Стивен Хокинг
Стивен Уильям Хокинг (1942-2018) является британским физиком-теоретиком, космологом и величайшим популяризатором науки своей эпохи. Он открыл тепловое излучение чёрных дыр, совместно с Роджером Пенроузом доказал теорему о начальной сингулярности Вселенной, написал самую читаемую научно-популярную книгу XX века и прожил 55 лет с диагнозом, которому врачи поначалу давали от силы два года.
Происхождение и детство
Стивен Хокинг появился на свет 8 января 1942 года в Оксфорде, куда его семья переехала из Лондона в разгар немецких бомбардировок. Дата рождения совпала с трёхсотой годовщиной со дня смерти Галилео Галилея. Отец, Фрэнк Хокинг, был медицинским исследователем: он изучал тропическую медицину в Оксфорде и впоследствии возглавил отдел паразитологии в Национальном институте медицинских исследований. Мать, Изобель Эйлин Хокинг (урождённая Уокер), окончила тот же Оксфорд по специальности «философия, политика, экономика». У Стивена было две сестры (Филиппа и Мэри) и приёмный брат Эдвард.
Семья слыла «очень интеллигентной и несколько эксцентричной»: в доме всегда было полно книг, за ужином велись серьёзные разговоры, а финансовое положение оставалось скромным. Начальную школу Стивен посещал в Хайгейте, читать научился лишь к восьми годам. С сентября 1952 года он учился в частной школе Сент-Олбанс в Хартфордшире, куда поступил на год раньше обычного. Одноклассники прозвали его «Эйнштейном». К 1958 году вместе с учителем математики Тиграном Тахтой он собрал работающий компьютер из переработанных деталей.
Оксфорд: лёгкий первый класс
В октябре 1959 года, в 17 лет, Хокинг поступил в Университетский колледж Оксфорда на физику. Отец настаивал на медицине, однако Стивен твёрдо выбрал точные науки. По его собственным подсчётам, за три года он учился суммарно около тысячи часов, то есть примерно по одному часу в день, считая занятия «смехотворно лёгкими». Параллельно он увлёкся греблей: стал рулевым клубного экипажа и намеренно водил лодку опасными курсами, что добавляло ему репутацию смельчака.
На выпускных экзаменах в 1962 году его результат оказался на границе первого и второго класса. На устном собеседовании Хокинг заявил: «Если дадите первый класс, пойду в Кембридж; если второй, останусь в Оксфорде. Рассчитываю на первый класс». Экзаменаторы дали первый класс. С дипломом бакалавра первого класса по физике он переехал в Кембридж.
Кембридж и диагноз в 21 год
В октябре 1962 года Хокинг начал аспирантуру в Тринити-холле Кембриджского университета. Он рассчитывал работать под руководством знаменитого Фреда Хойла, однако попал к Деннису Сиаме, одному из основателей современной космологии. Впоследствии Хокинг признавал, что именно Сиама оказал на него определяющее влияние. Темой исследований стало применение теоремы о сингулярностях ко всей Вселенной.
В конце 1962 года Стивен заметил, что стал спотыкаться и неловко двигаться. Ранней зимой 1963 года, в возрасте 21 года, врачи поставили диагноз: боковой амиотрофический склероз (БАС), болезнь Лу Герига. Прогноз был однозначным: максимум два-три года. Хокинг впал в тяжёлую депрессию, почти перестал работать. Однако поддержка научного руководителя Сиамы, родителей и влюблённость в студентку лингвистики Джейн Уайлд постепенно вернули его к науке. Болезнь оказалась редкой медленно прогрессирующей формой БАС: в итоге Хокинг прожил с ней 55 лет вместо предсказанных двух-трёх. Медицина до сих пор не может объяснить причину такого замедленного течения.
В 1966 году он защитил диссертацию «Свойства расширяющихся вселенных» и получил степень доктора философии по прикладной математике и теоретической физике. Эссе «Сингулярности и геометрия пространства-времени», написанное одновременно, разделило первое место с работой самого Пенроуза на Премии Адамса 1966 года.
Главные открытия: сингулярности и законы чёрных дыр
С конца 1960-х Хокинг систематически строил новую физику чёрных дыр. Совместно с Пенроузом он доказал в 1970 году окончательную версию теоремы о сингулярностях: если общая теория относительности верна, Вселенная неизбежно началась как точка бесконечной плотности, Большой взрыв. Время возникло вместе с Вселенной, а вопрос «что было до Большого взрыва» лишён физического смысла. Хокинг иллюстрировал это так: «Это как спрашивать, что находится севернее Северного полюса».
В 1970-1972 годах совместно с Джеймсом Бардином и Брэндоном Картером он сформулировал четыре термодинамических закона механики чёрных дыр. «Второй закон Хокинга» гласил: горизонт событий чёрной дыры никогда не может уменьшиться, как и термодинамическая энтропия изолированной системы. Параллельно была доказана теорема об отсутствии волос: чёрная дыра полностью описывается всего тремя параметрами (масса, заряд и угловой момент).
Излучение Хокинга: квантовый скандал
В 1974 году Хокинг опубликовал статью «Black hole explosions?» в журнале Nature и развернул её в полноценную работу «Particle creation by black holes» в 1975 году. Открытие потрясло физиков: оказалось, что чёрные дыры не являются абсолютно чёрными. По законам квантовой механики у горизонта событий постоянно рождаются пары виртуальных частиц. Если одна из пары падает внутрь горизонта, а другая вырывается наружу, сторонний наблюдатель регистрирует тепловое излучение. Чёрная дыра постепенно теряет массу и в конечном счёте испаряется.
Открытие создало парадокс: оно противоречило собственному второму закону Хокинга о неуменьшении горизонта событий, зато подтверждало идеи молодого аспиранта Якова Бекенштейна об энтропии чёрных дыр, с которым Хокинг прежде полемизировал. Впервые в одной формуле оказались объединены квантовая механика, термодинамика и гравитация. Экспериментально излучение Хокинга не подтверждено по сей день: для чёрных дыр звёздной массы оно настолько слабо, что его невозможно измерить никакими инструментами. Именно поэтому Хокинг так и не получил Нобелевскую премию: комитет требует экспериментального подтверждения, а присуждение посмертно по правилам невозможно.
В 1983 году совместно с Джимом Хартлом Хокинг предложил «безграничное состояние» (no-boundary proposal): Вселенная не имеет начального условия в обычном смысле, потому что вблизи момента Большого взрыва время приобретает пространственноподобный характер. «Если Вселенная самодостаточна и не имеет границ, у Бога не было бы свободы выбирать, как она началась» , написал Хокинг в «Краткой истории времени».
«Краткая история времени» и синтезатор речи
В 1985 году Хокинг тяжело заболел пневмонией во время визита в Женеву. Когда он находился в критическом состоянии, врачи предложили жене Джейн отключить аппарат жизнеобеспечения. Она отказалась. Хирурги провели трахеостомию, и Хокинг выжил, навсегда потеряв голос. Калифорнийский программист Уолт Уолтошски разработал для него программу-синтезатор речи с управлением от руки, встроенную в инвалидную коляску. Голос имел американский акцент. Позднее, когда правая рука атрофировалась, управление перешло к датчику у мимической мышцы щеки. Хокинг отказывался менять синтетический американский голос на британский: «Я привык к нему как к собственному». Первым сообщением, отправленным через новый синтезатор, была просьба к помощнику помочь закончить рукопись «Краткой истории времени».
Книга вышла в 1988 году в издательстве Bantam Books. Задумана она была ещё в 1982-м как способ заработать на образование детей. Редактор Питер Гуззарди настоял на максимальной доступности: в итоге из всей физики в текст попала лишь одна формула (E=mc2). «Краткая история времени» продержалась в списке бестселлеров Sunday Times 237 недель, установив абсолютный рекорд. К 2009 году было продано около десяти миллионов экземпляров, книга переведена на более чем сорок языков. Первый русский перевод вышел в 1990 году (переводчик Н. Смородинская). Обложка Newsweek провозгласила Хокинга «Властелином Вселенной».
Личная жизнь
Со своей первой женой, студенткой лингвистики Джейн Уайлд, Хокинг познакомился на вечеринке в 1962-1963 годах, вскоре после постановки диагноза. В июле 1965 года они поженились. Джейн стала опорой для мужа в самые трудные десятилетия болезни. У них родилось трое детей: Роберт (1967), Люси (1970) и Тимоти (1979). Люси впоследствии стала журналистом и соавтором отца по серии детских книг о Вселенной «Джордж и тайны космоса» (с 2007 года). В 1991 году супруги разошлись после 26 лет совместной жизни. Джейн написала мемуары «Музыка, двигающая звёзды» (Music to Move the Stars), которые легли в основу биографического фильма «Вселенная Стивена Хокинга».
В 1995 году Хокинг женился на своей сиделке Элайн Мэйсон. Этот союз был скандальным: в прессе появлялись сообщения о жестоком обращении, которые Хокинг отрицал. В октябре 2006 года они развелись. В последние годы жизни Хокинг поддерживал тёплые отношения с первой семьёй.
Признание, поп-культура и последние годы
Хокинг занимал Лукасовскую кафедру математики в Кембридже с 1979 по 2009 год, ту самую, что прежде принадлежала Исааку Ньютону и Полю Дираку. Среди наград: медаль Дирака (1987), премия Вольфа по физике совместно с Пенроузом (1988), медаль Коплея Лондонского королевского общества (2006), Президентская медаль Свободы США, врученная Бараком Обамой в 2009 году, и премия Breakthrough Prize in Fundamental Physics (2013, три миллиона долларов). В 2002 году по опросу BBC он вошёл в список «100 величайших британцев», заняв 25-е место.
В поп-культуре Хокинг стал персонажем уникального масштаба. В 2014 году вышел биографический фильм «Вселенная Стивена Хокинга» (The Theory of Everything, режиссёр Джеймс Марш). Исполнитель главной роли Эдди Редмэйн получил «Оскар» за лучшую мужскую роль. В сериале «Теория Большого взрыва» Хокинг неоднократно появлялся как камео, являясь кумиром главного героя Шелдона. В «Звёздном пути: Следующее поколение» он стал единственным реальным человеком в истории сериала, сыгравшим самого себя: сцена покера с голограммами Ньютона, Эйнштейна и Дейты. В 2007 году Хокинг испытал невесомость на специально оборудованном Boeing 727 в рамках программы Zero Gravity и признался, что мечтает полететь в космос с Virgin Galactic.
Смерть и наследие
Стивен Хокинг скончался 14 марта 2018 года в Кембридже, в своём доме. Ему было 76 лет. Дата смерти символична дважды: это день рождения Альберта Эйнштейна и международный день числа Пи (3,14). Частные похороны прошли 31 марта 2018 года в Кембридже. 15 июня 2018 года его прах был захоронен в Вестминстерском аббатстве, в Уголке учёных, между могилами Исаака Ньютона и Чарльза Дарвина. На надгробном камне выгравировано уравнение Бекенштейна-Хокинга для энтропии чёрной дыры.
Научное наследие Хокинга охватывает несколько десятилетий фундаментальной теоретической физики. Его теоремы о сингулярностях изменили понимание происхождения Вселенной. Излучение Хокинга остаётся самым обсуждаемым нерешённым вопросом на стыке квантовой механики и гравитации. «Краткая история времени» ввела миллионы людей в физику Вселенной. Инвалидная коляска Хокинга была продана на аукционе в 2018 году за 390 000 долларов. Его образ стал символом того, что разум способен преодолеть любые физические ограничения, а наука может увлечь кого угодно, если говорить о ней честно и конкретно.