Простая сложная Вселенная - Кристоф Гальфар

Пока весь процесс разворачивается на ваших глазах, вы понимаете, что он – полное противоречие земным законам: горячая вода в кружке на планете Земля не нагревается, испаряясь. Обычно она остывает. Если бы это было иначе, то забытый на столе горячий кофе привел бы к катастрофе. Вечерние новости пестрели бы историями вроде: «Еще одна чашка кофе подожгла стол, что привело к возгоранию всего здания. Не забывайте всегда обезвреживать ваши горячие напитки, сливая их в соответствующие резервуары».

Черные дыры явно отличаются от чашек кофе. Чем больше они испаряются, тем больше они сжимаются, тем горячее они становятся. Никто не знает, что происходит в конце этого процесса. Исчезают ли черные дыры с финальным взрывом? Остаются ли от них странные, крошечные остатки с особыми свойствами? Чтобы выяснить ответ, необходимо узнать, какие законы управляют сингулярностью, скрытой глубоко внутри. Ученые ищут их, начиная с 1975 года. Это был тот год, когда Стивен Хокинг обнаружил на бумаге, что черные дыры испаряются.

Сначала он не поверил собственным расчетам. Свет казался выходящим из места, где никакому свету не предполагалось быть вообще. Так что он снова повторил свои расчеты. И снова. Только чтобы убедиться, что свету и частицам действительно удалось найти выход из черных дыр. Он опубликовал свое открытие в журнале Nature и мгновенно стал известен во всем мире, за пределами научных кругов. Квантовые эффекты заставили черные дыры испаряться. Что бы ни очутилось внутри них, не обречено остаться там навсегда. Оно выходит наружу, пусть и не обычным способом. Обладая способностью испаряться, черные дыры ведут себя так, будто обладают температурой, известной сегодня как температура Хокинга.

Наблюдая, как из черной дыры выходят остатки энергии, вы понимаете, что то, на что вы смотрите, сообщает вам, что микромир и мегамир способны общаться, если им, конечно, приходится это делать. Излучение черных дыр до сих пор является единственным доказательством, что наши теории могут в этом отношении отражать природу. Это конкретный намек, говорящий, что теория квантовой гравитации все-таки может быть возможна. Любому серьезному сопернику такой теории придется рассчитать температуру Хокинга и испарение черных дыр – весь путь до самой смерти черной дыры.

– Черные дыры могут умирать, – говорите вы громко вслух, не в силах поверить.

– Как и все остальное в этой Вселенной, – подхватывает робот.

Но примерно в конце 70-х годов прошлого века открытие Хокинга также привело к довольно странному и весьма нервирующему заявлению. Имея в руках свою формулу температуры, Хокинг попытался извлечь и расшифровать из найденного им излучения информацию о том, что в первую очередь составляет черную дыру. Чтобы упростить процесс, он начал с уже полностью сформированной черной дыры и «бросал» в нее различные предметы, чтобы увидеть, как преобразует каждый из них последующее излучение. Удивительно, но не оказалось никакой разницы. Ничто в испускаемом излучении не сообщало ему ничего о брошенных в дыру вещах, кроме их массы. Из того, что он мог сказать, казалось, что черные дыры целиком и полностью избавляются от характеристик того, что они поглотили. Кроме их массы. Независимо от того, проваливались ли сквозь горизонт черной дыры люди, стопки книг, астероиды или алмазы, если у них оказывалась одинаковая начальная масса, то впоследствии они испарялись абсолютно одинаковым образом. Так что для черных дыр, по версии Хокинга, люди, книги и камни были одинаковыми на вкус. Для всех нас это означает, что для черных дыр какое-то значение имеет лишь наша масса, что может задеть достоинство некоторых. Для ученых, однако, это стало философской катастрофой.

До работы Хокинга предполагалось, что черные дыры поглощают все, что пересекает их горизонт, и растут, и это не представляло собой проблемы. Все, что упало внутрь, не теряется. Оно просто хранится за горизонтом, и трудно (на самом деле невозможно, но кто знает) извлечь его обратно.

Имея ошеломляющую информацию об испарении черных дыр, мы сталкиваемся с ее тревожным осуществлением на деле: вещи начинают пропадать из реальности. Независимость излучения Хокинга[57] от того, что именно попадает в дыру, означает, что эти темные монстры становятся провалами памяти нашей Вселенной. И раз черные дыры испарили хранимое в недрах прошлое, к которому не только трудно, но и невозможно получить доступ, то его просто нигде больше нельзя будет найти. Оно исчезло навсегда. Наука искала Теорию всего, теорию объяснения всего в одной формуле, и первый же результат, достигнутый в результате такой попытки, нанес невыносимый удар по науке в целом. Науке, навечно лишенной шанса объяснить потерянное прошлое, очутившееся в черных дырах, велено отказаться от надежды однажды описать и понять всю историю Вселенной. Излучение Хокинга стало колоколом, возвещающим не конец квантовой физики или общей теории относительности, но конец физики как средства познания, откуда произошла Вселенная. Эта проблема была дублирована информационным парадоксом черных дыр.

Сегодня физики больше знакомы с грубыми приближениями Хокинга, используемыми им для достижения результата. Но и через 40 лет после своего открытия, когда Хокинг попросил меня поработать над этой проблемой вместе с ним, она осталась окутанной тайной. Но теперь появились намеки, что выход может быть найден, если применить то, что известно о квантовом мире, к самим черным дырам, и тогда оказывается, что черные дыры могли существовать, а могли и не существовать… Куда привели ученых такие размышления, вы узнаете в следующей, заключительной части книги.

Однако на данный момент, находясь в неизвестном количестве миллиардов лет в будущем, вы вдруг вспоминаете о подозрительном счастье робота по поводу вашего возвращения из черной дыры. Разве вас не удивило тогда, почему он был так обрадован, что вы его узнали?

Вы думали, что это было искренне, не так ли? Но, вероятно, ничего подобного, и теперь вы знаете причину: робот не был уверен, помните ли вы что-нибудь вообще. Он не знал, очистит или нет черная дыра ваше тело и разум от всей содержащейся в них информации. Когда вы узнали его и хотели разорвать его на куски за то, что он толкнул вас, то он узнал…

Он узнал, что вы вспомнили все, что информация в вашем случае не была потеряна, даже если у вас нет ни малейших воспоминаний о том, как вам удалось вернуться сквозь горизонт черной дыры.

Вы помните, что стали набором из фундаментальных частиц. А потом – что оказались снаружи.

В промежутке произошел квантовый скачок или что-то другое.

Выяснение того, как именно это могло случиться, – именно то, что предполагает достичь приличная теория квантовой гравитации. И так как это то, что вы будете исследовать в ближайшее время, позвольте мне подчеркнуть тот факт, что с начала этой части книги вы вошли в чисто теоретический мир. Темная материя никогда не была создана в лаборатории, так же как и темная энергия, то же самое справедливо и для черных дыр: их испарение до сих пор не было обнаружено никаким экспериментом, прямо или косвенно. Иначе Хокинг получил бы Нобелевскую премию.