Мы настолько преуспели в развитии классической общей теории относительности, что после выхода в свет книги «Крупномасштабная структура пространства-времени» в 1973 году у меня появилось свободное время. Наша работа с Пенроузом показала, что общая теория относительности в буквальном смысле разбивалась о проблему сингулярностей. Поэтому мне казалось логичным объединить общую теорию относительности, описывающую крупномасштабные явления, с квантовой теорией, имевшей дело с явлениями микроскопическими. Но мои познания в области квантовой механики были ничтожны, и решить проблему сингулярности в то время с налета не представлялось возможным. Поэтому для начала я решил рассмотреть, как частицы и поля, подчиняющиеся канонам квантовой теории, поведут себя вблизи черных дыр. В частности, мне было интересно, возможно ли получить атом, ядром которого будет крошечная первичная черная дыра, образовавшаяся в ранней Вселенной.
Астрофизики шутят: пари с Джоном Прескиллом
Чтобы ответить на этот вопрос, я изучил процесс рассеивания квантовых полей в непосредственной близости к черной дыре, ожидая, что часть случайной волны будет поглощена, а часть рассеется. Но, к своему изумлению, я обнаружил, что из черной дыры, по всей видимости, исходит излучение. Сначала я решил, что допустил ошибку в расчетах, но тот факт, что излучение было именно таким, чтобы отождествить площадь горизонта событий с энтропией черной дыры, убедил меня в обратном. Все сводилось к весьма простой формуле:
S = Ac3/4ћG,
где S – энтропия, а А – площадь горизонта событий. Это выражение строится на трех фундаментальных постоянных: c – скорости света, G – ньютоновской гравитационной постоянной и ћ – постоянной Планка и указывает на наличие не предполагавшейся ранее глубокой связи между гравитацией и термодинамикой.
Излучение, исходящее от черной дыры, будет лишать ее энергии, что приведет к потере массы и сжатию. В конце концов, по всей видимости, черная дыра, полностью испарившись, исчезнет. Эта проблема била физику в самое сердце. По моим расчетам выходило, что данное излучение было тепловое и случайное, впрочем, как и должно быть, если площадь горизонта событий является мерой энтропии черной дыры. Но как исчезнувшее излучение могло нести информацию о том, из чего создана черная дыра? В любом случае потеря информации несовместима с положениями квантовой механики.
Этот парадокс без особого успеха обсуждался на протяжении тридцати лет, пока, так мне по крайней мере казалось, я не нашел достойное объяснение. Информация не теряется, но и не возвращается в удобоваримом виде. Это похоже на сжигание энциклопедии: при сжигании информация, которая была в энциклопедии, формально не теряется, просто ее невозможно прочитать в остатках дыма и пепла. Тогда Кип Торн и я заключили пари с Джоном Прескиллом относительно информационного парадокса. Джон выиграл пари, и в качестве приза я подарил ему энциклопедию бейсбола, хотя, возможно, я должен был вручить ему лишь пепел от нее[63].
Калтех
В 1974 году меня избрали в члены Королевского общества. Этот факт немало удивил моих коллег, потому что я был всего лишь очень молодым начинающим научным сотрудником. Но за три года мне удалось получить звание профессора.
После моего избрания Джейн как-то сникла, думая, что я достиг своего предела и в будущем буду только регрессировать. Но ее депрессия отступила после того, как мой друг Кип Торн пригласил меня и еще нескольких исследователей общей теории относительности в Калифорнийский технологический институт (Калтех).
Уже на протяжении четырех лет моими средствами передвижения были инвалидное кресло с ручным приводом и голубой трехколесный электромобиль, на котором благодаря его небольшой скорости я мог комфортно ездить и даже позволял себе, хотя и незаконно, брать пассажиров. В Калифорнии нам предоставили принадлежавший университету дом в колониальном стиле, находившийся совсем рядом с кампусом, и там же я впервые попробовал передвигаться на инвалидном кресле с электроприводом. Надо сказать, что это прибавило мне свободы и самостоятельности, принимая во внимание тот факт, что в Соединенных Штатах общественные здания и тротуары были гораздо лучше приспособлены для инвалидов, нежели в Британии. С нами жил один из моих аспирантов, который в обмен на проживание и повышенный интерес с моей стороны к его научной работе помогал мне утром подниматься, а вечером укладываться в постель, а также немного с едой.
Детям, Роберту и Люси, Калифорния тоже пришлась по душе. В школе, которую они посещали, опасались возможного похищения детей, поэтому забрать их из школы было не так просто. Вместо того чтобы просто встретить ребенка у ворот школы, родителям приходилось объезжать ее вокруг и по одному подходить к воротам, а в это время их чадо вызывали по громкоговорителю. Прежде я с таким никогда не сталкивался.
Тогда как в Англии мы обходились черно-белым, да и то плохо работавшим телевизором, в доме в Калифорнии у нас был цветной. Мы часто его смотрели, в частности, британские сериалы, такие как «Вверх и вниз по лестнице» и «Восхождение человека». Мы как раз посмотрели ту серию «Восхождения», в которой происходит допрос Галилео Галилея в Ватикане, после чего его приговаривают к пожизненному домашнему аресту, когда я получил известие о том, что Папская академия наук наградила меня медалью Пия XI. Я воспринял эту новость с негодованием и решимостью отказаться от награды, но затем вынужден был признать, что Ватикан радикально изменил свое отношение к Галилею. Поэтому я полетел в Англию, чтобы оттуда в сопровождении родителей отправиться в Рим. В Ватикане я настоял, чтобы в библиотеке мне показали материалы суда над Галилеем.
После церемонии награждения папа Павел VI встал со своего трона и опустился на колени возле меня. Там же я встретился с Полем Дираком, одним из основателей квантовой теории, с которым мне не довелось встречаться, когда он был профессором Кембриджа, поскольку в то время я был весьма далек от квантовой механики. Из его рассказа я узнал, что сначала для награждения медалью он выдвигал другого кандидата, но потом решил остановиться на моей кандидатуре и убедил Академию вручить медаль мне.
В то время в Калтехе на физическом факультете были две суперзвезды – оба нобелевские лауреаты – Ричард Фейнман и Марри Гелл-Ман, непримиримые соперники. Один из своих первых еженедельных семинаров Гелл-Ман начал со слов: «Сегодня я повторю то, о чем говорил в прошлом году», на этом Фейнман поднялся и вышел. После его ухода Гелл-Ман продолжил: «Теперь, когда нам никто не мешает, я могу начать говорить о том, о чем действительно собирался».
Это было потрясающее время для физики элементарных частиц. В Стэнфорде были открыты новые завораживающие частицы, подтвердившие теорию Гелл-Мана о том, что протоны и нейтроны состоят из еще более фундаментальных частиц, называемых кварками.
Там ж, в Калтехе, я поспорил с Кипом Торном, утверждая, что в двойной звездной системе Лебедь Х-1 нет черной дыры. Лебедь Х-1 является источником рентгеновского излучения, в котором обычная звезда теряет свою внешнюю оболочку, перетекающую на невидимый компактный спутник. Вещество, падая на спутник, закручивается по спирали, сильно разогревается и начинает испускать рентгеновские лучи. Я надеялся проиграть этот спор, так как положил немало интеллектуальных усилий на изучение черных дыр. В случае победы мне полагался утешительный приз в виде четырехгодовой подписки на сатирический журнал «Частный сыщик». Если же побеждал Кип, он получал годовую подписку на мужской эротический журнал Penthouse. Однако в последующие годы появилось так много доказательств существования черных дыр в этой звездной системе, что мне пришлось сдаться и оформить Кипу подписку на Penthouse к величайшему неудовольствию его супруги.
В Калифорнии я работал с одним из аспирантов Калтеха Доном Пейджем. Он родился и вырос на Аляске. Его родители были школьными учителями в деревне, где кроме них троих проживали исключительно инуиты. Дон был евангеликом, и когда позднее жил у нас в Кембридже, всеми силами старался обратить меня в свою
