Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Хайно Фальке

услышать подобные предположения, он перевернулся бы в гробу. Ведь, согласно его принципу эквивалентности, при свободном падении в темную бездну черной дыры частица не должна даже заметить переход через горизонт событий. Только “врезавшись” в сингулярность, она поймет, что что‐то пошло не так. В рамках общей теории относительности на горизонте событий места для информации нет.

Тем не менее большинство физиков полагает, что – так или иначе – информация накапливается в черных дырах и высвобождается оттуда вместе с излучением. Более того: они даже думают, что излучение черных дыр содержит секретный код, который, по крайней мере теоретически, можно расшифровать и который позволит выяснить, что с ними происходило в прошлом. Сам Стивен Хокинг, поначалу сомневавшийся, что такое возможно, проиграв пари[211], тоже перешел в лагерь сторонников этой идеи. А вот знаменитый математик Роджер Пенроуз, показавший, что существование черных дыр с необходимостью следует из теории Эйнштейна, настаивает, что на самом деле внутри черных дыр информация необратимо теряется. Короче говоря, мы пока еще не знаем, что в действительности гравитационное поле делает с квантовыми частицами.

Лично я, хоть и с некоторой осторожностью, склонен согласиться с мнением Пенроуза. Черные дыры – макроскопические объекты, не сводящиеся только к сингулярности в центре. Черная дыра – это скорее вся область искривленного пространства вокруг сингулярности. Она состоит из совокупности всех квантовых частиц внутри и вне сингулярности. Ни одна из этих квантовых частиц не является изолированной – на нее влияют все остальные частицы. Информация обобществляется[212]. Если это так, то можем ли мы по‐прежнему говорить об индивидуальном состоянии частицы и об информации, содержащейся в отдельной частице? Есть ли смысл использовать принципы квантовой физики, рассуждая о пространстве, если оно не квантовано? Обратима квантовая теория, но не реальная макроскопическая Вселенная. Почему же таковыми должны быть черные дыры? Может быть, это самый большой генератор случайных чисел в космосе?

Информационный кризис в физике в самом разгаре – об этом написаны целые книги. Ошибочна общая теория относительности – или ошибочна квантовая физика? Есть много убедительных гипотез, но мы не знаем, приведут ли они нас куда‐нибудь. Однако кризис в физике – это всегда возможность появления новой теории. Уже более сорока лет ученые пытаются согласовать теорию гравитации и квантовую физику, но пока безуспешно. Построение теории квантовой гравитации – дело невероятно сложное. В большинстве предлагаемых вариантов крайне трудно даже заставить яблоко упасть на землю.

Творческих идей хватает; скорее не хватает ясного намека свыше, какая из этих двух теорий правильна. Однажды Герман Николаи, один из ведущих исследователей в области гравитации из Потсдама, сказал мне: “Я не думаю, что продвинуться дальше удастся, только теоретизируя, – нужен эксперимент”. Нужна “квантово-гравитационная” экспедиция Эддингтона!

Однако пока это скорее кризис теоретической физики. Наше изображение черной дыры еще не позволяет подтвердить или опровергнуть многочисленные новые теории. В данный момент для его интерпретации требуется только общая теория относительности, которая много объясняет лучше, чем любой иной подход. Если, согласно новой теории, размер и форма тени и впрямь будут на несколько процентов отличаться, то со временем нам, возможно, удастся обнаружить этот эффект. Если же подобные отклонения имеют место только на размерах квантовых объектов, они могут так навсегда и остаться скрытыми от нас.

Теперь, когда у нас есть изображение черной дыры, проблема несостыковки двух теорий стала чуть реальнее и чуть более осязаемой, чем раньше. Вглядываясь в темное пятно тени, мы смотрим непосредственно на край горизонта событий, где соперничают гравитация и квантовая физика. Проблема объединения двух больших теорий отнюдь не абстрактна. Она реальна. Наш результат состоит в том, что мы отыскали для этой проблемы определенное место, так что теперь на нее можно просто указать пальцем. Истинная тайна этого изображения кроется не в ярком огненном кольце, а в его темной области.

14

Бесконечность знания и ограничения

Измеримо ли всё?

Одно из самых впечатляющих изображений было получено на основании снимков, сделанных космическим телескопом “Хаббл” в декабре 1995 года во время празднования Рождества. Телескоп, направленный на ничем не примечательный и почти случайно выбранный участок неба прямо над Ковшом Большой Медведицы, десять дней собирал снимки. Объединив 342 отдельные фотографии, исследователи построили изображение крохотного участка небесной сферы с очень высокой детализацией[213]. По сравнению с необозримыми просторами космоса эта область невероятно мала: примерно столько можно увидеть, глядя на небо через ушко иголки, которую держишь на расстоянии вытянутой руки. На фоне темного космического пространства светится множество крупных и мелких островков света. Если присмотреться, становится понятно, что каждое крохотное светлое пятнышко – это отдельная галактика. На одном этом изображении около 3 000 галактик. Чтобы отобразить все небо, требуется около 26 миллионов подобных крошечных изображений, что соответствует нескольким сотням миллиардов галактик. Считая, что каждая галактика состоит из сотен миллиардов звезд, мы приходим к выводу, что наша Вселенная содержит по крайней мере 10 22 звезд, хотя, вероятно, их гораздо больше.

“Как неисчислимо небесное воинство и неизмерим песок морской…”[214], – писал более 2 500 лет тому назад пророк Иеремия, рассуждая о неисчислимых величинах. Хотя невооруженным глазом он мог видеть на небе только несколько тысяч звезд, у него было ощущение непостижимой огромности космоса. Ведь звезд на небе и в самом деле так же много, как песчинок на морских берегах нашего мира, хотя точное число последних определить гораздо сложнее.

Мы живем в удивительное время. Сегодня своими глазами можно видеть то, о чем пророки могли только догадываться. Телескопы и спутники позволяют нам взглянуть на неизвестные миры – ни у одного поколения до нас такой возможности не было. Уподобившись Господу, мы можем смотреть на Землю сверху и видеть ее – голубую жемчужину, парящую на фоне черного бархата. Мы видим облака и песчаные вихри на Марсе, гигантские светящиеся пылевые облака, из которых рождаются новые звезды, и часть неба размером с игольное ушко, заполненную тысячами галактик, составляющими лишь крошечную часть их общего числа во Вселенной. Количество изображений из космоса настолько велико, что превосходит возможности одного человека воспринять и объяснить их: объем наших знаний все растет и растет.

Сказанное выше – свидетельство очевидного успеха науки и технологии. Наше время – эра естественных наук. Все можно измерить – даже людей. Если раньше принимать решения помогали интуиция, надежда и вера, то теперь на помощь приходят исследования, измерения, модели и базы данных. Каждое решение должно быть рационально обосновано и подкреплено объективными данными и