Аманда Гефтер - На лужайке Эйнштейна. Что такое ничто, и где начинается всё

Учитывая сходство сингулярности черных дыр с сингулярностью в момент рождения Вселенной, я всегда считала, что черные дыры наиболее интересны именно наличием у них сингулярности. Я была неправа. Я довольно быстро выяснила, что по-настоящему интересные события происходят на внешней стороне черной дыры, на горизонте событий. Горизонт событий – это гравитационная точка невозврата, поверхность пространства-времени, где хватка сил гравитации точно уравновешивает скорость света. Это поверхность, на которой лучи света застыли на месте под действием силы тяжести. Для наблюдателя вне черной дыры горизонт событий – это своего рода космическая стена. Поскольку свет не может пройти сквозь нее, то наблюдатель никогда не сможет увидеть что-либо на другой ее стороне. При любых намерениях и целях можно считать, что у нее просто нет другой стороны . Другая сторона принципиально и во веки веков недостижима – что бы за ней ни происходило, это не может иметь никакого физического воздействия на внешний мир. Это то, что делает черную дыру черной. Горизонт событий разрезает мир на части.

Горизонт – это дверь на одну сторону: в нее можно войти, но никак не выйти. Для физиков тут огромная проблема. Это означало, что энтропия может в нее войти и никогда не выйти, а тогда энтропия Вселенной за пределами черной дыры будет уменьшаться. Непонятно, как быть со стрелой времени.

Первый шаг к решению проблемы был сделан в 1970 году, когда Стивен Хокинг готовился ко сну. Вдруг Хокинг понял: из требования стабильности горизонта событий следует, что площадь горизонтов событий никогда не может уменьшаться. Если материя или излучение поглотились в черной дыре, образующие его лучи света не могут сходиться, они обязательно должны двигаться либо параллельно, либо прочь друг от друга. А поэтому площадь горизонта событий неизбежно вырастет, и если две черные дыры сольются, площадь горизонта новой черной дыры должна быть равной или большей, чем сумма исходных двух.

Площадь горизонта событий никогда не может уменьшаться. Когда Яакоб Бекенштейн, один из студентов Уилера в Принстоне, услышал про эту теорему Хокинга, он не мог не заметить разительное сходство со вторым законом термодинамики. Могли ли они быть связаны? Это была только догадка, но он знал, что это еретическая мысль, и он, возможно, выбросил бы ее из головы, если бы не Уилер.

«Я всегда чувствую себя преступником, когда ставлю чашку горячего чая рядом со стаканом чая со льдом и дожидаюсь, пока они оба не придут к одной комнатной температуре, сохраняя энергию, но увеличивая мировую энтропию, – сказал ему Уилер. – Последствия моего преступления останутся до конца жизни Вселенной, и нет никакого способа, чтобы стереть или отменить их. Но допустим, я уронил чашку горячего чая и стакан холодного чая в черную дыру. Тогда все свидетельства моего преступления оказываются стерты навсегда?»

Боже, думала я. Неужели Уилер никогда не использует в разговоре нормальные предложения?

Видимо, Бекенштейн понял, что он имел в виду. Прошли месяцы, и он появился в офисе Уилера со смелым заявлением: горизонт событий, сказал он, является не только аналогом энтропии, это есть сама энтропия. Уилер ответил: «Ваша идея настолько безумная, что вполне может оказаться истинной. Ее надо опубликовать».

Когда Хокинг читал статью Бекенштейна, он негодовал. Он чувствовал, что Бекенштейн неверно использовал его теорему о площади горизонта событий и пришел к заведомо ложному выводу. Проблема была очевидна. Энтропия – это тепло. Все, что обладает энтропией, имеет температуру, а значит – излучает. Однако черные дыры не могут излучать. Они черные .

Раздраженный Хокинг вместе с физиками Брэндоном Картером и Джимом Бардином написали статью, объясняющую, в чем Бекенштейн не прав. Но идея засела в его голове, и после двух лет расчетов Хокинг слелал шокирующий вывод. В своей теперь уже легендарной работе 1975 года «Рождение частиц черными дырами» он показал, что совместное действие квантовой механики и теории гравитации приводит к рождению частиц на горизонте событий. Это означает, что черные дыры действительно излучают тепло, как тела, нагретые до температуры, обратно пропорциональной их массе. Если черные дыры могут излучать, они должны обладать энтропией. Стрела времени была восстановлена, черные дыры оказались не такими уж черными, а Бекенштейн был вознагражден. Хокинг вывел уравнение, показывающее, что энтропия черной дыры пропорциональна четверти площади ее горизонта событий. Он попросил, чтобы это уравнение было выгравировано на его надгробной плите.