Стивен Хокинг. Непобедимый разум  - Китти Фергюсон

Он уже пятнадцать лет вдумывался в природу черных дыр и вывел уравнения столь прозрачные, столь изящно-простые, что уверился в их правильности. Эти результаты, настаивал он, свидетельствуют о глубочайшей гармонии, лежащей в основе мироздания[164]. К 1981 году едва ли кто-нибудь сомневался в существовании излучения Хокинга. Но сам Хокинг еще в пору первой стажировки в Пасадене в 1974–1975 годах начал понимать, что в основе уравнений, подтверждающих это его открытие, таится парадокс, который грозит перевернуть всю науку физику. Парадокс этот связан с утратой информации, попавшей в черную дыру: нарушается один из фундаментальных законов физики, закон сохранения информации, – согласно этому закону, никакая информация не теряется во вселенной.

Важно понять значение слова “информация” в данном контексте. Для нас информация – это сведения обо всей материи, которая понадобилась при формировании черной дыры и которая попала в нее в дальнейшем. Но что такое информация в глазах физика-теоретика? Если сформулировать кратко, то это “информация, закодированная в частицах, составляющих вселенную”.

Приведем пример из истории изучения черных дыр. Этот пример поможет понять, что такое информация для физика-теоретика. В книге “Война черных дыр” Леонард Сасскинд рассказывает о том, как Бекенштейн провел мысленный эксперимент, подобный тем, которые проводил Альберт Эйнштейн. (Как вы помните, гипотезу Бекенштейна Хокинг в 1972 году принял как вызов.) Один-единственный фотон, падая в черную дыру, уносит с собой абсолютный минимум информации, но даже и это не так уж мало. С точки зрения Бекенштейна, главная информация – куда именно падает этот фотон.

Для своего эксперимента Бекенштейн попытался представить себе еще меньше информации, свести ее к одному биту, к предложенной Джоном Уилером единице. Бит обладает наименьшим возможным размером во вселенной – квантовым расстоянием, которое вычислил в начале ХХ века Макс Планк. Чтобы представить себе это, Бекенштейн прибег к принципу неопределенности Гейзенберга и принялся “размывать” место падения фотона. Он вообразил фотон с такой длиной волны, что местом его вхождения в черную дыру с равной вероятностью оказался бы весь горизонт событий. Точка входа, таким образом, становилась максимально неопределенной, и вся информация действительно сводилась к одному биту – фотон вошел в черную дыру. С появлением этого фотона масса черной дыры увеличивается, и, соответственно, горизонт событий расширяется – на самую “малость”, которую Бекенштейн и хотел вычислить.

Очевидно, здесь слово “информация” употребляется не совсем так, как мы с вами употребляем его повседневно. Физиков интересует не только вопрос о том, на какую передачу был настроен телевизор Джона Уилера, когда падал в черную дыру.

Сама мысль, что информация исчезает в черной дыре и становится недоступной для тех, кто остался снаружи, ученых, собравшихся в мансарде, нисколько не удивляла. Они привыкли к ней, и существование такого рода “закрытой” информации отнюдь не нарушало закона о сохранении. Пусть информация о черной дыре недоступна внешнему миру, но она никуда не делась из вселенной. Хокинг же додумался до чего-то куда более поразительного. Наступит миг, когда черная дыра излучит наконец всю свою массу и исчезнет. Что тогда произойдет со всем тем, что участвовало в формировании черной дыры или попало в нее позже?

Если до сих пор вы внимательно читали эту книгу, вы уже готовы поднять руку и напомнить, что “все это” превратилось в излучение Хокинга. Разумеется, внешне это излучение мало похоже на того злосчастного астронавта, который упал в черную дыру, но разве оно не решает проблему? В конце концов, закон сохранения информации предполагает, что информация, закодированная в частицах, из которых состоит вся вселенная, может дробиться, перекомбинироваться, уничтожаться, но – если верны известные нам фундаментальные законы физики – эта информация всегда может быть восстановлена из частиц, которые ее составляли. Иными словами, была бы информация, а восстановление всегда возможно[165].

Например, вы бросили эту книгу в огонь. Значит, ее уже никто не сможет прочесть? Теоретически, если изучить процесс горения с такой точностью, чтобы проследить все молекулярные взаимодействия, в результате которых книга превратилась в пепел, то можно бы восстановить и саму книгу. Легче, пожалуй, сходить в магазин и купить другой экземпляр – намного легче, но теоретически такая реконструкция возможна[166].

Хокинг с этим допущением не согласился. Он утверждал, что с помощью излучения Хокинга информация, попавшая в черную дыру, вернуться во вселенную уже не сможет. Если бросить эту книгу в черную дыру, восстановить ее и прочесть будет невозможно – даже теоретически. Излучение Хокинга непохоже на пепел, на размолотые, перемешанные остатки того, что упало в черную дыру. Припомните, что “спасшийся” партнер в паре частиц (мы объясняли этот феномен излучения Хокинга в главе 6) является не изнутри черной дыры, а непосредственно с ее наружной границы. В таком случае частицы, “выходящие” с излучением, не несут никакой информации о содержимом черной дыры – будь там астронавты, непарные носки или горшочек с медом, доставшийся Винни-Пуху от прабабушки. Эти частицы ничего не “знают”. Излучение Хокинга не имеет прямой связи с тем веществом, которое участвовало в формировании черной дыры или попало в нее с тех пор. Некоторые физики все еще надеялись, что каким-то образом эта информация сохранилась в излучении Хокинга, но сам Хокинг подобных иллюзий не питал. Он считал, что никакая информация из черной дыры обратно не просачивается, а когда черная дыра полностью испаряется, содержавшаяся в ней информация исчезает безвозвратно. Ее нельзя восстановить даже теоретически. Обнаруженную им неразрешимую проблему Хокинг окрестил “парадоксом информации”.

Возникали опасения, что проблема эта не сводится лишь к черным дырам. В 2005 году в интервью для программы Би-би-си Horizon Леонард Сасскинд, тоже побывавший на той чердачной конференции у Эрхарда, припомнил, какое потрясение он испытал, услышав заявление Хокинга и осознав, что, если Хокинг прав, если в черных дырах информация теряется бесследно, значит, она теряется не только там. Безвозвратно пропадают какие-то части вселенной. Забудьте о предсказуемости. Забудьте о надежной связи между причиной и следствием. Ни на что в науке больше нельзя положиться[167].

Хокинг понимал, что из всех присутствовавших, пожалуй, один только Сасскинд вполне осознал значение его слов. “Леонард Сасскинд сильно расстроился”, – вспоминал он. Ученые, да и все люди, привыкли верить в связь между прошлым и будущим, между причиной и следствием. Если пропадает информация, утрачивается и эта связь. “Мы не можем предсказывать будущее. Мы не можем быть уверены и в своем прошлом. Исторические книги и личные воспоминания – вероятно, всего лишь иллюзия. Прошлое подсказывает нам, кто мы есть. Без него мы теряем себя”[168].