Знание - сила, 2005 № 04 (934)

Черные дыры поглощают звезды, галактический газ, клубы пыли

В принципе, после "математической гимнастики", проделанной Хоукингом в Дублине, прав оказался каждый из участников спора. "Информация исчезает в топологически нетривиальном пространстве-времени, — сказал Хоукинг в своем заключительном слове, — но, с другой стороны, она сохраняется в топологически гривиальном пространстве-времени. Странности и смятение возникали, когда принимались мыслить классически, сводя все к одной-единственной топологии мироздания: либо к четырехмерному пространству-времени, либо к черной дыре. Однако идеи Фейнмана (расчеты, проделанные Хоукингом, во многом основаны на "методе интегральных троп" Ричарда Фейнмана; подробнее смотрите статью "Новое откровение Хоукинга". — А.З.) допускают, что одновременно имеет место то и другое. Сказать же, какой именно топологией наблюдатель должен пользоваться в тот или иной момент времени, так же проблематично, как и в квантовой физике сказать, через какую именно из двух щелей электрон проникает во время проводимого эксперимента. Единственное, что может констатировать наблюдатель, находящийся в бесконечности, так это то, что информация не исчезает".

Итак, к концу доклада Хоукинга расшатанные было основы физики вновь укрепились, зато разительно переменилось все мироздание. Прежде оно было усеяно особыми "выколотыми" точками, где безвозвратно скрывалась материя. Кто-то называл их ловушками, которые будут хранить добытое ими вечно; кто-то (сам Хоукинг в том числе) — "вратами в иной мир", в мир иных Вселенных; кто-то (например, Прескилл) считал черные дыры "великими шифровальщицами": да, их излучение несет информацию, но мы не можем ее расшифровать. Теперь эти провалы в пространстве затянуло водянистой рябью. Туда все так же исправно ссыпались газ, пыль, целые звезды, чтобы — подобно обломку, затянутому в водоворот,— вынырнуть несусветно далеко от этой пучины. Вынырнуть, оставшись все в той же Реке пространства, в той же Реке времени.

"Дочерняя Вселенная при этом не отпочковывается, вопреки тому, что я думал раньше. Информация неизменно остается в нашей Вселенной, — вот еще один часто цитируемый фрагмент дублинской речи. — Мне жаль разочаровывать любителей научной фантастики, но если информация сохраняется, значит, нет никакой возможности совершать при помощи черных дыр путешествие в другие Вселенные. Все, что попадет внутрь черной дыры, разумеется, исказится, но возвратит свою массу и энергию в нашу Вселенную; будет сохраняться пусть в неузнаваемом виде и информация о том, что произошло".

— В чем значимость открытия? — спрашивает Хоукинга корреспондент.

— Результат показывает, что во Вселенной все подчиняется законам физики.

Пунктир выводов превращается в жирную прямую линию, перечеркивающую многие прежние выводы Хоукинга и его коллег. Линия, продолженная в зал, где сидят 800 известных физиков (никого из российских ученых, кстати, нет), вдруг обрывается, распадается на множество точек. Слова Хоукинга безвозвратно исчезают, будто свалившись в классическую черную дыру.

"Он все опроверг. Но я думаю, что это ошибка", — говорит Роджер Пенроуз из Оксфордского университета, давний соратник Хоукинга. Именно он в конце 1960-х годов убедительно показал, что Большой Взрыв был сингулярным событием.

"Хоукинг полностью пересмотрел свои прежние воззрения, — отмечает Роберт Уолд из Чикагского университета, один из ведущих знатоков общей теории относительности. — Теперь он полагает, что можно проследить происхождение всего того, что побывало в черной дыре и было излучено ей (можно восстановить сгоревший том "Мертвых душ", к такому сравнению прибегали российские журналисты. — А.З.). Он порывает с тем, что мы все еще считаем истинным".

"Для меня это звучит неубедительно" — отмечает Джон Фридман из Висконсинского университета. "Лично мне кажется более убедительной гипотеза Прескилла" — полагает российский космолог, академик Валерий Рубаков.

И наконец, слово еще одному участнику "большого пари", Кипу Торну: "Хоукинг, наверное, прав. Похоже, он нашел подходящий аргумент. Но мне хотелось бы ознакомиться с его идеей подробнее".

А это значит, что к теме "черных дыр" мы непременно будем возвращаться в ближайшие годы. Именно в образе черной дыры — чего-то бесформенного, невидимого — завелась трещина в основах классической физики. Она разрастается, она непрерывно поглощает материю физической науки: квантовую теорию, закон сохранения энергии...

Удастся ли залатать ее заверениями Хоукинга? Подкрепят ли пошатнувшийся фундамент семь килограммов "Total Baseball"?

Александр Голяндин

В комментариях к выступлению Хоукинга журналисты обычно избегали разговора о математических методах, использованных британским ученым. В самом деле, методы эти необычайно сложны и находятся, к слову, за пределами высшей математики, изучаемой в институтах.

Приступая к расчету, Хоукинг для начала заменял временную переменную t произведением it, где мнимое число i представляет собой корень из "минус единицы". После выполнения расчета он заменял it на новую временную переменную Т. Подобные манипуляции позволили в конце концов превратить четырехмерное пространство-время в четырехмерное пространство, в котором искомые физические величины можно было найти в виде интегральной суммы, причем в идеале должны были суммироваться интегралы, взятые по всем возможным разновидностям четырехмерных геометрий и топологий.

Понять методику Хоукинга поможет аналогичный пример, который в свое время предложил Ричард Фейнман. Известно, что в квантовой физике частица не может так просто, по кратчайшему пути, попасть из пункта А в пункт В. Наоборот, существует бесконечное число троп, связывающих эти два пункта. По ним и готова передвигаться эта частица. У нее, как у людей: вы ведь тоже, отправляясь из дома на работу, редко когда след в след движетесь тем же путем. Вероятность одного маршрута выше, другого ниже, третьего — например, из Бирюлева в Чертаново с заездом в Зеленоград — и вовсе близка к нулю. Вот и вероятность того, что частица выберет тот или иной маршрут, весьма разнится. В большинстве случаев шансы очень низки. Кратчайший путь — все-таки самый вероятный, хотя возможны отклонения от него. Суммируя или интегрируя все пути, то бишь все возможности, открывающиеся перед частицей, можно вычислить ее путь в пространстве. Вот так и Хоукинг свел судьбу черной дыры к вероятностному поведению покидающих ее частиц, причем ему пришлось прибегнуть к интегрированию в четырехмерном пространстве.