Знание-сила, 1999 № 07-08

Как могут различаться два конца времени? Почему возмущения малы на одном конце и велики на другом? Причина в том, что есть два сложных решения полевых уравнений… Одно – для одного конца времени, другое – для другого. На одном конце Вселенная однородна и кривизна Вейля мала, но не равна нулю, что было бы нарушением принципа неопределенности. Есть небольшие флуктуации этой кривизны, которые позднее и вырастают в галактики и в нас с вами. На другом конце времени – мир очень неоднороден и кривизна Вейля велика. Таким путем мы смогли бы объяснить наблюдаемую стрелу времени.

Из того, насколько я понимаю позицию Стивена, наши разногласия не столь уж велики по поводу гипотезы Вейля о кривизне. Для начальной сингулярности кривизна Вейля приблизительно равна нулю. Стивен считает, что обязательно есть квантовые флуктуации и равенство кривизны нулю возможно лишь в классическом рассмотрении. Я не возражаю против этих флуктуаций, надо лишь ограничить их где-то совсем близко от нуля.

Я согласен принять тезис Стивена, что для начального момента не надо вводить граничных условий. Но конец Вселенной – это совсем иной случай.

Теория, которая объясняет теорию сингулярностей, должна нарушать симметрию СРТ, да и другие симметрии. Но это нарушение может быть органично включено в законы теории, которая будет включать в себя квантовую механику.

Наши лекции четко показали разницу между мной и Роджером. На мой взгляд, он – платонист, а я – позитивист. Его беспокоит, что кошка Шредингера находится в квантовом состоянии – она наполовину жива, наполовину мертва. По его мнению, это не может соответствовать реальности. Но меня это не беспокоит. Я не требую, чтобы теория соответствовала реальности, поскольку я не знаю, какова реальность. Реальность не есть нечто, что можно проверить лакмусовой бумажкой. Меня заботит лишь то, чтобы теория предсказывала результаты экспериментов – квантовая теория это делает достаточно успешно.

Роджер считает, что коллапс волновых функций может привести к нарушению инвариантности физических законов относительно знака времени. Он видит проявление этой неинвариантности в космологии и в черных дырах. Я могу согласиться с тем, что несимметричность по времени может появиться из-за нашего неумения задавать вопросы о наблюдении. Но я абсолютно не согласен с тем, что это некоторое физическое явление, которое ограничивает волновую функцию или имеет отношение к нашему сознанию. Для меня это звучит уже как магия, а не как наука.

Квантовой механике всего семьдесят пять лет. Это не очень много по сравнению с ньютоновской теорией, к примеру. Поэтому вполне возможно, что эта теория будет модифицироваться для макроскопических объектов.

В начале наших лекций Стивен сказал, что считает себя позитивистом, а меня – платонистом. Я рад за него, но себя считаю реалистом. Наши споры можно сравнить с диспутом Бора и Эйнштейна около семидесяти лет назад, причем Стивен играет роль Бора, а я – Эйнштейна. Эйнштейн считал, что может существовать некий реальный мир, не обязательно описываемый волновыми функциями, а Бор подчеркивал, что волновые функции описывают не реальный мир, а лишь наше знание о нем. Спор их так и остался неоконченным и интерес к нему со временем угас.

Я считаю, что открытие Стивеном черных дыр и их испарения позволило нам вернуться к этой дискуссии как бы на новом уровне.

1

Пока астрономы и теоретики выдвигают идеи, проверяют гипотезы и спорят о выводах, космический телескоп Хаббл практически ежедневно выдает все новые и новые результаты, среди которых есть немало черных дыр.

На рисунке 1 изображена гигантская эллиптическая галактика NGC 4261. Это одна из двенадцати самых ярких галактик в скоплении Девы, расположенной в сорока пяти миллионах световых лет от нас. На левой части фотографии показано комбинированное изображение, полученное в видимом свете и радиоволнах на земных телескопах. Белый свет – это изображение с обычного телескопа: галактика предстает в виде неясного диска из сотен миллиардов звезд. Радиоизображение дано в оранжевом свете. Ясно видны две струи, исходящие из центра и распространяющиеся на расстояние в восемьдесят восемь тысяч световых лет.

2

3

В правой части рисунка – изображение, полученное телескопом Хаббл. Гигантский диск из газа и пыли подпитывает черную дыру, расположенную в центре галактики. Размеры диска – около трехсот световых лет в поперечнике. Нам повезло, и он наклонен под углом в шестьдесят градусов к оси наблюдения с Земли, поэтому все так хорошо видно.

Яркая точка в середине – это, вероятно, и есть место, где расположена черная дыра. Черный диск – это холодный внешний район, откуда газ и пыль устремляются к центральному жаркому диску аккреции размером в сотню миллионов миль от подозреваемой черной дыры. Этот диск поставляет в нее вещество, а гравитация сжимает и нагревает его. Горячий газ вырывается из окрестности черной дыры двумя струями, перпендикулярными плоскости диска, как расположена ось у колеса. Все перечисленные черты дают основание утверждать, что обнаружена черная дыра.

Холланд Форд из Балтиморы, один из авторов наблюдения, говорит: «Новый результат телескопа Хаббл позволяет нам переступить через дискуссию о том, существуют дыры или нет. Теперь мы можем приступить к детальному исследованию этих монстров и поиску ответов на другие вопросы: в каждой ли галактике есть своя черная дыра? Как работают эти необычные образования?»

Однако, кроме ответов, в этом наблюдении есть и загадочные вопросы. К примеру, черная дыра находится не в самом центре галактики, а смещена на двадцать световых лет. Кто ее сдвинул? Это ведь невероятно тяжелый объект… Одно из экзотических объяснений: она сама себя сдвинула. Может быть, две вырывающиеся струи не компенсируют друг друга и под действием этих «двигателей» черная дыра и перемешается?

Четыре года назад в архиве Хаббла было еще два «менее» красивых кандидата на роль черной дыры: объект с массой в два с половиной миллиарда солнечных масс в центре элиптической галактики М87 (рисунок 2) и тонкий крутящийся диск в центре спиральной галактики NGF 4258 массой около сорока миллионов солнечных масс. Телескоп Хаббл очень хорошо подходит для «охоты» на черные дыры: он может с высокой точностью измерять вращение газа около подозреваемого объекта – возрастание скорости вращения к центру служит свидетельством того, что там черная дыра.