Существует одно широко распространенное недоразумение, которое следует развеять. Люди часто представляют физиков, особенно физиков-теоретиков, как узколобых зануд, чьи интересы чужды обычным людям и очень скучны. Ничто не может быть дальше от истины. Великие физики, которых я знал, а их было немало, - это чрезвычайно харизматичные люди, с сильными чувствами и удивительными идеями. Мне бесконечно интересно разнообразие их личностей и способов мышления. Когда широкой публике рассказывают о физиках, обходя их человеческую сторону, то, на мой взгляд, упускают что-то очень важное. При написании этой книги я постарался ухватить эмоциональную сторону истории в той же мере, в какой и научную.
Замечание о больших и малых числах
В этой книге вы встретите множество очень больших и очень малых чисел. Человеческий мозг не приспособлен визуализировать числа много больше 100 и много меньше 1/100, хотя свои способности в этом деле можно развить. Например, я, постоянно имея дело с числами, могу более или менее наглядно представить себе миллион, однако разница между триллионом и квадриллионом выходит за пределы моих способностей к визуализации. Многие числа в этой книге намного больше триллионов и квадриллионов. Как с ними обращаться? Ответ основан на одной из важнейших перепрошивок всех времен - изобретении экспоненциальной, или научной, нотации для записи чисел.
Начнем с очень большого числа. Население Земли составляет около 6 миллиардов человек. Миллиард - это 10, умноженное само на себя девять раз. Его можно представить, приписав к единице девять нулей:
Один миллиард = 10х10х10х10х10х10х10х10х10 = 1000 000 000.
В сокращенной форме 10, помноженное на себя девять раз, записывается как 10, или десять в девятой степени. Таким образом, население Земли - это примерно:
6 миллиардов = 6 X 10.
В данном случае 9 является показателем или порядком величины.
А вот другое, куда большее число - общее количество протонов и нейтронов в составе Земли:
число протонов и нейтронов в Земле (примерно) = 5 X 10.
Очевидно, что их значительно больше, чем людей. Но насколько больше? Десять в пятьдесят первой степени - это результат перемножения пятидесяти одной десятки, а миллиард - только девяти. Так что у 10 на 42 таких сомножителя больше, чем у 10. Это значит, что ядерных частиц на Земле примерно в 10 раз больше, чем людей. (Заметьте, что я проигнорировал множители 5 и 6 в приведенных формулах. Они не слишком отличаются друг от друга, так что, если нам достаточно "оценки по порядку величины", ими можно просто пренебречь.)
Возьмем два действительно больших числа. Общее число электронов в той области Вселенной, которую можно наблюдать с помощью самых мощных телескопов, составляет около 10. Общее число фотонов - около 10. Может показаться, что 10 не намного больше, чем 10, но это обманчивое впечатление: 10 в 10 раз больше, чем 10, а 10 000 000 000 - это очень большое число. Внешне кажется, что 10 и 10 - это почти одно и то же, между тем второе число в десять раз больше первого. Так что даже небольшое изменение порядка величины может означать огромное изменение записанного числа.
Теперь рассмотрим очень маленькие числа. Размер атома, например, составляет примерно десятимиллиардную долю метра. В десятичной записи: размер атома = 0,0000000001 м.
Обратите внимание, что единица стоит на десятой позиции после запятой. В научной нотации для одной десятимиллиардной используется отрицательный показатель степени, а именно -10: 0,0000000001 = 10.
Числа с отрицательным порядком величины малы, а с положительным - велики.
Обратимся к другому числу, еще меньшей величины. По сравнению с обычными объектами элементарные частицы, подобные электрону, - очень легкие. Килограмм - это масса литра воды. Масса электрона многократно меньше. В действительности один электрон весит примерно 9 х 10 килограмма.
В научной нотации очень упрощается умножение и деление чисел. Все, что для этого нужно, - это складывать и вычитать показатели. Вот несколько примеров:
10 = 10 х 10
10/10=10
10 х 10= 10.
Показатели степени - не единственное сокращение, которое люди используют для описания очень больших чисел. Некоторые такие числа носят собственные имена. Например, гугол - это 10 (единица, за которой следует 100 нулей), а гуголплекс - это 1 (1, за которой идет гугол нулей) - это ужасно большое число.
Познакомившись с этими основами, давайте вернемся в не столь абстрактный мир, скажем, в Сан-Франциско, в третий год первого президентского срока Рональда Рейгана, - холодная война в самом разгаре, а новая война еще только начинается.
Часть 1
Надвигающаяся буря
История будет благосклонна ко мне, ибо я намерен сам ее написать.
- Уинстон Черчилль
Заглавия первой и четвертой частей этой книги взяты из первого и пятого томов истории Второй мировой войны У Черчилля.
1
Первый гром
Сан-Франциско, 1983.
К тому дню, когда в мансарде особняка Джека Розенберга произошла первая стычка, грозные тучи войны собирались уже более 80 лет. Джек, известный также как Вернер Эрхард, был гуру, ловким торгашом и немного мошенником. До начала 1970-х он был просто Джеком Розенбергом, продавцом энциклопедий. Но однажды, когда он ехал по мосту Золотые Ворота, на него снизошло откровение. Он спасет мир и благодаря этому колоссально разбогатеет. Все, что нужно, - это классное имя и новый подход к делу. Имя должно быть Вернер (в честь Вернера Гейзенберга) Эрхард (в честь немецкого политика Людвига Эрхарда), а новым подходом станут Эрхардовские семинары-тренинги, ЭСТ. И он преуспел, если не в спасении мира, то по крайней мере в том, чтобы разбогатеть. Тысячи стеснительных, неуверенных в себе людей платили сотни долларов за изматывающие разглагольствования на шестнадцатичасовых мотивационных семинарах самого Вернера или одного из его многочисленных учеников, в течение которых (по слухам) запрещалось даже выходить в туалет. Это было куда дешевле и быстрее психотерапии и каким-то образом работало. Люди приходили стеснительными и неуверенными, а после семинаров они выглядели сильными, уверенными в себе и дружелюбными - совсем как Вернер: И неважно, что иногда они казались роботами-маньяками с трясущимися руками. Они ведь чувствовали себя лучше. "Тренинги" даже стали темой очень смешного фильма "Крутой наполовину" (Semi-Tough) Берта Рейнолдса.
Вернера постоянно окружали иступленные фанатки ЭСТ. "Рабыни" - это, пожалуй, слишком сильное слово, назовем их волонтерками. ЭСТ-тренированные повара готовили ему еду, шоферы возили его по городу, его особняк был наполнен разнообразными слугами. Но, по иронии судьбы, сам Вернер тоже был иступленным фанатом - фанатом физики.
Мне нравился Вернер. Он был умным, интересным и забавным. И он был без ума от физики. Ему хотелось быть ее частью, и он тратил массу денег, собирая в своем особняке группы лучших физиков-теоретиков. А иногда всего несколько особенно близких друзей-физиков: Сидни Соулман, Дэвид Финкелыптейн, Дик Фейнмания - встречались в его доме на замечательных ужинах, сервированных выдающимися поварами. А еще Вернер любил проводить маленькие элитные конференции. Благодаря великолепно оборудованной семинарской аудитории в мансарде, волонтерам, исполняющим любое ваше желание, и месту встречи в Сан-Франциско эти мини-конференции доставляли массу удовольствия. Некоторые физики с подозрением относились к Вернеру, вдруг он хитроумно использует связи в физическом сообществе для продвижения своей деятельности? Но он никогда так не поступал. Насколько я могу судить, ему просто нравилось узнавать о новейших идеях от людей, которые их выдвигают.
Думаю, в целом состоялось три или четыре ЭСТ-конференции, но лишь одна из них оказала влияние на меня и мои физические исследования. Шел 1983 год. Среди других знаменитостей присутствовали Мюррей Гелл-Манн, Шелдон Глэшоу, Фрэнк Уилчек, Савас Димопоулос и Дэйв Финкельштейн. Но для нашей истории самым важным участником были трое главных участников Битвы при черной дыре: Герард 'т Хоофт, Стивен Хокинг и я.
Хотя до 1983 года я всего несколько раз встречался с Герардом, он произвел на меня глубокое впечатление. Все знали, что он блестящий ученый, но я чувствовал нечто гораздо большее. У него словно был стальной сердечник, дающий интеллектуальную мощь, с которой не мог сравниться никто из известных мне людей, быть может, за исключением Дика Фейнмана Оба они были шоуменами. Дик был американским шоуменом - грубоватым мачо, стремящимся оставить других в дураках. Однажды он рассказывал группе молодых физиков из Калтеха о розыгрыше, который устроили ему студенты. В Пасадене есть забегаловка, где продают сэндвичи-"знаменитости". Можно, например, заказать "Хамфри Богарта", "Мэрилин Монро" и т. п. Студенты позвали его туда на ланч - как я понимаю, в день его рождения - и стали один за другим заказывать "Фейнмана". Они заранее сговорились об этом с менеджером, так что парень за кассой даже глазом не моргнул.
Когда рассказ окончился, я сказал:
- Вот интересно, Дик, чем бы различались сэндвич "Фейнман" и сэндвич "Сасскинд"?
- Да все они одинаковы, - ответил он, - разве что в "Сасскинде" побольше ветчины.
- Да, - отозвался я, - зато там нет вареной колбасы.
Пожалуй, это был единственный случай, когда я обошел его в этой игре.
Герард - датчанин. Датчане - самые высокие люди в Европе, но Герард невысок и в меру упитан, с усами и взглядом типичного бюргера. У'т Хоофта, как и у Фейнмана, сильная соревновательная жилка, но его мне определенно никогда не удавалось обставить. В отличие от Фейнмана, он продукт старой Европы - последний великий европейский физик, наследовавший мантии Эйнштейна и Бора. Хотя он на шесть лет моложе меня, в 1983 году я трепетал перед ним и, надо сказать, не зря. В 1999 году ему присудили Нобелевскую премию за работу, приведшую к созданию Стандартной модели элементарных частиц.
И все же не Герард особо врезался мне в память после той встречи в вернеровской мансарде, а Стивен Хокинг, которого я видел тогда впервые. И именно тогда Стивен бросил бомбу, которая начала Битву при черной дыре.
Стивен - тоже шоумен. Физически он совсем крошечный человечек - я не уверен, потянет ли он на 40 килограммов, - но его тело служит носителем небывалого интеллекта и столь же раздутого эго. Стивен тогда пользовался более или менее обычным моторизованным инвалидным креслом и говорил собственным голосом, и все же его было очень трудно понять, если только не проводить с ним массу времени. Он путешествовал в сопровождении медсестры и молодого коллеги, который очень внимательно его слушал, а затем повторял сказанное.
В 1983 году переводчиком был Мартин Розек, ныне известный физик, один из пионеров важного направления, известного как супергравитация. Во время ЭСТ-конференции Мартин был еще совсем молод и не столь известен. Тем не менее по предыдущим встречам я знал его как очень способного физика-теоретика. В определенный момент беседы Стивен (через Мартина) сказал нечто, что я посчитал ошибочным. Я повернулся к Мартину и попросил прояснить физику вопроса. Он взглянул на меня как олень, пойманный светом фар. Позднее он объяснил мне, что случилось. Похоже, что перевод слов Стивена требовал столь высокой концентрации, что он обычно не мог следить за дискуссией. Вряд ли он понимал, о чем мы говорили.
Стивен выглядит довольно необычно. Я не о его кресле или очевидных телесных ограничениях. Несмотря на неподвижность мускулов на лице, его слабая улыбка уникальна: она одновременно ангельская и дьявольская, отражающая чувство затаенного удовольствия. В ходе ЭСТ-конференции я убедился, что общаться со Стивеном очень трудно. Ему требуется много времени на ответ, который обычно бывает очень лаконичным. Эти краткие, порой однословные ответы, его улыбка и его почти бесплотный интеллект напрягали. Это было как общение с дельфийским оракулом. Когда кто-то обращался к Стивену с вопросом, первоначальной реакцией была полная тишина, а затем ответ, который часто оказывался совершенно непонятным. Но всезнающая улыбка говорила: "Вы можете не понимать то, что я говорю, но я-то понимаю, и я прав".
Мир воспринимает тщедушного Стивена как могучего героя, человека необычайной смелости и силы духа. Те же, кто его знает, видят другие стороны: Стивена Играющего и Стивена Самоуверенного. Однажды вечером, во время ЭСТ-конференции, несколько участников отправились прогуляться по знаменитым сжигающим тормоза холмам Сан-Франциско. Стивен был с нами на своем моторизованном кресле. Когда мы добрались до самого крутого участка, он включил свою дьявольскую улыбку. Ни секунды не колеблясь, он рванулся вниз на предельной скорости, перепугав всех остальных. Мы бросились за ним, опасаясь самого худшего. В самом низу мы обнаружили его сидящим и улыбающимся. Он поинтересовался, нет ли здесь холма покруче. Стивен Хокинг: Ивел Книвел от физики.
Хокинг и в самом деле настоящий физик-трюкач. Но, пожалуй, самым смелым его ходом была бомба, которую он бросил в мансарде Вернера.
Я не припомню, как была организована его лекция на ЭСТ. Сегодня на своих физических семинарах Стивен молча сидит в кресле, пока бестелесный компьютерный голос воспроизводит заранее сделанную запись. Этот компьютерный голос стал фирменным знаком Стивена; при всей своей монотонности он индивидуален и полон юмора. Но тогда, он, возможно, говорил сам, а Мартин переводил. Как бы то ни было, бомба всей своей мощью обрушилась на нас с Герардом.
Стивен заявил, что "информация теряется при испарении черной дыры", и, хуже того, он, похоже, это доказал. Если это правда, поняли мы с Герардом, то разрушены самые основания нашей научной области. Как восприняли эту новость остальные в вернеровской мансарде? Как Койот из мультфильма про Дорожного Бегуна, проскочивший с разбегу край утеса: земля под ногами уже исчезла, но они этого еще не поняли.
О космологах поговаривают, что они часто ошибаются, но никогда не сомневаются. Если так, то Стивен лишь наполовину космолог: он никогда не сомневается, однако практически никогда не ошибается. И все же в данном случае он ошибся. Но его "ошибка" оказалась одной из самых продуктивных в истории физики и могла бы привести к коренной смене парадигмы в представлениях о природе пространства, времени и материи.
Лекция Стивена была в тот день последней. Еще около часа после нее Герард стоял, озабоченно разглядывая диаграмму на вернеровской доске. Все остальные разошлись. Я продолжал наблюдать за мрачным выражением на лице Герарда и довольной улыбкой Стивена. Почти ничего не было сказано. Это был момент высочайшего напряжения.