ый и безрассудный. Он очень понравился ей.
Через пару лет они поженились. И тридцать лет она любила его, была свидетелем того, как рос его авторитет и он одерживал все новые победы; она поддерживала в нем бодрость духа, ценила его одаренность и юмор; полностью посвятила ему себя. Создала ему домашний уют, платила по счетам, родила от него троих детей и вырастила их, а в конце концов – кормила его, одевала и купала его; прошла вместе с ним через многочисленные госпитали и связанные с его тяжелой болезнью испытания. В результате, она потеряла свою собственную индивидуальность, а с нею – самоуважение. Кто я такая? – спрашивала она себя. Неужели я никто?
Не важно, кем ты станешь и сколько ты знаешь, но когда ты приходишь учиться на старшие курсы, нужно начинать все сначала. Все занятия на младших курсах – да и потом, на старших – важны, конечно, но они всего лишь фундамент для дальнейшего продвижения вперед. Они ставят вас в положение строителя, который изучал строительную науку, но еще ничего не построил сам. Чтобы защитить диссертацию по теоретической физике, нужно соорудить что-нибудь самому. Или хотя бы что-нибудь усовершенствовать. Или найти проблему, которая заслуживает внимания, и вплотную ею заняться. Только после того, как вы проделали это один раз – или десяток раз – вы становитесь физиком-теоретиком и начинаете понимать, что означает быть им.
Как правило, на первом году аспирантуры вы начинаете искать себе научного руководителя – наставника, человека, который будет руководить вашей первой работой. Но в Кембридже дела обстояли немного по-другому. Когда Стивен подавал заявление на поступление, он сразу должен был указать имя научного руководителя, с которым он хотел бы работать. Он назвал Фреда Хойла, самого знаменитого тогда британского астронома. Стивен был принят в Кембридж, но ему сказали, что у Хойла и так слишком много студентов. Поэтому Стивена прикрепили к другому теоретику – Деннису Сиаме. Об этом ученом Стивен прежде никогда не слышал.
Иметь правильного научного руководителя – очень важно. Не только потому, что со своим наставником желательно иметь хорошие отношения; но еще и потому, что ваш научный путь может оказаться тернистым, если ваши интересы не будут совпадать. Прежде всего вам следует определиться, кем вы хотите быть – теоретиком или экспериментатором. Выбор большинства физиков лежит в области эксперимента. Это очень важно, потому что намного больше ученых требуется для того, чтобы создавать аппаратуру для проверки теории, чем для создания новой теории, и спрос на экспериментальных физиков гораздо больше. Обычно уже на старших курсах вы определяете, к чему лежит ваша душа. В любом случае, это только начало.
Физика – обширная наука. Она включает в себя множество специальностей и узких специализаций. Некоторые физики занимаются тем, что пытаются раскрыть фундаментальные законы природы. Другие пытаются применить эти законы к конкретным явлениям или системам.
В оптике, например, основные законы электромагнетизма применяются к изучению поведения света и его взаимодействия с веществом. Ядерная физика исследует взаимодействия протонов и нейтронов внутри атома. В квантовой информатике основные законы квантовой механики используются с целью создания сверхмощных компьютеров.
Исследование фундаментальных законов, напротив, зиждется всего лишь на двух главных столпах. Один из этих столпов – общая теория относительности, теория гравитации, которая имеет дело только с силами гравитации и пытается понять законы движения вещества в присутствии гравитационных полей. Но в дополнение к гравитации в природе существуют еще три силы, отвечающие за электромагнитное взаимодействие, а также за сильное и слабое ядерные взаимодействия. Эти взаимодействия не рассматриваются общей теорией относительности. Они, а также вызываемые ими эффекты описываются теорией под названием «стандартная модель». Это второй столп, поддерживающий фундаментальные законы.
Стандартная модель – это фактически квантовая теория, основанная на квантовой гипотезе, предложенной Максом Планком в 1900 году. Гипотеза Макса Планка утверждает, что ряд физических величин – например, энергия – могут принимать только дискретные значения. Если в теории Ньютона энергия – непрерывная субстанция, как вода, то в теории Планка она излучается и поглощается отдельными порциями, напоминающими мельчайшие крупинки пудры. В квантовых теориях все свойства частиц, полей и вселенных становятся расплывчатыми и вероятностными. Теории, которые не учитывают квантованность энергии, называются классическими теориями, если даже, подобно общей теории относительности, они далеко отстоят от первоначальной классической теории (теории Ньютона).
Но стандартная модель – это нечто большее, чем квантовая теория. Это квантовая теория специального типа, квантовая теория поля. Она описывает действующие силы с помощью «полей», типа тех силовых полей, которые действуют в научно-фантастических фильмах и которые пронизывают все пространство и время.
Поскольку общая теория относительности – это классическая теория, она несовместима с квантовой теорией, такой как стандартная модель. Тем, кто не следит за развитием физики, может показаться парадоксальным, что у нас есть классическая теория гравитации и квантовая теория для описания других взаимодействий; но теории эти обычно используются в различных ситуациях, так что данная «шизофрения» находится под контролем. Конечно, такое положение вещей далеко от идеального, поэтому многие физики сегодня пытаются придумать квантовую версию общей теории относительности – теорию квантовой гравитации. Конечной целью является создание единой квантовой теории, объединяющей и квантовую гравитацию, и стандартную модель. Эта еще не созданная теория должна будет описывать все четыре взаимодействия, существующие в природе. Вот почему Эйнштейн называл ее единой теорией поля, а современные физики называют ее теорией всего.
Когда Стивен начинал свою учебу в магистратуре, лишь немногие физики работали над квантовой теорией гравитации, или теорией всего. Как я уже говорил, одна из причин заключалась в том, что между общей теорией относительности и квантовой теорией был заключен пакт о мирном сосуществовании. Они описывают различные типы взаимодействий и рассматривают природу на разных пространственных масштабах. Подобно тому, как млекопитающих и бактерии изучают разные отрасли биологии, в физике общая теория относительности стоит особняком от квантовых теорий.
Но Стивен отличался от большинства прочих физиков. Как только он поступил в магистратуру и избрал свой путь, из всего богатого многообразия идей, существующих в физике, его привлекла общая теория относительности, в особенности та ее часть, которая называется космологией. Космология старается использовать общую теорию относительности, чтобы понять происхождение и развитие Вселенной. Стивен заинтересовался космологией, потому что только эта наука обещала ответить на экзистенциальные вопросы, которые сейчас занимали его больше всех прочих. Стивен считал, что ученые, работавшие с теорией элементарных частиц, – теорией, которая впоследствии превратилась в стандартную модель – скорее заняты классификацией многочисленных элементарных частиц и взаимодействий между ними, чем глобальными космологическими проблемами. Они занимаются «ботаникой», говорил про таких физиков-теоретиков Стивен. Сам он не хотел принимать в этом участия.
Фред Хойл, которого Стивен вначале выбрал для себя в качестве руководителя, был фигурой, известной в космологии. Его авторству принадлежит теория стационарной Вселенной. Когда Стивену назначили другого руководителя, Денниса Сиаму, Стивен был разочарован. В очередной раз в жизни Стивена поражение обернулось победой – чем больше Стивен узнавал о теории стационарной Вселенной Хойла, тем меньше она ему нравилась. Еще в самом начале своего обучения в магистратуре Стивен произвел своего рода сенсацию на обсуждении после научно-исследовательского семинара, который проводил Хойл в Королевском научном обществе в Лондоне. Стивен провозгласил, что он нашел ошибку в уравнениях Хойла. Несколько лет спустя Стивен в очередной раз посыпал соль на рану Хойла, посвятив первую главу своей диссертации критике теории стационарной Вселенной.
Хойл был большим ученым. Он положил начало исследованию проблемы того, как тяжелые элементы образуются из водорода и гелия в результате ядерных реакций внутри звезд. Но, как у ученого, у него был серьезный недостаток – он не хотел соглашаться с тем, что взлелеянная им теория, а именно теория стационарной Вселенной, рассыпается под натиском новых полученных фактов. Если бы Хойл стал руководителем Стивена, последнего вряд ли ожидали бы легкие времена. С другой стороны, Сиама также был ведущим космологом; но он к тому времени уже и сам разочаровался в теории Хойла, поэтому пренебрежительное отношение к ней Стивена не могло вызвать между ними конфликт.
Итак, Стивену повезло с научным руководителем. Но все-таки существовала одна проблема: выбрав космологию в качестве своей будущей специализации, Стивен имел о ней весьма отдаленное представление. В Оксфорде он изучал физику, но нельзя сказать, что он сильно поднаторел в этих занятиях. То, что он смог довольно быстро, буквально за несколько лет, набрать солидный научный багаж и сделать себе имя в выбранной отрасли науки, может многое рассказать о его выдающихся способностях. Заодно давайте немного поговорим о физике.
Добиться успеха в теоретической физике можно довольно быстро, так как эта наука основана на понимании основных концепций, а не на запоминании множества фактов – как в юриспруденции или медицине. «Нет необходимости что-то зубрить, – сказал мне как-то Стивен с усмешкой. – Вы можете просто вывести уравнения». Это происходит потому, что физика способна сконцентрировать полученный опыт в компактную форму. Уравнения Эйнштейна, например, можно записать в одну строчку, но в них закодированы поведение и свойства бесчисленных систем, начиная от орбит планет и полета футбольных мячей до коллапса звезд в черные дыры.