том, как они это сделали и как были обнаружены особые свойства черных дыр в пространстве, и составляет основу этой книги. Это история научного открытия и процесса его совершения, написанная одним из участников, такая же, как книга Джеймса Уотсона «Двойная спираль», рассказывающая об открытии структуры ДНК, которое привело к пониманию генетического кода. Но в отличие от истории ДНК, здесь не было никаких экспериментальных данных, которые направляли бы исследователей. Вместо этого была развита теория черных дыр, до того, как появились какие-либо свидетельствующие об их реальном существовании наблюдения. Я не знаю какого-либо другого примера в науке, когда такие великие экстраполяции были успешно сделаны только силой мысли. В этом и состоит замечательная мощь и глубина теории Эйнштейна.

Мы еще многого не знаем, например, что происходит с объектами и информацией, которые попадают в дыру. Появляются ли они где-либо во Вселенной или в других вселенных? И можем ли мы так свернуть время и пространство, чтобы осуществить путешествие назад во времени? Эти вопросы - часть нашего непрекращающегося поиска в понимании Вселенной. Может быть, кто-нибудь вернется к нам из будущего и даст ответ на все вопросы.

Стивен Хокинг

Тридцать лет я участвую в великом поиске: в поиске понимания наследства, оставленного будущим поколениям Альбертом Эйнштейном - теории относительности и ее предсказаний о Вселенной, а также в исследованиях ее ограничений - где и когда теория относительности не работает, и что ее тогда заменяет.

Этот поиск провел меня через лабиринт экзотических объектов: черные дыры, белые карлики, нейтронные звезды, сингулярности, гравитационные волны, червоточины, свертывание времени и машины времени. Этот поиск поднимает многие глобальные вопросы: Что делает теорию «хорошей»? Какие трансцендентные принципы управляют законами природы? Почему мы, физики, думаем, что мы знаем такие вещи, о которых мы думаем, что мы их знаем, даже когда техника слишком слаба, чтобы проверить наши предсказания? Поиски рассказали мне, как работает ум ученого, показали огромную разницу между одним и другим умом (например, Стивена Хокинга и моего), и почему многие ученые разных складов, каждый из которых идет своим путем, развивают наше понимание Вселенной. Изыскания сотен участников, рассеянных по всему свету, помогли мне оценить международный характер науки, различные пути того, как организовано научное предприятие в разных сообществах и как переплетается наука с политикой, особенно в ходе советско-американского соперничества.

Книга открывается прологом: научно-фантастической сказкой, которая быстро введет читателя в физические и астрофизические концепции, использованные в книге. Возможно, читая эту сказку, некоторые читатели придут в уныние. Многие понятия (черные дыры, их горизонты, червоточины, приливные силы, сингулярности и гравитационные волны) вводятся слишком быстро, без подробного объяснения. Мой совет: пусть это вас не смущает. Просто получайте удовольствие от сказки, и вы получите общее представление о новых для вас вещах. Каждое из этих понятий будет еще раз упоминаться в более свободном стиле и далее в этой книге. После того как вы прочтете всю книгу, вернитесь назад к прологу и вчитайтесь в технические нюансы.