Александр Петров - Гравитация От хрустальных сфер до кротовых нор

Этот эффект и называется излучением Хокинга или испарением чёрных дыр. Оказывается, что скорость испарения обратно пропорциональна массе чёрной дыры. То есть, чем дыра меньше, тем быстрее испаряется, а на конечной стадии, буквально, происходит вспышка. Большинство исследователей сходятся в том, что в современную эпоху уже нет первичных чёрных дыр — все они успели испариться. Большим же чёрным дырам такая участь не грозит, поскольку они испаряются медленно, а из окружающего пространства, так или иначе, получают дополнительную энергию. Одним из постоянных источников пополнения массы является реликтовое электромагнитное излучение. Оно является результатом ранних стадий эволюции Вселенной, имеет микроволновой диапазон и температуру 2,73 К, Исходя из этих данных, определяется граничная масса чёрной дыры, когда испарение Хокинга компенсируется притоком массы извне — она приблизительно равна массе Меркурия.

Сказавши «А», нельзя не сказать «Б». Одно цепляется за другое. Если уж мы упомянули об испарении Хокинга, нужно ненадолго вернуться к проблеме исчезновения информации в чёрных дырах. Обратимся к мнению по этому вопросу самого Хогинга. Он долгое время считал

Рис. 8.5. Рождение пар частиц у горизонта событий чёрной дыры

теорему об «отсутствии волос» у чёрных дыр неким абсолютом, как и большинство его коллег. При этом придерживался той позиции, что излучение чёрных дыр чисто тепловое и потому не содержит информации о падающей в чёрную дыру материи. Однако в 2004 году Хокинг изменил своё мнение. Поскольку испарение чёрных дыр уменьшает массу, то уменьшается площадь горизонта. А с площадью горизонта прямо связана энтропия. То есть излучение должно уносить энтропию, а с ней уже можно связать и информацию. В таком случае должна быть точная связь между начальной энтропией чёрной дыры и энтропией излучения, а значит, информация не может быть потеряна полностью.

Идея кротовых нор принадлежит Альберту Эйнштейну и Натану Розену (1909–1995). В 1935 году они показали, что ОТО допускает, так называемые, «мосты» — проходы в пространстве, через которые можно, казалось бы, значительно быстрее, чем обычным путём попасть из одной части пространства в другую, или из одной вселенной в другую. Но «мост» Эйнштейна–Розена — динамичный объект, после проникновения в него наблюдателя выходы сжимаются.

А нельзя ли предотвратить сжатие? Оказывается, можно. Для этого необходимо пространство «моста» заполнить особым веществом, препятствующим сжатию. Такие «мосты» называют кротовыми норами, в англоязычном варианте — wormholes (червоточины).

Особое вещество кротовой норы и обычное отличаются тем, что по разному «продавливают» пространство–время, В случае обычной материи его кривизна (положительная), напоминает часть поверхности сферы, а в случае особой материи кривизна (отрицательная) соответствует форме поверхности седла. На рис. 8.6 схематически представлены 2–мерные пространства отрицательной, нулевой (плоские) и положительной кривизны. Поэтому для деформации пространства–времени, которая не позволит кротовой норе сжаться, необходима экзотическая материя, которая создаёт отталкивание. Классические (не квантовые) законы физики исключают такие состояния материи, а вот квантовые законы, более гибкие, допускают. Экзотическая материя препятствует формированию горизонта событий. А отсутствие горизонта означает, что можно не только попасть в кротовую нору, но и вернуться. Отсутствие горизонта событий также приводит к тому, что путешественник, любитель кротовых нор, всегда доступен телескопам внешних наблюдателей, с ним можно поддерживать радиосвязь.

Рис. 8.6. Двумерные поверхности разной кривизны

Если мы представляем, как образуются чёрные дыры, то как создаются «кротовые норы» в современную эпоху и создаются ли вообще, совершенно неясно. А с другой стороны, сейчас есть почти общепринятое мнение, что на ранней стадии развития Вселенной кротовых нор было очень много. Предполагается, что перед началом Большого взрыва (о котором мы будем говорить в следующей главе), перед расширением Вселенная представляла собой пространственно–временную пену с очень большими флуктуациями кривизны, перемешанную со скалярным полем. Ячейки пены между собой соединялись. А после Большого взрыва эти ячейки могли остаться соединёнными, что и может быть кротовыми норами в нашу эпоху. Этого типа модели обсуждались в публикациях Уилера в середине 1950–х годов.

Итак, имеется принципиальная возможность войти в кротовую нору и выйти наружу в другой точке Вселенной или в другой вселенной (рис. 8.7). Если с помощью достаточно мощного телескопа заглянуть через горловину внутрь кротовой норы, можно увидеть свет далёкого прошлого и узнать о событиях, которые случились несколько миллиардов лет назад. Действительно, сигнал из места наблюдения мог долго блуждать по Вселенной, чтобы с обратной стороны войти в кротовую нору и выйти в месте наблюдения. А если кротовые норы на самом деле возникли одновременно с рождением Вселенной, то в таком тоннеле можно увидеть самое далёкое прошлое.

Именно с позиций путешествий во времени два известных учёных, признанных специалиста в исследовании чёрных дыр, Кип Торн из Калифорнийского технологического института и Игорь Новиков из Астрокосмического центра ФИАН в начале 1980–х годов опубликовали серию работ, защищающих принципиальную возможность создания машины времени.

Однако, если вспомнить фантастические романы на эту тему, то в каждом утверждается, что путешествие во времени, скорее всего, будет разрушительным. В серьёзной теории оказывается, что никакие разрушительные действия с помощью машины времени Торна и Новикова невозможны. Причинно–следственные связи не нарушаются, все события происходят так, что изменить их нельзя — обязательно возникнет помеха, которая помешает путешественнику во времени убить «бабочку Брэдбери».

Вход в кротовую нору может быть самых разных размеров, нет никаких ограничений — от космических масштабов до размеров, буквально, песчинок. Поскольку кротовая нора — это некий родственник чёрной дыры, то не стоит в её строении искать дополнительных измерений. Если это ход куда‑то, то на языке геометрии — это сложная топология. Зададим вопрос. Как обнаружить кротовую нору? Снова вспомним, что это родственник чёрной дыры, тогда вблизи пространство–время должно быть сильно искривлено. Проявления (наблюдаемые и ненаблюдаемые) такого искривления были рассмотрены выше.