Дуже корисним у науковому плані для Гокінга був приїзд у Москву у вересні 1973 р. Плідне спілкування з Я. Зельдовічем та А. Старобінським привело Гокінга до його найважливішого наукового відкриття — можливості квантового випаровування чорних дір (Гокінг у своїй книжці «Коротка історія часу» називає Алексєя Старобінського «Александром»). Про своє відкриття Гокінг написав невелику статтю (півтори журнальні сторінки) та віддав її у журнал «Нейче».
Навесні 1974 року журнал «Нейче» (Nature, Vol. 248, March 1, P. 30–31) із статтею Гокінга «Black hole explosions?» («Вибухи чорних дір?») надійшов до наукових бібліотек Радянського Союзу. Мало кому пощастило погортати цей журнал і побачити Гокінгову статтю (автор цих рядків був одним з таких щасливців): журнал раптом зник. Хтось дуже значний у Москві наказав сховати всі журнали «Нейче» з Гокінговою статтею, які потрапили у Радянський Союз, у сейфи режимних відділів органів безпеки та нікому не видавати без особливого дозволу. Журнал із статтею Гокінга занесли в чорний список і нікому не видавали. Тому, хто встиг його побачити, було ясно, в чому справа. У злощасному журналі на сторінках 2–3 була надрукована дуже «небезпечна» для читачів стаття англійської журналістки Віри Річ «Протест стосовно еміграції з Радянського Союзу» (Vera Rich, «Protest about emigration from the Soviet Union»). В статті розповідалось про голодування, що оголосили в Москві певні науковці-євреї, яким забороняли виїхати в Ізраїль, йшлося також про різні інші непривабливі речі, що стосувались еміграції з Радянського Союзу. Невідомо, чи допомогла комусь ця стаття подолати труднощі з від’їздом в Ізраїль, але стала вона відтоді недоступною, мабуть і тепер лежить у тих самих «режимних» сейфах. Але в наші дні все стало набагато простіше: без будь-яких перешкод, за кілька секунд, кожен може одержати через інтернет і статтю пані Віри Річ[3], і Гокінгову, заплативши журналові «Нейче» лише по 32 долари за кожну статтю.
Загальновизнано, що Гокінгова стаття 1974 р. про квантове випаровування чорних дір — перлина теоретичної фізики ХХ сторіччя. Відкриття Гокінга, що чорні діри не такі вже й чорні, і подальші його досягнення в дослідженні квантових процесів у ранньому Всесвіті були відзначені коштовною нагородою. 20 березня 2013 р. у Женеві Стівен Гокінг одержав Спеціяльну премію з фундаментальної фізики (три мільйони доларів) за «за відкриття випромінювання Гокінга чорними дірами та великий внесок у квантову гравітацію та квантові аспекти раннього Всесвіту». Але це ще не вся історія. Через 30 років після опублікування статті, 21 липня 2004 р. на 17 Міжнародній конференції з загальної теорії відносності і теорії гравітації у Дубліні Стівен Гокінг визнав свою роботу помилковою. Таке визнання не стало несподіванкою. Далеко не всі фізики (в тому числі і друзі Гокінга) поділяли його інтерпретацію. Обчислення Гокінга були правильні, як і одержані ним формули та його твердження про властивості квантового випаровування чорних дір. Хибним було його розуміння власних результатів. Гокінг стверджував у своїй статті, що випромінювання чорних дір «чорне», тобто теплове з певною температурою, а таке випромінювання не містить у собі ніякої інформації. А це означало, що коли щось падає в чорну діру та навіки в ній зникає, то після випаровування чорної діри, навіки зникає і та інформація, яку містило це «щось». Але в тих обчисленнях, що провів Гокінг, не було ніяких механізмів, які б дозволяли «стерти» інформацію. Виникали питання, чи дійсно випромінювання чорних дір «чорне», чи правильно ми розуміємо, що таке «чорне» випромінювання, що таке «температура часопростору», введена Гокінгом, та інші принципові питання. 2005 р. Гокінг опублікував статтю, у якій запропонував використати для розв’язання проблем, про які йдеться (і які вже давно дістали назву «інформаційний парадокс»), так звану AdS/CFT-відповідність, але всі ці питання і досі остаточно не розв’язані.
4 січня 2012 р. до 70-річчя Гокінга часопис «Нью саєнтіст» взяв у нього інтерв’ю. Ось два питання, можливо, пов’язані між собою, на які відповів Стівен Гокінг.
«Нью саєнтіст»: Айншайн вважав введення космологічної константи своєю найбільшою помилкою[4]. Яка ваша найбільша помилка?
С. Гокінг: Я довгий час вважав, що інформація зникає в чорних дірах. Але AdS/CFT-відповідність змусила мене змінити мою думку. Це була моя найбільша помилка, в усякому разі, найбільша наукова помилка.
«Нью саєнтіст»: Про що ви здебільшого думаєте протягом дня?
С. Гокінг: Про жінок. Жінки для мене — це найглибша таємниця.
Цілком можливо, що своєю найбільшою помилкою у приватному житті Гокінг вважає те, що в лютому 1990 р. він залишив свою сім’ю, Джейн, двох синів і дочку, які всі були шоковані його вчинком. Гокінг став жити разом зі своєю доглядальницею Елейн Мезон, яка теж залишила чоловіка та двох синів. Пізніше, після розлучення із Джейн, Гокінг 1995 р. одружився з Елейн. Джейн також вийшла заміж за свого старого друга. Після розлучення з Елейн у 2006 р. Гокінг знову зблизився зі своєю першою сім’єю, особливо з дочкою Люсі, журналісткою та письменницею. Разом з Люсі вони написали (2007, 2009, 2011) три захопливі дитячі книжки про хлопчика Джорджа, його подружку Ені, про порося Фреді, про Всесвіт, чорні діри та Великий вибух. У червні 2014 р. вийшла вже четверта книжка про Джорджа та Ені, про їхню боротьбу з комп’ютерними гакерами, що паралізували все життя на Землі, зіпсувавши всі комп’ютери світу.
Слід докладніше зупинитися на тому, як змінилися уявлення про Всесвіт відтоді, як вийшло поправлене видання книжки Гокінга (1995), з якого зроблено переклад. Виявилось, що Всесвіт побудований набагато простіше, ніж це вважали 20 років тому. Насамперед великомасштабну[5] будову Всесвіту дуже добре можуть описати рівняння загальної теорії відносності з космологічною константою (сталою), що ввів Айнштайн 1917 р. у рівняння своєї теорії, остаточно сформульованої 1915 р. На ці рівняння варто подивитися, бо вони керують Всесвітом:
Рівняння Айнштайна — це дуже складні тензорні рівняння, але фізичний зміст їх дуже простий: матерія, тобто речовина, визначає геометрію, тобто гравітацію. Космологічну константу Айштайн ввів, щоб його рівняння описували стаціонарні, незмінні в часі стани Всесвіту. Але, як виявив Фрідман, рівняння Айнштайна не мають сталих стаціонарних розв’язків, тобто всі можливі всесвіти нестаціонарні. Отже, космологічна константа виявилась непотрібною, вона не стабілізувала Всесвіт. Ще більше Айнштайн був засмучений тим, що якщо ніякої матерії (речовини) немає, все одно його рівняння з космологічною константою описують дуже цікавий Всесвіт (схожий на той, в якому ми тепер живемо). Тобто головна ідея Айнштайна — матерія визначає геометрію — виявилась хибною. Все, що треба зробити, щоб проблема, яка дуже засмучувала Айнштайна, була розв’язана, це переписати його рівняння таким чином:
Рівняння Айнштайна докладно проаналізував А. Фрідман у роботах 1922 та 1924 р. Фрідман знайшов їх розв’язок для всесвітів з позитивною, негативною та нульовою просторовими кривинами. Тепер переконливо встановлено, що просторова кривина всесвіту к дорівнює нулеві. Те, як Всесвіт буде розвиватися в часі, залежить від того, який знак має космологічна константа. Розв’язки рівнянь Айнштайна для випадку к = 0, знайдені Фрідманом, мають вигляд:
3
Віра Річ (1936–2009), англійська журналістка, перекладачка, поетка, ще дівчиною закохалася в українську мову і в Україну. На її бажання її навіть поховано в Каневі, біля могили Тараса Шевченка. «Це було в Хайфі, — згадувала одного разу пані Віра, — офіцер органів безпеки проводив зі мною обов’язкову для цієї країни співбесіду. Під час розмови виявилося, що я знаю українську мову. «Але чому, — здивувався офіцер, — чому ви вивчили українську?» — «Для того, щоб перекласти Шевченка», — відповіла я. На тому співбесіда закінчилася. Коли його секретарка принесла тістечка і чай, ми вже співали, як брат і сестра після довгої розлуки, «Реве та стогне...», «Думи мої...», «Гетьмани, гетьмани...», «Тече вода...» та ще щось, що могли згадати. Офіцер безпеки Ізраїлю, який народився в Києві, більше не запитував, чому я вивчила українську»(http://tyzhden.ua/Publication/3594).
4
Насправді саме космологічна константа Айнштайна відповідає за пришвидшене розширення Всесвіту, яке було відкрите вже після того, як вийшла книжка Гокінга, тобто найбільшою помилкою Айнштайна було те, що він вважав своєю найбільшою помилкою те, що взагалі не помилка.
5
Великомасштабна будова — це коли галактики у Всесвіті вважають такими ж крихітними, як, наприклад, молекули газу у великій кімнаті.