Пол Халперн - Квантовый лабиринт. Как Ричард Фейнман и Джон Уилер изменили время и реальность [litres]

Уилер читал статью Оппенгеймера и Снайдера еще когда она вышла, и относился к гипотезе скептически. Он знал, что она базируется на модели Карла Шварцшильда, одном из первых и наиболее простых решений уравнений общей теории относительности Эйнштейна. Вышло несколько статей с применением этой модели.

Начнем с того, что порог, ныне именуемый «горизонт событий», отделяет некую область, где пространство и время «меняются местами» посредством обмена знаками (с положительного на отрицательный для пространства и наоборот для времени). Как нечто может проникнуть через столь экстравагантную границу? Кроме того, если динамика колоссальной звезды выглядела достаточно сложной, то что могло гарантировать, что ее ядро сожмется в компактный объект, описанный настолько простым решением Шварцшильда, где в счет идут только масса и радиус?

Математик Мартин Крускал, которого Уилер знал по проекту «Маттерхорн», помог объяснить природу горизонта событий черной дыры переделкой уравнения Шварцшильда в пределах новой системы координат. В пересмотренной системе координат горизонт событий вовсе не является барьером, это проницаемая мембрана, через которую может пройти что угодно (двигаясь внутрь, по крайней мере).

Крускал в частном порядке поведал Уилеру о своих находках, и тот оказался столь впечатлен, что все записал и отправил статью в Physical Review под фамилией автора, ничего тому заранее не сказав. Получив корректуру, Крускал сильно удивился, но в конечном итоге дал добро на публикацию.

Последовавшая работа Мизнера, физика Дэвида Финкльштейна и студента Мизнера Дэвида Бэкедорфа показала, что горизонт событий является однонаправленным порталом. Все, что угодно, может войти, но ничто не в состоянии выйти, даже свет. Открытие это стало основой для доклада Мизнера «Бесконечное красное смещение» и послужило одной из причин того, что словосочетание «черные дыры» сделалось в конечном итоге научным термином.

Уилер удостоверился в правильности результатов и уделил много внимания математическим моделям сжатия тяжелых звезд, которые выглядели тем материалом, из чего возникают черные дыры. Он также отметил вывод Роя Керра от 1963 года, касающийся решения для черных дыр, поскольку тот включил в рассмотрение не только массу, но и вращение. Последним шагом стала схема Эзры Ньюмана, ведь он учел не только массу, вращение, но еще и заряд, создав таким образом полную модель.

Само собой, Джон ознакомился и с выводами Пенроуза от 1965 года, что конечным результатом катастрофического гравитационного сжатия будет, в определенном случае, пространственно-временная сингулярность – центральная точка бесконечной плотности. Взвесив все доказательства, Уилер из скептика в отношении черных дыр превратился в их сторонника.

Конференция «Природа времени» подчеркнула резкий контраст между обратимостью времени в масштабе фундаментальных частиц и его необратимостью в макромире. Эта дихотомия, помимо прочего, побудила Хогарта оживить теорию поглощения Уилера – Фейнмана, опиравшуюся на баланс из сигналов, путешествующих вперед и назад во времени, и показать, как она может объяснять космологическую стрелу времени.

Гости конференции знали, как нарушается симметрия пространственной инвариантности в определенных процессах, но при этом были уверены, что очевидным образом неизменны симметрии более высокого порядка (заряд-пространство или заряд-пространство-время). В комбинированном виде эти инвариантности означали, что временная симметрия тоже соблюдается.

Но эта «священная идея» быстро рухнула в мире физики частиц.

Кронин и Фитч в эксперименте 1964 года показали, как нарушается симметрия заряд-пространство в некоторых процессах, связанных со слабым взаимодействием, и происходит это внезапно. Их открытие продемонстрировало, что даже в мельчайшем масштабе дороги времени являются односторонними.

Эксперимент включал запись того, как распадаются нейтральные каоны (к-мезоны). В большинстве ситуаций такие частицы распадаются на три пиона, но иногда они делятся только на два. Это происходит в одном случае из тысячи, но тем не менее показывает, что нечто, считавшееся невозможным, на самом деле вполне вероятно.

Подобное отклонение было бы невозможным, если бы инвариантность заряд-пространство соблюдалась всегда, поскольку парные процессы оставались бы теми же самыми при обмене зарядов, но не при зеркальном отражении. Инвариантность заряд-пространство означает, что если одна из симметрий нарушается, то должна быть нарушена и вторая, чтобы сохранить их комбинацию.