Читать книгу "О том, чего мы не можем знать. Путешествие к рубежам знаний - Маркус Дю Сотой"

Поразительное следствие гипотезы Хокинга состоит в том, что она предлагает возможный механизм исчезновения черных дыр, масса которых уменьшается с течением времени. По мере уменьшения массы интенсивность излучения возрастает, и в конце концов, как полагают, черная дыра может исчезнуть с резким хлопком. По мнению Хокинга, такой хлопок может быть довольно сильным – сравнимым со взрывом миллионов водородных бомб. Однако другие исследователи считают, что он скорее должен быть сравним по силе со взрывом артиллерийского снаряда.

Тем не менее при этом мы получаем новую загадку. Куда девается информация, попавшая в черную дыру? Я могу согласиться, что информация может быть заперта внутри черной дыры – по крайней мере, она все еще существует. Но, если черная дыра в конце концов исчезает, исчезает ли информация вместе с ней? Или же она каким-то образом оказывается закодирована в излучении, выходящем из этой сингулярности? Можно ли, бросив игральную кость в черную дыру, каким-то образом узнать, какой стороной она упала, по частицам, испускаемым с края горизонта событий? Возможно, как и в случае с сожженными журналами, существует некий теоретический способ проанализировать такое излучение и извлечь из него информацию обо всем, что исчезло за горизонтом событий? Загадку о том, что происходит с такой информацией, называют информационным парадоксом черных дыр.

В 1997 г. Хокинг заключил еще одно пари, и на этот раз Кип Торн был на его стороне. Они поспорили с физиком из Калтеха Джоном Прескиллом. Они считали, что такая потеря информации неизбежна. Но, поскольку она противоречит квантовой теории, Прескилл не был готов примириться с возможностью утраты информации. На этот раз ставкой была не подписка на журналы, а энциклопедия по выбору победителя. Энциклопедия должна была символизировать вопрос о том, что произойдет с информацией, содержащейся в энциклопедии, которую бросили в черную дыру: может ли она быть как-то закодирована во вновь возникающих частицах, излучаемых в соответствии с принципом неопределенности?

В 2004 г. Хокинг торжественно признал свое поражение. Прескилл получил книгу «Все о бейсболе»[98]. Хокинг впоследствии шутил: «Я отдал Джону бейсбольную энциклопедию, но, может быть, надо было просто отдать ему пепел»[99].

Теперь Хокинг полагает, что попадающая в черную дыру информация кодируется на поверхности горизонта событий, заключающего в себе такую черную дыру, и передается испускаемым с нее частицам. Как ни странно, эта двумерная поверхность, по-видимому, кодирует информацию о находящемся внутри ее трехмерном пространстве. Отсюда возникла идея голографической Вселенной: вся наша трехмерная Вселенная – всего лишь проекция информации, содержащейся на двумерной поверхности. Хотя Хокинг и признал свое поражение в споре, Торн по-прежнему отстаивает свою позицию. Он все еще считает, что информация утрачивается.

Роджер Пенроуз, как и Торн, полагает, что Хокинг сдался раньше времени. Пенроуз полагает, что при исчезновении черной дыры в результате излучения информация и энтропия утрачиваются. По мнению Пенроуза, это имеет отношение к вопросу о причинах столь низкой энтропии Вселенной в начале ее развития. Существовал ли изначальный порядок, благодаря которому вообще возникло второе начало термодинамики? Откуда взялся этот порядок? Если черные дыры действительно уничтожают энтропию, они могут содержать механизм, позволяющий вернуть Вселенную в низкоэнтропийное состояние.

Пенроуз также считал, что Большой взрыв является границей, за которой физика невозможна. По мере приближения к сингулярности Большого взрыва законы физики перестают работать. Если мы согласимся с определением Большого взрыва как точки бесконечной плотности, то вопрос о том, что было до Большого взрыва, во многих отношениях не будет иметь смысла: по ту сторону такой сингулярности физические законы могут быть какими угодно. Измерение чего бы то ни было, находящегося за этой сингулярностью, также невозможно, так что мы с тем же успехом можем считать, что за ней ничего нет. Или не можем? Пенроуз, например, передумал.

Смычка прошлого и будущего

Существуют разные истории о том, что могло происходить до Большого взрыва, и одну из самых удивительных таких историй рассказывает Пенроуз. Он предполагает, что наш Большой взрыв был всего лишь одним в бесконечном цикле больших взрывов. Такая идея высказывалась и раньше: когда предполагали, что Вселенная окончится «Большим сжатием», казалось логичным считать, что такое сжатие станет «Большим взрывом новой эры».

Но, как мы выяснили на четвертом «рубеже», Вселенная не сжимается, а расширяется со все увеличивающейся скоростью, стремясь к холодному состоянию, в котором не будет ни жизни, ни галактик, ни даже вещества – только световые фотоны. Пенроуз называет это состояние «очень скучной эрой». Поскольку считается, что даже черные дыры, которые поглотят большинство видимых сейчас галактик, испускают излучение, то и они тоже закончатся, исчезнут с прощальным хлопком и оставят после себя Вселенную, полную фотонов и гравитонов, гипотетических безмассовых частиц, которые считают переносчиками гравитационного взаимодействия.

Пенроуз признавал, что такое видение будущего Вселенной его несколько угнетало: «Боже мой, неужели нас ждет именно это!» Но потом ему в голову пришел вопрос о том, кто сможет наблюдать это состояние «всепоглощающей финальной скуки». Уж точно не мы. Скучать придется только тем же фотонам и гравитонам, которые одни и останутся во Вселенной.

Но фотон, как выясняется, не имеет понятия о времени. Он существует в безвременной среде. Теория относительности утверждает, что при приближении к скорости света время замедляется, так что при ее достижении часы и вовсе останавливаются. Но погодите. Свет распространяется со скоростью света. Это значит, что для фотона время не существует. Более того, в сценарии Пенроуза, в котором все массивные частицы должны распасться на безмассовые фотоны или гравитоны, не остается вообще ничего, что могло бы отмечать течение времени, ничего, из чего можно было бы сделать часы. Точно так же, поскольку время необходимо для измерения пространства, в такой будущей Вселенной исчезнет и всякая возможность исчисления и измерения расстояний – понятия большого и малого утратят смысл.

Вместо того чтобы поддаться пессимизму, Пенроуз увидел в этой картине новые возможности. Не правда ли, все это чрезвычайно похоже на состояние Вселенной сразу после Большого взрыва? Вселенная, полная энергии, в которой еще не сформировалось никакой материи. Конечно, для образования условий Большого взрыва такая энергия должна была быть сконцентрирована в бесконечно малой области. Но если во Вселенной исчезли все масштабы, то не могут ли условия такого конца нашей Вселенной быть отправной точкой нового Большого взрыва, порождающего вселенную, которая заново установит масштабы и сконцентрирует энергию для нового начала?