Профессор Кип Торн обещает перевернуть всю современную физику

  • Ольга Андреева
  • Михаил Казанович

Профессор Кип Торн (Kip Stephen Thorne, born June 1, 1940)

Вот уже лет двадцать ведущие физики мира ждут, когда у них на руках появится нечто такое, что позволит начать новую науку — квантовую гравитацию. А пока они ждут, американский профессор Кип Торн ищет во Вселенной гравитационные волны. Похоже, что он вот-вот их найдет. С этого момента начнется новая физика. Корреспонденты «РР» поговорили с Торном о черных дырах, волнах и женщинах. Оказалось, что будущее физики находится в надежных руках настоящего хиппи

Прекрасная блондинка с умопомрачительными бедрами и грудью стремительно падает вниз. Глаза ее прикрыты, голова томно откинута, волосы развеваются по экрану. Падение блондинки происходит в Северной аудитории физфака МГУ. За кафедрой Кип Торн, почетный профессор Калифорнийского технологического института, почетный доктор МГУ им. Ломоносова, член ученого совета НАСА и лауреат медали Альберта Эйнштейна.

— Иногда я использую девушку, а иногда своего коллегу Стивена Хокинга, — с тонкой улыбкой истинного джентльмена поясняет Торн. — Я не сексист, и мне все равно. Правда, в Америке я чаще пользуюсь Хокингом. Фокус с девушкой там проходит не всегда. В России с этим спокойнее.

Роль блондинки не столько пикантна, сколько благородна. Она демонстрирует, как работает искривленное пространство-время на «объектах человеческого масштаба». На экране величайшая из возможных вселенских катастроф — столкновение двух черных дыр. Событие такого размаха никогда до сих пор не наблюдалось даже по косвенным признакам. Перед нами компьютерная модель — результат почти тридцатилетних усилий ведущих физиков мира.

— Я уверен, — торжественно говорит Торн, — что к 2017 году мы уже сможем ввести это явление в царство наблюдаемого.

Зал благоговейно замолкает. Несчастная блондинка кружится на экране. Торн говорит о вещах, долженствующих перевернуть современную физику.

Черные дыры и все такое

Если запустить поиск в Яндексе, на имя Кип Торн сразу выскочит куча киноманских сайтов, где будет сказано, что профессия означенного Торна — актер и играет он самого себя. Профессор Торн в самом деле снялся чуть ли не в десятке научно-популярных фильмов и действительно играл там самого себя в качестве ведущего. Но голливудская карьера Торна только начинается. В новом фильме Стивена Спилберга (рабочее название «Интерстеллар») Торн выступает в качестве сценариста.

После лекции мы сидим в холле гостиницы и болтаем с Торном за жизнь. Спрашиваем, как черные дыры привели его в Голливуд.

— Девять лет я был холостяком, — неожиданно заявляет Торн, и выражение его лица делается несколько хулиганским. — Я жил в Лос-Анджелесе и все эти девять лет встречался с женщинами всего города, включая, конечно, Голливуд. Однажды я провел время с девушкой, с которой был практически незнаком. Мой друг Карл Саган, замечательный физик, встретил меня на следующее утро. Я тогда был не совсем в форме…

Торн расслабленно бросает руки между колен и с тонкой улыбкой вспоминает времена молодости. Сейчас Кипу семьдесят два. История его бурных романов относится к началу 80-х.

— Ее звали Линда Обст, она тогда начинала карьеру продюсера в Голливуде. Мы стали с ней встречаться и вообще подружились. Это продолжалось года три. Ну, я потом женился на другой женщине, мы с Линдой долго не виделись, а потом, где-то с 2005 года, стали иногда вместе обедать. Как-то за обедом мы придумали забавный сценарий в жанре научной фантастики. В это время Спилберг как раз заключил контракт с «Парамаунтом». Линда среди прочего предложила ему нашу идею. Он тут же перезвонил ей и попросил прислать заявку на сценарий к пяти часам того же дня. Вы знаете, что такое заявка на сценарий? Это двадцатистраничное описание истории, характеров и так далее. У нас, конечно, тогда не было ни строчки. Линда уговорила Спилберга подождать до пяти вечера следующего дня. И вот за 33 часа мы написали 20 страниц. Спилберг тут же заявил, что будет это снимать. Линда тогда сказала, что в Голливуде так не бывает. Первый случай на ее памяти.

Это было в 2006 году. Сейчас мы в середине пути. Сценарий по нашей идее написал Джонатан Нолан. Он одну из серий про Бэтмена написал, если помните. Он сильно изменил сюжет, но наука осталась. Там, конечно же, будут черные дыры и все такое. Почему я играю в эти игры? Для меня это опыт контакта с людьми, до которых по-другому я никогда не достучусь. Я хочу сделать DVD или книгу о научной стороне этого фильма. Я надеюсь, что какой-нибудь молодой человек посмотрит фильм, заинтересуется и захочет прочитать книжку, чтобы понять, откуда мы все это знаем.

Роман Торна с Линдой пришелся как раз на то время, когда круг научных интересов сорокалетнего физика окончательно определился: черные дыры и все такое. Формально говоря, это последняя граница известной на сегодняшний день физики. Дальше — тишина и полная неизвестность.

— Я занимаюсь тем, что называю «деформированной стороной Вселенной», — объясняет Торн. — Это объекты, которые состоят исключительно или по большей части из искривленного пространства-времени. Мы точно знаем, что такие объекты существуют. Нейтронные звезды на пятнадцать и более процентов состоят из искривленного пространства-времени. Из него же состоит около восьмидесяти пяти процентов вещества черных дыр и сто процентов гравитационных волн. Мой вопрос не в том, существует ли эта искривленная сторона Вселенной, а в том, чтобы понять, что она собой представляет.

Что оно собой представляет — в этом и есть главная интрига современной физики. Факт искривления пространства-времени Вселенной теоретически установил еще Эйнштейн в начале прошлого века. Вся общая теория относительности (сокращенно ОТО) об этом. Почему-то нашему пространству удобней быть изогнутым, нелинейным, а лучу света почему-то удобней бежать по дуге. Вопрос — почему?

Потому что есть гравитация, говорят ученые. Искривление и гравитация суть одно и то же. Там, где есть гравитация, пространство будет искривлено. Она его неотъемлемое свойство. Она есть везде и была всегда. Гравитационное поле — самое первое поле Вселенной, а гравитационные волны, соответственно, ее самые первые волны. Они, а не пресловутый бозон Хиггса, который только что обнаружили в Большом адронном коллайдере, появились в первый миг бытия мира.

Вот только, что это такое, физики так до конца понять и не могут. Едущий по улице автомобиль или колышущиеся занавески гонят гравитационную волну и искривляют пространство. Только очень слабо. Ни один детектор, произведенный руками человека, до сих пор ее не фиксировал.

Поворот ключа

В 1973 году молодой Кип Торн вместе со своим учителем, другим великим физиком XX века Джоном Уилером, написал основополагающий труд под названием «Гравитация». Эта книга сейчас входит в число обязательных и настольных для всех серьезных физиков мира. После смерти Уилера Торн остался одним из очень немногих людей на планете, которые знают о гравитации все, что о ней вообще можно знать.

— Так что же такое гравитация? — мы задаем Торну явно провокационный вопрос.

В ответ получаем долгое молчание.

— Надо понимать, что все наши описания природы имеют свою область применимости, — наконец говорит профессор. — Единой теории гравитации на все случаи жизни нет, и я не думаю, что она возможна. Все зависит от феномена, с которым вы работаете. Если вы имеете дело с планетами или звездами, то гравитация — это то, что описано Ньютоном: закон всемирного тяготения. Если вам нужна гораздо более высокая точность, но при этом вы не вторгаетесь в квантовую область, то гравитация — это то, что описано Эйнштейном: искривление пространства-времени. Но если вас интересует центр черной дыры, рождение Вселенной или связь между гравитацией и фундаментальными частицами, то гравитация — это феномен, природы которого мы еще не знаем.

— Что вы ожидаете?

Торн снова задумывается.

— Ничего нельзя предсказать, — говорит он наконец, поднимая брови. — Физик-теоретик отличается от политика тем, что политик не знает, что такое быть неправым, а физик неправ каждый день. Но когда мы оказываемся неправы, наука становится гораздо интересней. Я хочу больших сюрпризов, а ожидаю, что не будет никаких сюрпризов. Изучение деформированной стороны Вселенной поставило нас в открытую ситуацию. Это может дать нам абсолютно новую физику, а может и не дать. Понятно, что прогресс в физике будет связан с пониманием того, как сочетать ОТО и квантовую механику. Это понимание откроет глаза на самые важные вопросы: какова природа рождения Вселенной, есть ли другие вселенные, что внутри черной дыры и даже можно ли путешествовать назад во времени. Но любые предсказания здесь будут безответственны.

Торн принадлежит к весьма немногочисленной компании ученых, изучающих гравитацию за границей теории относительности. Это та область, где ОТО Эйнштейна должна пересечься с квантовой теорией. Именно там должна родиться еще неведомая теория квантовой гравитации, поисками которой занимался весь научный XX век. Ее появление сулит принципиально новую физику, новое представление об устройстве Вселенной.

Загвоздка в одном: надо иметь на руках конкретный объект исследования, те самые гравитационные волны. Собственно, об этом Торн и говорит. Девушки на экране должны иллюстрировать редчайший момент в жизни Вселенной, когда при столкновении двух черных дыр пространство будут сотрясать мощнейшие гравитационные волны, которые — ура! — можно будет наконец-то зафиксировать земными приборами. Когда это случится, начнется другая физика.

Мировая наука замерла на пороге перед некой загадочной дверью. Что за ней, никто сказать не может. Но ключи от замка уже звенят в карманах ученых. Дверь вот-вот откроется. Сидящий перед нами большой сутулый человек один из тех, кто повернет ключ.

Продолжение