Мичио Каку - Уравнение Бога. В поисках теории всего

Через многие триллионы лет звезды Вселенной сожгут все свое ядерное топливо и погаснут. Только черные дыры останутся неизменными в эту мрачную эпоху. Но даже черные дыры должны со временем испариться, не оставив после себя ничего, кроме дрейфующего моря элементарных частиц. Хокинг задал себе еще один вопрос: что произойдет, если бросить книгу в черную дыру? Будет ли информация, содержащаяся в этой книге, потеряна навсегда?

Согласно квантовой механике, информация никогда не пропадает. Даже если сжечь книгу, то путем кропотливого анализа молекул сгоревшей бумаги можно ее полностью реконструировать.

Но Хокинг разворошил осиное гнездо противоречий, сказав, что информация, брошенная в черную дыру, на самом деле теряется навсегда и что квантовая механика в черной дыре вследствие этого нарушается.

Эйнштейн однажды сказал, что «Бог не играет в кости с миром», – то есть невозможно свести все к вероятности и неопределенности. Хокинг добавил к этому: «Иногда Бог бросает кости туда, где вы не можете их найти», имея в виду, что кость может остановиться внутри черной дыры, где квантовые законы, возможно, вообще не действуют. Так что, когда проходишь горизонт событий, законы неопределенности перестают работать.

Услышав это, физики как один встали на защиту квантовой механики, показывая, что продвинутые теории, такие как теория струн, о которой речь пойдет в следующей главе, говорят о сохранении информации даже в присутствии черных дыр. Через некоторое время Хокинг сдал назад и допустил, что был, возможно, неправ. Но при этом он предложил собственное новое решение. Может быть, когда вы бросаете книгу в черную дыру, информация не пропадает навсегда, как он считал прежде, а возвращается в форме хокинговского излучения. В слабом хокинговском излучении зашифрована вся информация, необходимая для воссоздания книги в первоначальном виде. Так что Хокинг, возможно, был неправ, но верное решение заключается в излучении, которое он же незадолго до этого обнаружил.

В заключение заметим, что вопрос о том, теряется ли информация в черной дыре, остается открытым и служит предметом горячих споров физиков. Но для его разрешения нам, возможно, придется ждать появления окончательной квантовой теории гравитации, включающей гравитонные квантовые поправки. А пока Хокинг обратился к следующему каверзному вопросу, связанному с объединением квантовой теории и общей теории относительности.

Если черные дыры все пожирают, то куда это девается?

Короткий ответ таков: мы не знаем. Возможно, настоящий ответ будет получен, когда нам удастся объединить квантовую теорию с общей теорией относительности.

Только когда мы сумеем наконец найти квантовую теорию гравитации (а не только вещества), можно будет ответить на следующий вопрос: что находится по ту сторону черной дыры?

Если слепо принять теорию Эйнштейна, мы окажемся в сложном положении, поскольку его уравнения предсказывают, что сила гравитации в самом центре черной дыры или в начале времен бесконечна, что не имеет смысла.

Однако в 1963 г. математик Рой Керр нашел совершенно новое решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры. Ранее, в работе Шварцшильда, черная дыра должна была коллапсировать в неподвижную крохотную точку, получившую название сингулярности, где гравитационные поля становились бесконечными и все сжималось буквально в точку. Но при анализе уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры Керр обнаружил странность.

Во-первых, такая черная дыра не схлопывается в точку. Вместо этого она коллапсирует в быстро вращающееся кольцо. (Центробежные силы, действующие на вращающееся кольцо, достаточно сильны, чтобы не дать этому кольцу схлопнуться под действием собственной гравитации.)

Во-вторых, если вы попадете в кольцо, то очень может быть, что вас не раздавит и вам удастся пройти насквозь. Гравитация внутри кольца на самом деле конечна.

В-третьих, математика указывает, что, пройдя сквозь кольцо, вы можете попасть в параллельную вселенную. При этом вы – буквально – покидаете нашу вселенную и входите в другую, родственную. Представьте себе два листа бумаги, лежащие один на другом, а затем проткните их оба соломинкой. Проходя по соломинке, вы покидаете одну вселенную и попадаете в параллельную. Эта соломинка и называется кротовой норой.

В-четвертых, входя в кольцо снова, вы можете проследовать дальше, в следующую вселенную. Процесс чем-то напоминает передвижение на лифте через этажи высотного здания. Воспользовавшись лифтом, вы попадаете с одного этажа на другой; войдя в кротовую нору, вы попадаете в совершенно новую вселенную. Таким образом, мы получили поразительную и совершенно новую картину черной дыры. В самом центре вращающейся черной дыры обнаруживается нечто, напоминающее волшебное зеркало Алисы: по одну его сторону мы видим мирные окрестности английского Оксфорда, но стоит протянуть руку сквозь зеркало – и вы оказываетесь в совершенно ином месте.