Читать книгу "Уродливая Вселенная - Сабина Хоссенфельдер"

До 2012 года многие специалисты по теории струн думали, что разрешили проблему потери информации с помощью калибровочно-гравитационной дуальности. Согласно этой двойственности, все, что бы ни происходило во время формирования и испарения черной дыры, можно альтернативным образом описать в рамках калибровочной теории. А в калибровочной теории мы знаем, что процесс обратим, а значит, и испарение черной дыры тоже должно быть обратимо. Это не объясняет, каким же образом информация покидает черную дыру, но демонстрирует, что в теории струн проблемы нет. Еще лучше, что с помощью этого метода специалисты по теории струн могут подсчитать, сколько есть способов сделать черную дыру – «микросостояния» черной дыры, – и результат прекрасно согласуется с вычислениями температуры, произведенными Хокингом.

Для специалистов по теории струн все выглядело хорошо. Но затем случилось нечто неожиданное. Вычисления Джо Полчински и его коллег из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре показали: то объяснение, что они считали верным, не может быть верно 157[90].

Излучение Хокинга – не содержащее информации – согласуется с общей теорией относительности, согласно которой свободно падающий наблюдатель не должен заметить, как пересекает горизонт событий. А Полчински с коллегами показали, что если излучение Хокинга несет-таки информацию, то горизонт событий должен быть окружен частицами, обладающими высокой энергией, которые быстро сжигают все и вся, падающее в черную дыру, – то есть черные дыры были бы окружены своеобразной огненной стеной, «файерволом».

Файервол загнал специалистов по теории струн в безвыходную ситуацию: уничтожить информацию и разрушить квантовую механику – или выпустить информацию из черной дыры и разрушить общую теорию относительности. Для теории, назначение которой – объединить квантовую механику с общей теорией относительности, оба варианта неприемлемы.

За четыре года, прошедших с публикации статьи о файерволе, на нее сослались более пятисот раз, но никакого согласия насчет того, что же делать, достигнуто не было.

Температура черных дыр звездных масс и сверхмассивных черных дыр так мала, что не может быть измерена, – она гораздо ниже и так уже ничтожной температуры реликтового излучения. Черные дыры, за которыми мы сейчас способны наблюдать, прибавляют в массе, заглатывая свое окружение, больше, чем теряют за счет излучения Хокинга. Так что нет ни малейшей возможности экспериментально проверить какие бы то ни было гипотезы относительно испарения черных дыр. Это чисто математическая задача с нулевым риском вступить в конфликт с данными.

Математика против надежды: конкретный пример

Шестое и последнее математическое указание, говорящее в пользу теории струн, из списка Джо – это мультивселенная. Включение мультивселенной в перечень приветствуемых аспектов теории струн далось ему, однако, непросто.

Защитив диссертацию, рассказывает мне Джо, он попытался объяснить значение космологической постоянной – в то время считавшееся равным нулю, – но не мог найти ему объяснения. Затем Стивен Вайнберг предположил, что космологическая постоянная – это случайный параметр, а в таком случае возможно лишь вычислить, какое наиболее вероятное значение мы можем наблюдать.

«Когда Вайнбергу пришел в голову этот аргумент, я ему противился. Я хотел рассчитать значение, не желал, чтобы оно было случайным числом».

Вайнберг не сказал, где существуют все случайные значения космологической постоянной, он просто предположил, что вселенных должно быть много. То еще была довольно туманная мысль, откровенно говоря. Но все изменилось, и не без участия Джо.

Он вспоминает: «Потом мы с [Рафаэлем] Буссо показали, к моему большому огорчению, что теория струн вроде бы обеспечивает ровно тот тип микроскопического закона, который нужен был Вайнбергу». Математика выявила еще одну связь, на этот раз не только неожиданную, но еще и нежеланную.

«Я хотел, чтобы эта связь ушла, но она не уходила, – говорит Джо. – Даже после того, как другие люди начали над ней работать и изучать ее, я хотел, чтобы она ушла. Мне пришлось пойти к психиатру, я не преувеличиваю. Я был так несчастен! Я чувствовал, будто отбирают один из наших последних ключей к разгадке базовой природы фундаментальной физики, потому что значения, которые мы надеялись вычислить, стали случайными».

Космологическая постоянная была измерена, и предсказание Вайнберга оказалось верным. Мультивселенная продемонстрировала свою целесообразность.

Джо продолжает: «Шон Кэрролл через несколько лет напомнил мне, что я пообещал уступить ему свой кабинет, когда будет найдена космологическая постоянная, поскольку я воспринимал это концом физики. Долгие годы я чувствовал, будто значительная часть нашего пути вперед перекрыта».

«Если честно, – добавляет Джо, – есть у меня большая склонность к тревожности, не раз осложнявшая мне жизнь. Но мультивселенная довела меня до такого состояния, что я подумал, не сходить ли к врачу. Правда-правда, я в итоге ходил к психиатру из-за мультивселенной». И смеется.

Но потихоньку Джо примирился с новым положением вещей. Теперь он считает достоинством теории струн то, что она обеспечивает целый ландшафт решений, который делает возможными вероятностные предсказания.

«Мысленно проследив историю науки и отбросив собственные мои ожидания, – говорит Джо, – признаюсь, что теория струн предоставила недостающий кусочек пазла, необходимый Вайнбергу, чтобы завершить его картину».

* * *

Мне кажется, история Джо обнажает сложность, о которой ученые редко рассказывают: принять правду бывает трудно, особенно если она уродлива.

Поиск красоты и смысла в естественном порядке вещей – это извечное человеческое стремление, и ученые тоже ему подвержены. Психолог Ирвин Ялом выделил бессмысленность как один из четырех наших экзистенциальных страхов[91], и мы прилагаем много усилий, чтобы убежать от нее. И действительно, многие когнитивные искажения, такие как склонность выдавать желаемое за действительное (психологи предпочитают называть ее «мотивированным мышлением»), служат нам защитой от грубой реальности.

Но как ученый вы обязаны отпустить эти утешительные заблуждения. Не всегда это просто. Открывшееся в ваших уравнениях может оказаться не тем, на что вы надеялись, – и цена несовпадения бывает высока.

Джо – один из самых интеллектуально честных людей из всех, кого я знаю. Он всегда готов следовать за аргументом, независимо от того, нравится ли ему, куда тот ведет, – как показывают примеры с файерволом черной дыры и с мультивселенной. Это позволяет ему исключительно ясно мыслить, хотя иногда ему совершенно не нравятся выводы, которые заставила его сделать логика. И вот та самая причина, по которой мы используем математику в теоретической физике: если математика выполнена корректно, выводы неоспоримы.