Леонард Сасскинд - Битва при черной дыре. Мое сражение со Стивеном Хокингом за мир, безопасный для квантовой механики

Все изображения, созданные волнами, по своей природе размыты, и чем больше длина волны, тем менее резкой становится картинка. Радиоволны имеют наибольшую длину волны — от 30 сантиметров и более. Они дают замечательные изображения астрономических объектов, но если попробовать снять портрет в радиоволнах, он выйдет совсем нечетким.

Микроволны — следующие в направлении более коротких волн. Портрет, построенный сфокусированными 10-сантиметровыми микроволнами, по-прежнему был бы слишком размыт, чтобы различить на нем черты лица. Но когда длина волны уменьшается до пары сантиметров, становятся различимы нос, глаза, рот.

Простое правило: нельзя добиться фокусировки лучше, чем длина волны излучения, которое строит изображение. Размеры деталей лица — несколько сантиметров, и они становятся различимы лишь в более коротких волнах. Когда длина волны уменьшается до десятых долей сантиметра, лицо становится совершенно четким, хотя, возможно, мелкие прыщики на нем и не будут видны.

Допустим, Гейзенберг хочет получить достаточно четкое изображение электрона, чтобы увидеть его положение с точностью до микрона [101] Микрон — это одна миллионная метра. Это примерно соответствует размеру очень маленькой бактерии. . Для этого ему придется использовать свет с длиной волны меньше микрона.

И вот тут ловушка захлопывается. Помните, в главе 4 говорилось, что чем короче длина волны фотона, тем выше его энергия? Например, энергия одного радиоволнового фотона столь мала, что он не окажет на атом почти никакого влияния. Напротив, энергии одномикронного фотона будет достаточно, чтобы возбудить атом, забросив электрон вверх по энергетической лестнице квантовых орбит. Ультрафиолетовый фотон с длиной волны в десять раз меньше будет достаточно энергичен, чтобы вовсе вышибить электрон из атома. Так что Гейзенберг оказался в ловушке. Если он хочет определить положение электрона с высокой точностью, за это надо заплатить цену. Ему придется использовать очень энергичный фотон, который «толкнет» электрон и непредсказуемым образом изменит его движение. Если же использовать слабый фотон с небольшой энергией, то лучшее, что можно получить, это очень туманное представление о местоположении электрона. Настоящая уловка-22 [102] В романе «Уловка-22» американского писателя Джозефа Хеллера описана ситуация, когда военный пилот может быть освобожден от службы, если он сошел с ума, но он должен сам написать заявление об этом, которое официально (согласно бюрократической инструкции, известной как «уловка-22») рассматривается как доказательство его психического здоровья. В англоязычном мире выражение «уловка-22» стало нарицательным для обозначения абсурдной безвыходной ситуации. — Примеч. черев. .

Возможно, у вас возникнет вопрос: а можно ли вообще измерить скорость электрона? Ответ — можно. Для этого нужно измерить его положение дважды, но с очень низкой точностью. Например, можно использовать длинноволновый фотон, чтобы получить очень размытый образ, а затем повторить эту операцию спустя очень длительное время. Измеряя два размытых образа, можно точно определить скорость, но ценой потери точности определения положения.

Что бы ни придумывал Гейзенберг, ему никак не удавалось одновременно определить положение и скорость электрона. Я представляю себе, как он и, конечно, его наставник Бор стали задумываться, есть ли вообще какой-то смысл считать, что электрон обладает одновременно положением и скоростью. Согласно философии Бора, электрон можно описать как имеющий положение, которое можно точно измерить, используя очень коротковолновый фотон, или можно описать его как имеющий скорость, измеримую с помощью длинноволновых фотонов, но не как то и другое сразу. Измерение одной характеристики препятствует измерению другой. Бор выразил это, сказав, что два типа знания — положение и скорость — это взаимно дополнительные аспекты электрона. И конечно, в рассуждениях Гейзенберга нет ничего специфичного именно для электрона; они в той же мере приложимы к протону, атому или шару для боулинга.

История про графа, императора и Стива кажется внутренне противоречивой. Но наблюдение битов информации внутри черной дыры и наблюдение их вовне горизонта несовместимы точно так же, как несовместимы друг с другом измерения положения и скорости. Никто не может быть одновременно и вне, и внутри горизонта. По крайней мере, это было утверждение, которое я собирался сделать в Санта-Барбаре.

Черные дыры реальны. Вселенная полна ими, и они относятся к числу самых впечатляющих и неистовых космических объектов. Но в 1993 году на конференции в Санта-Барбаре большинство физиков не слишком интересовались астрономическими черными дырами. Их больше заботили не телескопические наблюдения, а мысленные эксперименты. И информационный парадокс наконец привлек к себе самое серьезное внимание.

Конференция была скромной — пожалуй, не большее сотни участников. Когда я вошел в аудиторию, то увидел множество знакомых лиц. С краю сидел Стивен в своем инвалидном кресле. Якоб Бекенштейн, с которым я никогда прежде не встречался, находился в центре аудитории. Местная команда — Стив Гиддингс, Джо Полчински, Энди Строминджер и Гэри Хоровиц — вся была на виду. Им предстояло сыграть большую роль в грядущей революции, но тогда они были противниками, одураченными пехотинцами армии информационных лузеров [103] Тут игра слов: information losers можно понимать и как «информационных неудачников», и как «теряющих информацию», то есть придерживающихся взглядов Хокинга. — Примем, перев. . Справа в первом ряду сидел Герард т' Хоофт, готовый к битве.

Вот что я запомнил из выступления Хокинга. Стивен сидел, неудобно развалившись в своем колесном кресле, голова его была слишком тяжела, чтобы держать ее прямо, все остальные замолкли в напряженном ожидании. Он находился на правой стороне сцены, откуда ему был виден большой проекционный экран, а сам он мог следить за аудиторией. К этому времени Стивен утратил возможность говорить собственным голосом. Его электронный голос вещал заранее записанный текст, а ассистент манипулировал со слайд-проектором, стоя позади него. Проектор был синхронизирован с записанным сообщением, и непонятно, что там вообще делал ассистент.