На сцене Всемирного фестиваля науки (World Science Festival) встретились два выдающихся ума современной физики — ведущий Брайан Грин и его легендарный коллега Леонард Сасскинд. В ходе глубокой и эмоциональной беседы они обсудили главные парадоксы, которые двигали фундаментальную науку вперед на протяжении последнего полувека. От борьбы за сохранение информации в черных дырах до революции теории струн и гипотезы многоликой мультивселенной — этот разговор раскрывает физику не просто как сухие формулы, а как живую драму идей.
🔧 От водопроводчика до физика: удивительный путь Леонарда Сасскинда 1:32
Мало кто знает, что один из отцов-основателей теории струн начинал свою карьеру далеко не в академических стенах. Леонард Сасскинд вырос в Бронксе в еврейской семье, где его отец работал обычным водопроводчиком. Несмотря на то, что дед Сасскинда был искусным мастером и, по семейным свидетельствам, приложил руку к созданию прекрасных интерьеров знаменитого отеля «Уолдорф-Астория», он проиграл все сбережения в карты. Из-за этого отцу будущего физика пришлось бросить школу в возрасте 12 лет и пойти работать.
По воспоминаниям Сасскинда, у молодого парня из Южного Бронкса в те годы было всего два реалистичных жизненных пути:
- Стать гангстером и заняться криминалом, что совершенно не соответствовало честному характеру его отца.
- Пойти работать в строительную сферу или освоить рабочую специальность.
Чтобы уберечь сына от дурного влияния улиц, отец с 12 лет начал приобщать его к сантехническому ремеслу, и к 15 годам Сасскинд стал полноценным водопроводчиком. Всё изменилось в 1955 году, когда 15-летний подросток увидел на газетном стенде исторический заголовок: «Умер Эйнштейн». Сасскинд вспоминает, что был буквально потрясен этой новостью. Хотя он тогда ничего не знал о физике, сам героический образ человека, разгадывающего тайны природы, зажёг в нём мечту, определившую всю дальнейшую жизнь.
Позже Сасскинд поступил на инженерный факультет в Сити-колледж Нью-Йорка (CCNY). Там произошел переломный случай на занятиях у профессора Гарольда Ротбарта. Студенты должны были выполнять чертежи тушью с помощью крайне капризного инструмента — рейсфедера, который при малейшей неловкости оставлял кляксы. Сасскинд безнадежно отставал от группы. Когда профессор Ротбарт пригрозил поставить ему неуд, Сасскинд в отчаянии признался, что дома его ждут жена, ребенок и отец, рассчитывающий на совместный сантехнический бизнес. Профессор внимательно посмотрел на студента и сказал слова, изменившие всё: «Ты действительно очень умен. Тебе не стоит заниматься черчением. Тебе нужно идти в большую науку». Именно Ротбарт помог Сасскинду открыть для себя мир теоретической физики.
🧠 Столкновение принципов как двигатель науки 7:48
В теоретической физике существуют разные подходы и стили работы. Брайан Грин привел в пример Тоитиро Киношиту из Корнелла, который мог десятилетиями заполнять тетради сложнейшими вычислениями диаграмм Фейнмана, с ювелирной точностью изучая магнитные свойства электронов. Однако Сасскинд признается, что его стиль принципиально иной. Его ум неизменно привлекает то, что он называет «конфликтом принципов».
Суть этого исследовательского метода Сасскинда заключается в следующем:
- Выделяются два фундаментальных физических утверждения, каждое из которых кажется абсолютно верным и незыблемым в своей области.
- При детальном теоретическом столкновении эти утверждения вступают в жесткое логическое противоречие.
- Поскольку оба они не могут быть истинными одновременно, задача физика — найти скрытую ошибку и разрешить этот внутренний кризис теории.
В таком поиске Сасскинд полагается не на чистый математический аппарат, а на глубокую внутреннюю интуицию. Он приводит в пример своего близкого друга Эдварда Виттена — одного из величайших математиков и физиков современности. На первый взгляд их методы противоположны, но они прекрасно понимают друг друга и говорят на одном языке. Сасскинд подчеркивает, что следование интуиции требует смелости и готовности ошибаться. По его словам, он совершал ошибки множество раз, но никогда не испытывал страха перед этим, ведь даже Эйнштейн ошибался.
🕳️ Битва за черные дыры: парадокс потери информации 11:24
Одним из самых ярких примеров противостояния научных принципов стала многолетняя дискуссия вокруг природы черных дыр. Вскоре после того, как Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности в 1915 году, Карл Шварцшильд нашел ее первое точное математическое решение, из которого следовало существование черных дыр. Сам Эйнштейн долгое время сопротивлялся этой идее и до 1940-х годов пытался доказать, что такие экстремальные объекты не могут существовать в реальности.
Сасскинд отмечает, что фундаментальная физика — это глубоко человеческий процесс, полный страстей, споров и личных амбиций. Яркое тому подтверждение — его многолетнее идейное противостояние со Стивеном Хокингом. В свое время Хокинг и Яаков Бекенштейн совершили прорыв в понимании термодинамики черных дыр, однако затем Хокинг выдвинул радикальный тезис: всё, что падает в черную дыру, исчезает навсегда и бесследно. Под «всем» подразумевалась физическая информация — фундаментальное различие между объектами, позволяющее отличить состояние А от состояния Б.
Это утверждение спровоцировало колоссальный конфликт двух столпов науки:
- Общая теория относительности Эйнштейна утверждает, что объекты могут свободно пересекать математическую поверхность — горизонт событий черной дыры — и физически уходить в сингулярность, откуда нет возврата.
- Квантовая механика базируется на принципе унитарности, который строго запрещает бесследное уничтожение информации; она может запутаться, усложниться или рассеяться, но принципиально обязана сохраняться во Вселенной.
По воспоминаниям Сасскинда, он и голландский физик Жерар 'т Хоофт сразу же категорически отвергли гипотезу Хокинга, доверившись своей квантовой интуиции. Сам Хокинг, напротив, упорно стоял на своем, полагая, что несохранение информации в черных дырах станет его главным наследием в науке.
🎞️ Голографический принцип: спасение информации 19:53
Выходом из тупика стало рождение революционного голографического принципа. Идея пришла к Сасскинду во время прогулки по физическому факультету Стэнфорда, где они с коллегой остановились перед музейным экспонатом — двумерной голограммой красивой девушки. Восхитившись тем, как плоская пленка кодирует трехмерный образ, Сасскинд осознал: именно так должен работать горизонт событий черной дыры. Информация о падающем объекте «прилипает» к двумерной поверхности горизонта и остается доступной для внешнего мира, в то время как сам объект физически падает внутрь без каких-либо катастрофических ощущений в момент пересечения границы.
Поначалу коллеги посчитали, что Сасскинд и Жерар 'т Хоофт «лишились рассудка». Единственным, кто безоговорочно поддержал концепцию на раннем этапе, был Эдвард Виттен. Настоящий водораздел произошел через несколько лет, когда молодой физик Хуан Мальдасена математически описал так называемое пространство Анти-де Ситтера. Мальдасена построил точную квантовомеханическую модель, в которой вся физика внутри объемного пространства была жестко и без потерь закодирована на его внешней границе.
Логика Сасскинда подкреплялась фундаментальным открытием Хокинга и Бекенштейна:
- В обычных условиях количество информации (энтропия) в замкнутой области пропорционально ее геометрическому объему.
- Однако для черной дыры энтропия оказалась строго пропорциональна площади ее поверхности (горизонта событий), а не объему.
- Следовательно, максимальное количество информации, которое можно спрятать в любой области пространства, ограничено исключительно площадью ее внешней границы.
Хотя модель Мальдасены описывала вселенную, геометрически отличную от нашей, она доказала математическую непротиворечивость голографического принципа. В конечном счете, Стивен Хокинг признал свою неправоту.
🎻 Теория струн: изнанка элементарных частиц 31:45
Другим фундаментальным полем битвы принципов, где Сасскинд сыграл ключевую роль, стала теория струн. В 1960-х годах физики на ускорителях пытались понять поведение сталкивающихся адронов. Итальянец Габриэле Венециано вывел изящную формулу, которая хорошо описывала экспериментальные данные, но никто не понимал её физической природы. В то время в Беркли доминировала теория S-матрицы, утверждавшая, что заглянуть внутрь частиц в принципе невозможно, и физика не должна заниматься их внутренней структурой.
Сасскинд оспорил этот скептический тезис, применив специальную теорию относительности Эйнштейна:
- Если протон движется с колоссальной скоростью, близкой к световой, то все его внутренние процессы для внешнего наблюдателя замедляются.
- Это означает, что гипотетически сделав серию сверхбыстрых «снимков» летящей частицы, мы можем разглядеть её внутреннее устройство.
Анализируя формулу Венециано, Сасскинд заметил в ней математические черты квантового гармонического осциллятора — простейшей колебательной системы, подобной маятнику или пружине. Пытаясь представить протон как цепочку таких пружин, он пришел к выводу, что перед ним — вибрирующая квантовая струна. Спустя несколько недель выяснилось, что к абсолютно такому же результату независимо пришел выдающийся японский физик Йоитиро Намбу. Сасскинд вспоминает, что испытал тогда смешанные чувства: разочарование от потери единоличного авторства компенсировалось гордостью от того, что он мыслит на одном уровне со своим кумиром Намбу.
🌌 Новая философия квантовой гравитации и ландшафт вселенных 39:35
В своем первоначальном виде теория струн имела серьезный изъян: в её спектре присутствовала лишняя безмассовая частица, которой не было места в физике протонов и нейтронов. Джон Шварц и Жоэль Шерк совершили концептуальный переворот, осознав, что эта частица — гравитон, квант-переносчик гравитационного взаимодействия. Оказалось, что математика струн описывает процессы на масштабах, которые на 19 порядков меньше размеров протона. Это положило начало связи между гравитацией и квантовой механикой.
По мнению Сасскинда, традиционная попытка «квантования» общей теории относительности по методу Дирака была ошибкой. Она неизбежно приводила к математическим противоречиям и бесконечностям в расчетах. Сасскинд утверждает, что гравитация и квантовая механика настолько глубоко переплетены, что их невозможно разделить: уравнения Эйнштейна буквально «выпрыгивают» из математики колеблющейся струны.
Сегодня критики часто упрекают теорию струн в отсутствии проверяемых экспериментальных предсказаний. Сасскинд соглашается с фактом отсутствия таких подтверждений, но категорически не согласен с тем, что теория из-за этого теряет свою научную ценность. По его мнению, главная заслуга теории струн на данный момент — доказательство того, что квантовая механика и гравитация могут гармонично и непротиворечиво сосуществовать в единой математической рамке. Физик называет её «единственной математической игрой в городе» (the only game in town), способной воспроизвести свойства реального мира, такие как электроны, фотоны и калибровочные симметрии.
Со временем число математических способов «свернуть» дополнительные измерения теории струн в микроскопические пространства разрослось до фантастической цифры — $10^{500}$. Сасскинд выдвинул смелую гипотезу «ландшафта теории струн»:
- Все эти миллиарды вариантов сжатия измерений могут реализовываться в действительности, порождая огромное множество типов вселенных (мультивселенную).
- Мы находимся именно в той вселенной, чьи физические законы и тонкие настройки параметров сделали возможным существование химии, биологии и разумной жизни.
В завершение беседы Сасскинд отметил удивительную эволюцию радикальных научных идей. Сегодня голографический принцип перестал быть просто безумной абстракцией и превратился в практический инструмент, с помощью которого физики рассчитывают квантовые цепи для будущих квантовых компьютеров. «Я просто получаю удовольствие, — с улыбкой подытожил 86-летний ученый. — Мне нравятся вопросы, нравится искать ответы, это просто весело».
