Стивен Хокинг - Теория всего. От сингулярности до бесконечности - происхождение и судьба Вселенной

Уникальным приемником гамма-лучей, способным обнаружить первичные черные дыры, является атмосфера Земли. (В любом случае, маловероятно, что мы сможем построить более крупный приемник.) Когда обладающий высокой энергией гамма-квант сталкивается с атомом в атмосфере Земли, рождаются пары электрон-позитрон. Когда они в свою очередь сталкиваются с другими атомами, образуются новые пары электрон-позитрон. Начинается так называемый электронный ливень, результатом которого является некая форма света, называемая излучением Черенкова. Следовательно, можно наблюдать гамма-всплески в виде вспышек света на ночном небе.

Разумеется, существует множество других явлений, порождающих вспышки на небе, например разряды молнии. Однако гамма-всплески отличаются от подобных эффектов тем, что гамма-всплески наблюдаются одновременно в двух или нескольких пунктах, находящихся на достаточно большом расстоянии друг от друга. Два ученых из Дублина, Нил Портер и Тревор Уикс, провели поиск таких гамма-всплесков с помощью телескопов, установленных в Аризоне. Они зарегистрировали множество вспышек, но ни одну из них нельзя было с уверенностью приписать всплескам гамма-излучения первичных черных дыр.

Уникальным приемником гамма-лучей, способным обнаружить первичные черные дыры, является атмосфера Земли.

Даже если поиски первичных черных дыр окажутся безрезультатными (что весьма вероятно), они дадут нам важную информацию о самых ранних стадиях эволюции Вселенной. Если ранняя Вселенная была хаотичной или неоднородной или если давление вещества было низким, в ней должно было образоваться значительно больше первичных черных дыр, чем предельное число, установленное по наблюдениям фонового гамма-излучения. Отсутствие наблюдаемых первичных черных дыр можно объяснить, только если ранняя Вселенная была очень гладкой и однородной и если давление в ней было велико.

Излучение черных дыр стало первым примером предсказания, зависящего от обеих великих теорий XX века — общей теории относительности и квантовой механики. Поначалу оно породило множество возражений, поскольку противоречило общепринятой точке зрения. «Как черная дыра может что-либо излучать»? Когда я впервые рассказал о результатах своих вычислений на конференции в лаборатории им. Резерфорда, расположенной поблизости от Оксфорда, мои выводы были встречены всеобщим недоверием. По окончании моего доклада председатель заседания Джон Дж. Тейлор из лондонского Королевского колледжа назвал все мои результаты вздором. Он даже написал об этом статью.

Однако в конце концов большинство людей, включая Джона Тейлора, пришли к выводу, что черные дыры должны испускать излучение, как нагретые тела, если наши представления об общей теории относительности и квантовой механике верны. Таким образом, даже если мы пока не обнаружили ни одной первичной черной дыры, большинство ученых согласны с тем, что если таковая будет найдена, она должна обладать мощным гамма- и рентгеновским излучением. Если мы найдем ее, я получу Нобелевскую премию.

Существование излучения черных дыр, по-видимому, означает, что гравитационный коллапс не является таким уж окончательным и необратимым процессом, как мы предполагали. Если астронавт упадет в черную дыру, ее масса увеличится. Когда-нибудь энергия, эквивалентная этой дополнительной массе, вернется во Вселенную в виде излучения. Так что астронавт в некотором смысле подвергнется «переработке». Впрочем, это будет не очень приятный вариант бессмертия, поскольку личное ощущение времени для астронавта почти наверняка перестанет существовать, когда он будет раздавлен в черной дыре. Даже элементарные частицы, испущенные впоследствии черной дырой, будут в общем случае отличаться от тех, из которых состоял астронавт. Все, что сохранится от астронавта при попадании в черную дыру, — это его масса (или энергия).

Существование излучения черных дыр, по-видимому, означает, что гравитационный коллапс не является таким уж окончательным и необратимым процессом, как мы предполагали.

Приближения, использованные мною для оценки излучения черных дыр, должны хорошо подходить для черных дыр с массой, превышающей доли грамма. Однако они не работают, когда жизненный цикл черной дыры подходит к концу и ее масса становится очень маленькой. Кажется, что наиболее вероятным исходом будет простое исчезновение черной дыры, по крайней мере из нашей области Вселенной. Она исчезнет вместе с астронавтом и любой сингулярностью, которая может в ней заключаться. Это было первым признаком того, что квантовая механика может устранить сингулярности, предсказанные общей теорией относительности. Однако методы, которыми я и другие исследователи пользовались в 1974 г. для изучения квантовых эффектов гравитации, не давали ответов на такие вопросы, как возможность появления сингулярностей в квантовой теории гравитации.