На обычную черную дыру, возникшую из мертвой звезды, этот эффект практически не влияет. Если у черной дыры масса в три-четыре раза больше солнечной, а площадь горизонта примерно равна площади поверхности нейтронной звезды, она постоянно засасывает следы газа и пыли из окрестностей и даже из глубин пространства, и легко показать, что масса, теряемая от излучения Хокинга, гораздо меньше массы, набираемой благодаря этой аккреции. Если бы никто до этого не задумывался о минидырах, идея излучения Хокинга не вызвала бы особого интереса. Но поскольку Хокинг уже высказал гипотезу о минидырах, идея квантового испарения черных дыр произвела сильное впечатление.
Крошечная черная дыра меньше протона размером почти не заглатывает вещество из своих окрестностей, даже если находится внутри планеты. Для такой маленькой черной дыры даже плотное вещество – все равно что пустое пространство! Поэтому излучение Хокинга с поверхности минидыры, в сущности, определяет ее поведение. Хокинг показал, что такого рода излучение придает черной дыре температуру – в точности такую же, какую предсказывала работа Бекенштейна. При массе черной дыры, равной массе нашего Солнца, эта температура составляет примерно одну десятимиллионную градуса Кельвина (так что возникающее в результате ультраслабенькое излучение Хокинга не идет ни в какое сравнение с огромным количеством падающего в черную дыру вещества), но для минидыры массой всего в миллиард тонн и размером с протон температура составляет уже около 120 миллиардов К. Как показывают эти примеры, температура обратно пропорциональна массе черной дыры, поэтому, когда черная дыра теряет массу и уменьшается, она разогревается и излучает энергию все быстрее и быстрее и в конце концов взрывается с мощным выбросом рентгеновских и гамма-лучей.
Любителям научной фантастики будет интересно узнать, что, если мы сегодня сумеем найти минидыру размером с протон, она станет для нас более чем полезным источником энергии. Такая дыра давала бы около 6000 мегаватт и внесла бы значительный вклад в энергетику даже большой страны. Только вот непонятно, где ее держать: не забывайте, что она весила бы миллиард тонн, и гравитация тянула бы ее к центру Земли.
Срок жизни черной минидыры зависит от точной массы, с которой она родилась, но в среднем черные дыры размером с протон, родившиеся при Большом Взрыве, должны были бы то и дело взрываться в сегодняшней Вселенной. Любопытно, что датчики на спутниках иногда регистрируют всплески гамма-излучения из глубин космоса, и пока этому явлению не найдено общепринятого объяснения. Очень может быть, что уже открыто излучение Хокинга от взрывающихся черных дыр, хотя доказать это едва ли когда-нибудь удастся.
Хокинг совершил то, что сам считал невозможным: описал физическое явление, объединив ОТО и квантовую физику (плюс щепотка термодинамики). Именно благодаря этой работе его имя стало известным вне узких кругов математиков и астрономов, и сегодня любой физик скажет вам, что такое излучение Хокинга и почему это так важно. Однако Хокинг всегда скептически относился ко всякого рода официальным мероприятиям, поэтому повел себя несколько эксцентрично: он рассказал о поразительном открытии, что «черные дыры на самом деле не черные», не в статье в научном журнале вроде «Nature», а в заметке, которую прислал на камерный конкурс, организованный Фондом исследований гравитации в США.
Фонд исследований гравитации проводит ежегодный конкурс статей о новых исследованиях природы гравитации. До 1970-х годов конкурс не выходил за пределы Соединенных Штатов, и заграничных работ на нем почти не было, хотя как-то раз его выиграл британец, живущий в США. Затем, в 1970 году, приз достался одному из нас (Дж. Г.) и стал его последним научным достижением. Поэтому, когда тот же приз год или два спустя получил Стивен Хокинг за заметку о черных дырах, Дж. Г. тут же отправил ему поздравительное письмо. Там говорилось, что приятно видеть имя Хокинга в списке победителей, поскольку это повышает престиж конкурса и позволяет прежним победителям погреться в отраженных лучах славы. «Ничего не знаю про престиж, – писал в ответ Хокинг, – но деньги всегда очень кстати».
«Официальная версия» истории о взрывающихся черных дырах была опубликована в журнале «Nature» 1 марта 1974 года.[47] Заметка, представленная на конкурс Фонда исследований гравитации, носила безапелляционное название «Черные дыры не черны» («Black Holes Aren’t Black»), однако статья в «Nature», что нетипично для Хокинга, называлась с некоторым сомнением: «Взрывы черных дыр?» Она вызвала жаркие споры, как мы уже видели в главе 8, причем некоторые оппоненты прямо утверждали, что на сей раз Хокинг говорит глупости. Джон Тейлор и Пол Дэвис из Королевского колледжа в Лондоне написали опровержение, опубликованное в «Nature» за 5 июля 1974 года,[48] под названием «Взрываются ли черные дыры?» («Do Black Holes Really Explode?»), где отвечали на собственный вопрос однозначным «Нет». Однако даже Тейлор и Дэвис вскоре убедились, что заблуждались, а Хокинг был прав.
Однако самым главным в этом открытии была даже не конкретная идея, что черные дыры взрываются, а основной принцип открытия: стало ясно, что квантовую физику и теорию относительности можно плодотворно сочетать, чтобы изучать новые аспекты устройства Вселенной. Вскоре Хокинг применил тот же подход для очередной попытки разгадать загадку сингулярности в начале времен. Однако сейчас, когда прошло столько лет, представляется очень удачным совпадением, что Хокинга избрали членом Королевского общества – а это в Великобритании величайшая честь для ученого – именно весной 1974 года, вскоре после публикации «научной» версии статьи о взрывах черных дыр в журнале «Nature». Хокинг набрал полную силу как ученый – спустя десять лет после того, как врачи отвели ему всего два года жизни, и почти ровно пять лет после ухудшения, грозившего оборвать научную карьеру подающего надежды исследователя в самом начале. А во второй половине 1970-х Хокинг переключился на исследования происхождения Вселенной как таковой, вернувшись к началу времен.
Глава 10У подножия славы
Бесспорно, Стивену Хокингу было чем гордиться, когда он размышлял о своих достижениях за тридцать два года жизни. В 1970-е он зарекомендовал себя как ученый мирового масштаба, и это было лишь начало двадцати лет поразительных успехов сразу в двух областях, бесконечно далеких друг от друга: в мире научных исследований для избранных и в царстве популярной науки.
Вскоре после избрания в Королевское общество Хокинга пригласили на год в Калифорнийский технологический институт в Пасадене. Он получил Почетную стипендию Шермана Фэрчайлда, чтобы изучать космологию совместно с выдающимся американским физиком-теоретиком Кипом Торном.
Пасадена – зеленый пригород Лос-Анджелеса у подножия гор Сан-Габриэль к северо-востоку от Голливуда. Вдоль широких бульваров стоят величественные старинные особняки, а тогда, в зените славы Голливуда, именно здесь обожали селиться кинозвезды. Центральная улица Пасадены, бульвар Колорадо, увековечена в песне Джена и Дина «Little Old Lady from Pasadena», и списку знаменитостей, которые жили здесь на протяжении десятилетий, нет конца. Однако летом в Пасадене сильнейший смог, это один из самых душных районов Лос-Анджелеса, поскольку горы мешают циркуляции воздуха. И если объявляют «смоговое предупреждение второй степени», местным жителям рекомендуют выходить из дома лишь по самым неотложным делам, а власти имеют право временно закрыть промышленные и коммерческие предприятия. Предупреждения транслируют по радио, а вдоль дорог загораются особые знаки. Индейцы, задолго до прихода белых назвавшие эти края Долиной Дымов, проявили большую прозорливость.
Калифорнийский технологический институт уникален своими размерами: для такого престижного научного учреждения он совсем крохотный. В середине 1970-х здесь училось всего полторы тысячи студентов – в десять раз меньше, чем в таких же известных колледжах вроде Гарварда или Йеля. Однако, несмотря на размеры, Калифорнийский технологический – настоящая Мекка науки и техники Западного побережья. На протяжении всей своей истории он привлекал выдающихся специалистов в своих областях со всего мира. В 1920-е годы сюда приехал нобелевский лауреат физик Роберт Милликен, часто бывал здесь и Альберт Эйнштейн. А всевозможные благотворители – от одиночек, живо интересующихся физическими исследованиями, до гигантов вроде IBM и «Wang» – так и осыпают институт деньгами. Неподалеку, в обсерватории Маунт-Вилсон, находится один из лучших в мире телескопов, а рядом с крошечным родным университетом высится исполинская «пристройка» – Лаборатория реактивных двигателей. Словом, здесь есть все, о чем только может мечтать ученый.
В 1970-х годах в Калифорнийском технологическом работали самые выдающиеся ученые планеты. В те годы группу релятивистов возглавлял Кип Торн, а легендарный Ричард Фейнман, нобелевский лауреат, читал лекции, вел семинары и по вечерам играл на бонго в студенческих рок-группах. Калифорнийский технологический ни в чем не уступал Киз-колледжу с точки зрения качества образования и научных исследований, однако культура здесь царила совсем иная. Кампус состоит из зданий в испанском стиле, легких, воздушных, спроектированных с большим вкусом и выстроенных из одинакового желтоватого камня. Композиционным центром служит прямоугольная десятиэтажная Библиотека имени Милликана. В Калифорнийский технологический институт принимают лучших студентов страны, и трудятся они в поте лица. Развлекаться в кампусе не принято, а количество самоубийств сопоставимо разве что с престижем в научных кругах. При всем при том надо сказать, что когда Хокинг приехал в Пасадену, в кампусе не было недостатка в колоритных персонажах.
У Ричарда Фейнмана, преподавателя физики, к тому времени давно сложилась репутация очаровательного, но непредсказуемого чудака, к тому же как-то раз у него вышла стычка с местными властями, когда они хотели закрыть топлес-бар в Пасадене. В суде он заявил, что часто ходит туда работать. У Фейнмана с Хокингом было похожее нестандартное чувство юмора, и хотя работали они в разных областях, но подружились и проводили много времени вместе. Оба уже прославились в своей стране и за рубежом и как ученые, и как выдающиеся личности, оба стали культовыми фигурами для широкой публики, не считая свиты учеников и обожателей-дилетантов. Когда в 1988 году Фейнман умер от рака, его оплакивал весь Калифорнийский технологический, и это было большой утратой для всей мировой науки.