Валерий Рубаков: Вместо эпитафии я бы на могиле Хокинга написал формулу для температуры излучения черной дыры

Ольга Орлова: "Если у вас депрессия, понаблюдайте 15 минут из жизни Стивена Хокинга, и вашу болезнь как рукой снимет", - так говорят коллеги об ушедшем в марте 2018 года выдающемся физике. О его вкладе в современную картину мира и о его контактах с советскими физиками будем говорить с академиком РАН Валерием Рубаковым.

Здравствуйте, Валерий Анатольевич. Спасибо, что пришли к нам в программу.

Валерий Рубаков: Здравствуйте! Рад побывать у вас снова.

Валерий Рубаков. Один из ведущих мировых специалистов в области квантовой теории поля, физики элементарных частиц и космологии. Академик РАН. В 1978 году окончил физический факультет МГУ. С 1981 года работает в Институте ядерных исследований РАН. Возглавляет кафедру физики частиц и космологии физического факультета МГУ. Лауреат множества российских и международных научных премий. Член "Клуба 1 июля", образованного в знак протеста против планов правительства по реформе Российской академии наук.

Ольга Орлова: Валерий Анатольевич, у вас не складывается такое ощущение, что наш мир знал словно трёх разных Стивенов Хокингов. Первый, конечно, самый знаменитый Стивен Хокинг – это тот, кто прославился своими научными трудами. Но потом широкая публика узнала Хокинга – автора научно-популярных книг-бестселлеров: "Мир в ореховой скорлупке" и многих других. Но ведь всё-таки был ещё и третий Стивен Хокинг, герой блокбастеров, ситкомов, комедий, и так далее. Такой Стивен Хокинг – шоумен. И это всё один и тот же человек. Но давайте поговорим сначала о самом главном – о Хокинге-учёном. На его кончину откликнулось огромное количество мировых звёзд со всего мира. Учёные говорили, писали о значении того, что он сделал. Так, Алексей Старобинский пишет: "Оценивая вклад Хокинга, я бы поставил его в один ряд с такими гениями, как Александр Фридман и академик Яков Зельдович". Вы согласны с коллегой?

Валерий Рубаков: Я согласен, да. У него есть замечательные результаты. Результаты, которые вошли в сокровищницу, если угодно, мировой теоретической мысли. И, конечно, это очень сильный учёный.

Ольга Орлова: Старобинский обращает внимание, что уже в 1966 году, когда Хокинг ещё был молодым начинающим учёным, его работа его сразу прославила. И это то, что называется теорема Пенроуза-Хокинга – о существовании сингулярности. Расскажите об этом.

Валерий Рубаков: Смысл тут довольно простой. Это всё делается в рамках Общей теории относительности. Мы сейчас понимаем, что в той области применимости, какая есть, это правильная теория гравитации. И выясняется, что в этой теории практически все решения, какие там есть, все они либо начинаются, либо кончаются с сингулярности, что называется.

Ольга Орлова: Что это?

Валерий Рубаков: Формально это значит, что у вас есть ситуация, которую вы не умеете описывать в рамках этой теории. По физике, наверное, это какие-то сверхплотные, сверхсжатые состояния, которые уже классической теорией гравитации не описываются. И вообще что это такое, совершенно непонятно. Пример – это космологическая сингулярность. Есть основания думать (может быть, это и неправильно, все теоремы есть всегда предположения), что наша Вселенная стартовала со сверхплотного, сверхсжатого состояния вещества с громадными кривизнами пространства-времени. И это состояние уже не описывается в рамках обычной теории, к которой мы привыкли. Какой теорией это описывается, никто сегодня не знает.

Или второй пример – это состояние в центре черной дыры. Вот у вас вещество падает в черную дыру, оно стекается к центру, и там образуется формально сингулярность, а по существу, наверное, какое-то сверхсжатое, сверхплотное состояние с гигантской плотностью энергии, с гигантской кривизной, искривлением пространства-времени, и опять неизвестно, как это дело описывать. На сегодня ситуация такая.

Теоремы Хокинга и Пенроуза говорят о том, что всегда есть такая сингулярность либо в прошлом, либо в будущем.

Ольга Орлова: А можно сказать, что эти работы выходят за рамки физики, и, в общем, немножко продвигают нас и в философии, в нашем представлении…

Валерий Рубаков: Наверное, такого рода утверждения заставляют нас пытаться понять, как же устроено вещество и пространство-время в такой сверхсжатой, сверхплотной ситуации. Это не то, что философский вопрос. Это скорее толчок к развитию физики, но мощный толчок.

Например, говоря о космологической сингулярности, было бы очень важно понять, была она на самом деле или не было. Вселенная с чего-то стартовала или наши представления об этом существенно неполны.

Ольга Орлова: Стивен Хокинг приезжал в СССР первый раз в 1973 году, когда он как раз встречался с Зельдовичем и Старобинским. И потом несколько раз он был в СССР – в 1978, 1981, 1988 годах. Вы как с ним познакомились?

Валерий Рубаков: В 1973 году я еще был студентом. Поэтому я тогда ни ухом, ни рылом не знал, кто такой Хокинг. Зельдович – как-то слышал, но не так, чтобы… Я был студент второго курса.

А вот в 1978-1981 году я действительно с ним встречался, уже будучи начинающим физиком. И это было достаточно интересно, конечно, с ним пообщаться. Трудно. Потому что уже в это время он был на коляске…

Ольга Орлова: Но он разговаривал еще сам.

Валерий Рубаков: Он разговаривал как бы через переводчиков. У него были аспиранты, которые понимали то, что он говорит, а нормальному человеку было невозможно понять. Поэтому он говорил, аспиранты переводили на человеческий английский. Но слышать он, конечно, слышал, он понимал, что ему говорят. Так что возможность разговора была не очень простая, но, тем не менее, это были возможности пообщаться, это было вполне интересно. Тем более, кстати сказать, так получилось, что и в 1978, и 1980 году у нас были близкие интересы. Прям совсем даже. В 1981 году вообще была ситуация, когда он приехал, я не знал, о чем он будет докладывать на конференции. И у меня был доклад. У меня был доклад за ним. И выяснилось, что у нас буквально на одну и ту же тему. Мы с разных сторон пришли к одному и тому же вопросу. Его обсуждали, получили один и тот же ответ. По крайней мере, объявили один и тот же ответ, который оказался потом неправильным.

В 1978 году это было в ФИАНе. Там была конференция по квантовой гравитации. Он назывался семинар. Но по существу это была конференция по квантовой гравитации. Хокинг туда приехал. Туда много народу приехало из-за рубежа. А в ФИАНе есть лифты на третий этаж. Там на третьем этаже конференц-зал. Но эти лифты маленькие. И его коляска туда вместе с ним не помещалась. Поэтому приходилось его переносить на руках наверх. Коляску отдельно, а Хокинга отдельно. Вот я его и таскал на руках, будучи тогда еще аспирантом.

Основная работа Хокинга была выполнена в середине 1970-х. Я думаю, что я не ошибусь, если скажу, что это основная работа. Она была связана с физикой черных дыр и то, что называют "хокинговское излучение". Это капитальный результат, который состоял в том, что… Вообще мы представляем себе черную дыру как нечто, что поглощает свет, частицы, все в себя засасывает, и ничего наружу не выплескивает. Ничего подобного. Выясняется, что если учесть квантовые эффекты, то черная дыра излучает. В этом сильном гравитационном поле рождаются пары частица-античастица, или частицы, если это фотоны. А черная дыра излучает. То, что в сильных полях могут образовываться частицы, это не Хокинг придумал, это было известно давным-давно. И, кстати, была прекрасная работа Зельдовича и Старобинского, где они в космологическом контексте наблюдали, что если у вас есть быстро расширяющаяся Вселенная, то в ней тоже рождаются частицы.

А Хокинг это дело применил и вообще изучил на фоне черной дыры. И выяснилось, что излучает эта черная дыра, как горячее тело. Вот мы с вами знаем, что лампочка накаливания излучает, потому что горячая. Чайник излучает, если он горячий, в инфракрасном диапазоне. Любое горячее тело излучает. Так вот, черная дыра излучает в точности, как нагретое черное тело. И температура, как посчитал Хокинг, оказалась обратной. Тем больше, чем меньше размер и масса этой черной дыры. И это удивительное дело. Потому что просто так температура – это вещь такая очень… Потом стало ясно, что есть и энтропия.

Ольга Орлова: А то, что он догадался, что надо использовать квантовые эффекты – это было что?

Валерий Рубаков: Я думаю, что повлияла работа Зельдовича и Старобинского по рождению частиц в космологических внешних полях. Наверное. Но трудно сказать. Кто знает, что у них в голове варилось?

Ольга Орлова: То есть он прояснил и, можно сказать, изменил наше понимание свойств черных дыр?

Валерий Рубаков: Да, причем, настолько, что до сих пор непонятно, что все это значит. Вообще горячее вещество, горячая черная дыра – это удивительное явление.

Например, большой вопрос. Представьте себе. Ага, раз черная дыра излучает, значит, она излучает энергию. Это означает, что ее масса должна уменьшаться. Потому что E=mc2. Значит, если вы отдали энергию, ваша масса должна уменьшиться. И вот она излучает, излучает, излучает. И в конце концов исчезает, наверное. А, может быть, не исчезает. Кто знает? Может быть, остается какой-нибудь маленький остаточек, который уже перестает излучать, что уже представления нормальной гравитации, квантовой физики уже не очень работают. Но в любом случае это какой-то очень маленький остаточек должен остаться с маленькой массой, маленького размера.

Спрашивается: куда делась информация о том, из чего эта черная дыра была сделана? Черная дыра могла когда-то сформироваться, и способов ее сформировать миллион. Вы можете взять, собрание сочинений Пушкина туда раз – и получится у вас черная дыра. Другая черная дыра получится, если собрать сочинения Толстого. И если по массе эти тома одинаковы, будут две одинаковые черные дыры. Потому что у нее что есть? Масса. Больше ничего нет. Будут две одинаковые черные дыры. Они будут одинаково излучать. Одинаково превратятся в маленький, может быть, остаточек, или совсем испарятся, по Хокингу. Куда делась информация? Куда делась информация о том, что тут был Пушкин, а тут был Толстой?

Ольга Орлова: А в каком виде мы должны эту информацию зафиксировать? Когда мы говорим "куда делась?", как мы поняли, что ее нет? Если у нас только масса.

Валерий Рубаков: Вот именно. Информации нет. Так, как Хокинг прописал, излучение черной дыры зависит только от того, какая у нее масса. А из чего она сделана – неважно. Все излучается так, как если бы эти две черные дыры были абсолютно одинаковы. С Толстым и с Пушкиным. Все. Информация потерялась. Так же не бывает.

Ольга Орлова: А что сам Хокинг об этом думал?

Валерий Рубаков: Хокинг – интересно. Он сначала думал, что информация теряется. И был такой даже спор у него с… по поводу того, теряется информация или не теряется. Вообще потеря информации противоречит всему на свете: всей квантовой механике, всему на свете. В квантовой механике информация никуда не теряется. Она преобразуется, ее более сложно становится выцыганить, вытащить. Вот вы возьмите костер. Кидаете туда в этот костер томик Пушкина, не дай бог. Спрашивается: куда делась информация? Он горит. Останется только тепло от этого костра. Куда делась информация? Думается, что она никуда не делась. Что просто тот свет и тот газ, который из этого костра… Они будут все-таки знать о том, что туда кинули Пушкина. Это очень трудно расшифровать. Но в принципе эта информация никуда не делась. Тот свет, который этот костер излучил, все-таки "знает". Если вы как следует измерите, вы сможете узнать…

Ольга Орлова: Состав пепла.

Валерий Рубаков: Состав пепла, да. А с черной дырой не так. Черная дыра как бы излучает только в зависимости от ее массы. Поэтому потеря информации – это вещь очень небезобидная. Это переворот всех наших представлений…

Ольга Орлова: Но Хокинг же не мог не понимать, что это противоречие, и его нужно как-то разрешить.

Валерий Рубаков: Он одно время думал, что черные дыры да, таки противоречат квантовой механике, что вообще физика должна быть капитально переделана, должна разрешаться потеря информации. Это совершенно противоречит всей квантовой механике. То есть квантовая механика должна измениться. И в течение определенного времени он так и думал. И, кстати, та работа, о которой я говорил, моя и его, они как раз на эту тему были. Немножко в другом контексте. Не про черные дыры, но опять был смысл такой, что квантовая механика должна быть переделана с учетом эффектов квантовой гравитации.

Но к концу жизни он все-таки стал на точку зрения, что информация никуда не теряется. Что то вычисление, которое он сделал в 1970-х годах, оно неполно. Что оно не учитывает какие-то очень тонкие явления и эффекты, которые в рамках того приближения, в которых он вычислял, обнаружить невозможно, но они все-таки есть. Что это такое? Как это все устроено? Какие эффекты? Никто пока не знает. Но я тоже думаю, что так оно и есть. И давно уже так себе представлял, что все-таки эта информация должна остаться. И в тонких свойствах вот этого хокинговского излучения она должна проявиться. На уровне хокинговского вычисления это увидеть невозможно. Но должно быть более аккуратное вычисление, которое позволит узнать, какой "состав пепла" у этой черной дыры.

Ольга Орлова: А как много у Хокинга осталось последователей, учеников и тех, кто может это решить?

Валерий Рубаков: Кто может это решить, я не могу сказать. Потому что на эту тему бьются самые лучшие умы уже в течение долгих лет. Эта задача оказалась чрезвычайно сложной. И до сих пор нерешенной.

Ольга Орлова: А можно на примере Хокинга сказать, что все-таки важнее, какой вклад ученого – когда он закрывает какую-то тему или наоборот, когда он оставляет массу нерешенных задач?

Валерий Рубаков: Конечно, масса нерешенных задач – это гораздо более интересно.

Ольга Орлова: Многие коллеги и в России, и за рубежом отмечают еще такую вещь, что вклад Хокинга не в современную физику, а в современную популяризацию физику… То есть Хокинг-популяризатор для физики сделал не меньше, чем Хокинг-ученый. Знаете, Вячеслав Муханов, космолог, коллега ваш и Хокинга, он в некрологе написал, что "Популярность Хокинга среди публики можно сравнить только с популярностью Эйнштейна. Когда 2 года назад я пригласил Стивена в Копенгаген, несколько тысяч билетов на его публичную лекцию были проданы в течение нескольких минут. А в следующие полчаса более 50 000 человек записались в список ожидания". Вклад Стивена в популяризацию науки был огромным.

Валерий Рубаков: Сами по себе книжки интересны, конечно. Можно с ними спорить. Там есть вещи, которые выглядят спорно. И там довольно много самопиара, что тоже понятно.

Ольга Орлова: Самопрезентации?

Валерий Рубаков: Да. Самопродвижения. Но неважно. Это уже детали. А так, конечно, он играет и сыграл большую роль в том, чтобы донести сложные вещи до широкой публики.

Ольга Орлова: Вот все-таки в первой половине XX века Эйнштейн вышел за рамки человека, который просто остается в научном мире, делая большие вещи. Его работы стали обсуждать в салонах, люди, которые совсем не связаны с физикой. Но удалось как-то эту проблематику людям не то, чтобы продать, а хотя бы донести. О том, что вообще обсуждается в мире науки. И можно ли сказать, что Хокинг…

Валерий Рубаков: Я думаю, что можно. Мне трудно оценивать. Я за этой деятельностью не следил и особенно не въезжаю в эту тему. Но кажется, что да, что люди читают и интересуются.

Ольга Орлова: Муханов уверяет, что Хокинга никем заменить нельзя именно в смысле популяризации.

Валерий Рубаков: Я думаю, что это уникальный случай, конечно. И в сильной степени это связано еще и с его внешним видом, с его болезнью, с тем, что он на коляске, с тем, что он в последнее время вообще говорил исключительно с помощью компьютера. Я представляю себе, сколько требовалось времени и усилий, для того чтобы подготовить публичную лекцию. Я с ним разговаривал в конце 1990-х – начале 2000-х, когда он уже разговаривал с помощью компьютера и у него даже пальцы не шевелились. С ним разговаривать было очень тяжело. Потому что я могу ему что-то сказать. А для того, чтобы ответить, мне нужно подождать минут 15, пока он на своем компьютере с помощью глаза сформирует свое высказывание. То есть это означает, что подготовить лекцию – это наверняка недели, если не больше, для того чтобы, находясь в таком состоянии, подготовить… И эти лекции вполне были содержательные, интересные. На некоторых из них я был. И они, конечно, производят хорошее впечатление в смысле своего качества. То есть он продумывал и готовил очень интересные и продуманные выступления для широкой публики.

Ольга Орлова: Но ведь Хокинг умудрился сделать и третий шаг, совсем уже не типичный для ученого. Потому что ученый, который пишет популярные книги и читает публичные лекции – это достойное занятие, которое всеми признается, одобряется. И понятно, что человек тратит время, для того чтобы широкой публике объяснить. И, очевидно, все к этому относятся благосклонно или с благодарностью.

Но когда все-таки ученый входит на территорию шоу-бизнеса, это уже шаг совершенно нетипичный. Давайте посмотрим сейчас фрагмент. Это один из множества десятков появлений Стивена Хокинга вне научной среды и вне среды популяризации. Один из самых популярных молодежных сериалов в мире "Теория большого взрыва", где действующие герои – это 4 физика из университета в Калифорнии. И Хокинг появляется там в течение нескольких сезонов. Сериал идет уже больше 10 сезонов. И он там появляется несколько раз.

ОТРЫВОК

Ольга Орлова: А почему, кстати, Хокинг не получил Нобелевку?

Валерий Рубаков: Вы знаете, нобелевские премии вообще-то даются за открытия, подтвержденные экспериментом. У Хокинга таких нету. У него теоретические результаты, которые да, всеми признаются и всеми принимаются, но экспериментально они не подтверждены. Поэтому Нобелевский комитет премии за такие вещи не дает никогда. Это общая позиция Нобелевского комитета. Поэтому ничего удивительного для меня нет в этом.

Ольга Орлова: Несмотря на отсутствие Нобелевки, конечно, Хокинг был удостоен целого ряда блестящих премий. И, конечно, он останется в памяти не только истории науки, но и в памяти всего человечества как очень яркая и мужественная фигура. И все-таки он умудрился побывать в Антарктиде, он имитировал невесомость в полете. В космос не получилось полететь, но в самолете получилось испытать на себе невесомость. Скажите, Валерий Анатольевич, а вы по-человечески как относитесь к его стремлению и принципу, несмотря ни на какие трудности (финансовые, административные, человеческие), жить, как обычный человек?

Валерий Рубаков: Это, конечно, большое мужество. Я еще раз хочу сказать. Это, конечно, вызывает огромное уважение. Конечно, человек, не опустивший руки в такой ситуации – это замечательно. Молодец. Чего говорить?

Ольга Орлова: Тот же Вячеслав Муханов вспоминал, что когда в 1988 году (это последний раз, когда Хокинг был в России) был Фридманский конгресс в Ленинграде, Хокинг чуть не попал в милицию в 4 утра в Летнем саду. Он гулял в сопровождении, конечно, он уже тогда был глубоко болен, он был не один. Но даже тогда они чуть не загремели в участок.

Валерий Рубаков: Да. Вообще он любил жизнь, конечно, во всех ее проявлениях. Это несомненно. Это было видно. Он любил общество. Он любил участвовать во всяких посиделках, ужинах во время конференций, вне всяких конференций. Любил общение в той степени, в какой это было вообще возможно для него. Он общался, стремился быть в кругу людей. Это было для него очень характерно.

Ольга Орлова: Валерий Анатольевич, как вы считаете, какая метафора или какой образ лучше всего бы отразил память Хокинга? Может быть, на памятнике… Что лучше всего его характеризует в этом смысле? Если придумывать эпитафию "Здесь лежит Стивен Хокинг, который...". Что?

Валерий Рубаков: Который придумал хокинговское излучение, я бы сказал. Все-таки это самое главное. Потому что все остальное – это уже вокруг. А вот вклад его в науку самый главный. Он навсегда останется. Так или иначе, это останется навсегда. Может быть, мы будем знать больше. Наши потомки будут знать больше. Но тот шаг, который он сделал, он, конечно, останется навек. Я бы написал вместо эпитафии формулу Хокинга для температуры излучения черной дыры.

Ольга Орлова: У нас в программе был академик Российской академии наук, главный научный сотрудник Института ядерных исследований Валерий Рубаков.

Какой вклад Хокинг внес в построение современной картины мира?
Список серий