Кип Торн - Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

* * *

Но законы квантовой механики не согласны с таким развитием событий. Они запрещают существование всякого рода бесконечностей. Очень близко к сингулярности (по крайней мере, как мы понимаем это сейчас, в 1993 г.) законы квантовой механики сливаются с законами общей теории относительности Эйнштейна и полностью изменяют «правила игры». Новые правила называются квантовой гравитацией.

Астронавт уже мертв, части его тела тщательно перемешаны, а атомы, из которых он состоял, искажены до неузнаваемости. Именно тогда квантовая гравитация вступает в силу. Но ничего еще не бесконечно. «Игра» продолжается.

Когда же именно квантовая гравитация вступает в силу и как она это делает? Как мы это понимаем в 1993 г. (а наше понимание достаточно одностороннее), законы квантовой гравитации начинают действовать, когда осциллирующие приливные силы гравитации (пространственно-временная кривизна) становятся такими большими, что они полностью деформируют все объекты за 10 -43с или еще быстрее. [131] 10 -43 с — это время Планка— Уилера. Оно примерно задается формулой √Gh/с 5 , где G= 6,670х10 -8 дин * см [131] /г [131] — постоянная всемирного тяготения, h = 1,055*10 -27 эрг*с — квантово-механическая постоянная Планка, с = 2,998x10 10 см/с — скорость света. Заметим, что время Планка — Уилера равно квадратному корню из площади Планка — Уилера (глава 12), деленной на скорость света. Затем квантовая гравитация радикально меняет характер пространства-времени. Она разрывает связь пространства и времени. Она отрывает пространство и время друг от друга, затем разрушает время как понятие и разрушает определенность пространства. Время перестает существовать. Мы больше не можем сказать: «Это произошло до того», потому что без времени нет и понятия «до» и «после». Пространство, вернее то, что когда-то было объединенным пространством-временем, превращается в случайную вероятностную пену.

До разрыва (т. е. вне сингулярности) пространство-время напоминает кусок дерева, насыщенный водой. В этой аналогии дерево представляет собой пространство, а вода — время. И обе категории (дерево и вода; пространство и время) тесно переплетены и объединены. Сингулярность и законы квантовой гравитации, которые ею управляют, подобны огню, в который брошен такой влажный кусок дерева. Огонь выпаривает из дерева воду, и оно становится одиноким и незащищенным. В сингулярности законы квантовой гравитации разрушают время, и пространство остается одиноким и незащищенным. Огонь затем превращает дерево в пену из хлопьев и пепла; законы квантовой гравитации превращают пространство в случайную, вероятностную пену.

Именно из такой случайной, вероятностной пены и состоит сингулярность, а пеной управляют законы квантовой гравитации. В этой пене пространство не обладает никакой определенной формой (т. е. никакой определенной кривизной или даже топологией). Просто существует та или иная вероятность для той или иной кривизны или топологии. Например, внутри сингулярности может существовать вероятность 0,1 % того, что кривизна и топология пространства имеют форму, показанную на рис. 13.7а; вероятность 0,4 % — форму, показанную на рис. 13.76; вероятность 0,02 % — форму, показанную на рис. 13.7 в; и т. д. Это не означает, что пространство проводит 0,1 % своего времени в форме (а), 0,4 % — в форме (б) и 0,02 % — в форме (в), потому что внутри сингулярности нет такого понятия, как время. Более того, так как там нет времени, совершенно бессмысленно спрашивать, принимает ли пространство форму (б) «до» или «после» того, как оно принимает форму ( в ). Единственный вопрос, который имеет смысл по поводу сингулярности: «какова вероятность того, что пространство, из которого вы состоите, имеет форму (а), (б) или ( в )?» Ответы будут, соответственно, 0,1 %, 0,4 % и 0,02 %.

13.7. Квантовая пена в сингулярности внутри черной дыры. Геометрия и топология пространства имеют не определенный, а вероятностный характер. Пространство может иметь форму: (а) с вероятностью 0,1 %; (б) с вероятностью 0,4 %; (в) с вероятностью 0,02 %; и т. д.

Поскольку сингулярность разрешает существование всех мыслимых, даже самых диких, кривизн и топологий внутри себя, говорят, что сингулярность состоит из вероятностной пены. Джон Уилер первым ввел понятие квантовой пены как состояния пространства, когда им управляют законы квантовой гравитации.