Стивен Хокинг. Непобедимый разум  - Китти Фергюсон

Во второй половине 1970-х годов Стивен Хокинг получил несколько серьезных международных наград, в том числе медаль Хьюза от Королевской академии за “оригинальный подход к изучению физики” и “выдающийся вклад в применение общей теории относительности к астрофизике”, а в 1978 году Мемориальный фонд Льюиса и Розы Штраус вручил ему одну из самых желанных наград: премию имени Альберта Эйнштейна. Эта премия присуждается отнюдь не каждый год и в США считается самой престижной наградой для физика. К университетам, отметившим Хокинга почетной докторской степенью honoris causa, летом 1978 года присоединился и его родной Оксфорд. И, что особенно важно для дальнейшей карьеры ученого, осенью 1979 года Кембриджский университет присвоил Хокингу почетное звание Лукасовского профессора математики. Наконец-то ему предоставили отдельный кабинет. Годом позже в этот кабинет принесли внушительных размеров том, в котором каждый университетский преподаватель должен расписаться при занятии должности. Почему-то эту формальность забыли осуществить вовремя. “Я расписался с огромным трудом. То был последний раз, когда я сумел поставить свою подпись”[155].

К 1980 году болезнь грозила окончательно лишить Стивена самостоятельности. Его друг и покровитель Мартин Рис занимал в это время другую не менее почетную кафедру в Кембридже – он получил звание Плумианского профессора астрономии. Рис был знаком со Стивеном и Джейн еще до того, как они поженились, он вблизи наблюдал и поразительный взлет Стивена-ученого, и его мучительное физическое угасание. В начале 1980 года Рис пригласил Джейн к себе в Институт физики на важный разговор. Ранее, зимой, сильная простуда вызвала у Стивена тяжелое осложнение, а Джейн тоже заболела и оправлялась с трудом. Тогда по рекомендации семейного врача Стивена ненадолго – до полного выздоровления – поместили в частную лечебницу. Рис опасался, что это лишь начало, в дальнейшем Хокингам все чаще придется прибегать к посторонней помощи. Он предложил поискать средства, на которые можно было бы нанять Стивену приходящую сиделку.

Сначала Стивен возмутился. Он не хотел признавать себя больным, впускать в свою жизнь чужих, равнодушных людей. Не хотел превращаться в пациента. Но, хорошенько все обдумав, он переменил мнение: в этой идее обнаружилось немало плюсов. Например, можно будет больше путешествовать, не доставляя лишних хлопот жене, друзьям и студентам. Его свобода не будет ограничена – напротив, он даже выиграет.

Лукасовская лекция Хокинга “Приближается ли конец теоретической физики?”, с рассказа о которой мы начали эту книгу, состоялась 29 апреля 1980 года. В этой лекции он выбрал теорию супергравитации N=8 в качестве основного кандидата на звание теории всего. К созданию этой гипотезы Хокинг не имел отношения, но ему, как и многим другим ученым, она казалась весьма многообещающей. Теория супергравитации выросла из теории суперсимметрии, согласно которой все известные частицы обладают сверхсимметричными парами – частицами с такой же массой, но другим спином.

В “Краткой истории времени” Хокинг предлагает представлять себе спин как “внешний вид” вращающейся частицы: если спин равен нулю, частица подобна точке – она выглядит одинаково, с какой стороны ни взгляни и как ее ни вращай. Частица со спином 1 похожа на стрелу: нужно повернуть ее на полный оборот (360 градусов), чтобы ее вид совпал с изначальным. Спин 2 – частица выглядит как стрела с двумя наконечниками, и ее нужно повернуть на пол-оборота (180 градусов), чтобы вернуть в прежнее положение. Пока все не так уж запутано, однако попадаются и более удивительные случаи: частицы со спином 1/2. Им требуется два полных оборота, чтобы вернуться к первоначальному виду.

В главе 2 мы обсудили тот факт, что каждая частица во вселенной представляет собой либо фермион (частицы вещества), либо бозон (частицы-вестники). У всех известных нам фермионов спин равен 1/2. Электрону, к примеру, требуется два полных оборота, чтобы вернуться в первоначальное положение. Напротив, у всех бозонов спин равен целому числу. У фотонов, бозонов W и Z, глюонов спин равен 1, то есть они восстанавливают свой первоначальный вид за один оборот (стрела с одним наконечником). Гравитоны теоретически имеют спин 2 (стрела с двумя наконечниками) и возвращаются к первоначальному виду за пол-оборота.

Теория суперсимметрии пытается объединить материю и силы природы, предполагая для каждой частицы наличие “суперсимметричных пар”, то есть каждому фермиону соответствует бозон и каждому бозону – фермион. Эдакая процессия на свадьбе, примирившей два долго враждовавших семейства – подружки невесты из одного клана сопровождают невесту к алтарю, и каждая опирается на руку юноши из другого клана. Партнерам бозонов подобрали имена на итальянский манер: для фотона – фотино, для гравитона – гравитино. Что касается фермионов, названия их гипотетических спутников образованы присоединением буквы “c” к началу слова – сэлектрон и скварк.

К тому моменту, когда Хокинг выступил со своей Лукасовской лекцией, существовало несколько версий теории супергравитации. Среди них N=8 имела некоторые преимущества: она охватывала четыре измерения (три измерения пространства и одно времени) и хотя и предусматривала довольно большое количество еще не открытых частиц, но, по крайней мере, не бесконечное их множество, как некоторые разновидности квантовой теории. Название “N=8” связано с тем, что в этой теории гравитону приписывалось сразу восемь суперсимметричных партнеров. На пути к алтарю вместо стройной процессии вышло бы столпотворение, но умозрительно смотрелось не так уж плохо.

Вскоре после Лукасовской лекции Хокинг и его коллеги поняли, что эта многообещающая теория до ужаса затрудняет вычисления. Всего, с гравитоном и восемью гравитино, набиралось 154 частицы. Выходило, что любой расчет, даже с помощью компьютера, займет года четыре – чтобы учесть движение всех частиц, проверить наличие еще каких-нибудь бесконечно малых и ничего не перепутать!

И более существенная проблема: никто этих гипотетических частиц в глаза не видел, и надежды обнаружить их таяли. Теория наделяла их одинаковой с “нормальными” партнерами массой, но, дескать, в видимом мире эта симметрия “нарушается” и суперсимметричные партнеры оказываются в сотни, в тысячу раз тяжелее. В таком случае, чтобы засечь их в лабораторных условиях, понадобится невероятное количество энергии. О “нарушении симметрии” мы потом еще поговорим в связи с другой темой.

В 1964 году Питер Хиггс из Эдинбургского университета выдвинул гипотезу, названную в его честь “полем Хиггса”: это поле, согласно теории, проникает повсюду во вселенной, и именно оно вызывает нарушение симметрии, в результате которого суперсимметричные частицы невозможно обнаружить экспериментально. Это же поле ответственно за массы привычных нам частиц. Если эта теория верна, поле Хиггса должно проявляться в виде “частиц Хиггса” со спином равным 0. Частица Хиггса при этом будет чрезвычайно тяжелой, обнаружить ее до сих пор не удалось, разве что – если она в самом деле существует – получится засечь ее в Большом адронном коллайдере, построенном под Женевой, на франко-швейцарской границе. По этому поводу Хокинг тоже заключил одно из своих легендарных пари: побился об заклад, что частицу Хиггса так и не увидят. Когда началось строительство Большого адронного коллайдера, Хокинг заинтересовался возможностью обнаружить суперсимметричные частицы или создать черную дыру в миниатюре.